evaluaci on del fen omeno de erosi on interna en presas de

Evaluacion del fenomeno de erosioninterna en presas de tierra: una

revision a las presas de Antioquia

Xiomara Yohanna Osorio Berrıo

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Minas, Departamento de Ingenierıa Civil

Medellın, Colombia

2017

Evaluacion del fenomeno de erosioninterna en presas de tierra: una

revision a las presas de Antioquia

Xiomara Yohanna Osorio Berrıo

Tesis presentada como requisito parcial para optar al tıtulo de:

Magister en Ingenierıa - Geotecnia

Director:

MSc. Oscar Echeverri Ramırez

Grupo de Investigacion:

Geotecnia

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Minas, Departamento de Ingenierıa Civil

Medellın, Colombia

2017

A mi madre.

Por su amor incondicional,

por ser los mas valioso que tengo en la vida.

Agradecimientos

Agradezco especialmente al profesor Oscar Echeverri por el apoyo que me ha brindado

desde el momento en que me permitio ser parte de su grupo de monitores en el Laboratorio

de Geotecnia y Pavimentos, su confianza y sus consejos me ensenaron a amar lo que hago.

A Johnatan Ramos, por su altruismo al momento de proponerme este tema de

investigacion, por ofrecerme el apoyo necesario para llevar a cabo los ensayos de laboratorio,

por su asesorıa y su constante colaboracion.

A los laboratorios de Geotecnia y Pavimentos de la Universidad Nacional de Colombia

y Solingral – Integral S.A., por abrirme las puertas de sus instalaciones y permitirme el

uso de sus equipos, el apoyo permanente de quienes allı laboran fue indispensable para la

correcta realizacion de este trabajo.

A Inteinsa S.A. por suministrarme el material de nucleo de la presa Miraflores para la

ejecucion de los ensayos de laboratorio.

A la Unidad de Hidrometrıa y Calidad de Empresas Publicas de Medellın, en cabeza de

los ingenieros Daniel Toscano y Camilo Cardona, por su interes en el tema y el aporte de

los informes de diseno y revision de algunas presas de tierra operadas por la empresa.

v

Resumen

La ingenierıa de presas comienza en Antioquia en 1948, ano en el cual inicia la construccion

de la primera presa de tierra del departamento, Piedras Blancas. Con el paso del tiempo

la infraestructura energetica en todo el paıs ha crecido de tal forma que a la fecha el

departamento cuenta con once presas construidas con materiales terreos; en Colombia,

aproximadamente un setenta por ciento de la capacidad de energıa instalada es generada

mediante hidroelectricas.

Este documento surge derivado de los accidentes ocurridos en presas de tierra de todo el

mundo, la estadıstica indica que el 46 por ciento de las fallas en este tipo de estructuras

se genera por erosion interna, la razon es atribuida principalmente a la incompatibilidad de

los materiales de filtro y cuerpo de la presa. En 1929 Karl Terzaghi propuso un criterio de

diseno de filtros basado en la forma de la distribucion granulometrica y aproximadamente

hace sesenta anos, diversos autores han planteado nuevas metodologıas para evaluar la

vulnerabilidad de estas estructuras a presentar fenomenos de erosion interna. En esta tesis

se expone el analisis efectuado a la mayorıa de las presas de tierra emplazadas en Antioquia,

mediante algunos de los criterios geometricos propuestos a lo largo de los ultimos anos y,

ademas, por medio de la ejecucion de ensayos NEF No Erosion Filter Test, que fueron

empleados para el diseno de la presa Ituango, a cargo de la empresa Integral S.A. y la cual

se encuentra en proceso de construccion.

Los resultados reflejan que para el caso de las estructuras en tierra construidas en

Antioquia, los criterios geometricos no resultan concluyentes y por tanto es imposible

determinar el grado de susceptibilidad de los materiales por medio de la utilizacion de los

mismos. Sin embargo, el resultado de los ensayos NEF evidencia claramente los problemas

de erosion que presenta en la actualidad la presa Piedras Blancas.

Palabras clave: presas de tierra, erosion interna, tubificacion, inestabilidad interna.

vi

Abstract

Dam engineering was founded in Antioquia in the year 1948. In its first year, it began

construction of the first ground embankment dam in the region: Piedras Blancas. Over

time, the energy infrastructure throughout the country has grown immensely such that the

department has eleven dams built with ground materials today. In Colombia, around seventy

percent of installed energy capacity is generated by hydroelectricity.

This document is developed as a result of the accidents occurred in dams around the world,

statistics point that 46 percent of faults in these structures are caused because of internal

erosion, the reason is mainly attributed to the incompatibility between filter material and

the core dam. In 1929 Karl Terzaghi proposed a design filter criterion based on the shape

of the granulometric distribution. Approximately seventy years ago, various authors have

posed new methodologies to evaluate the vulnerability of these structures when presenting

internal erosion phenomenons. In this thesis, the analysis done to most of the emplaced

embankment dams in Antioquia is exposed through some of geometrical criterion proposed

over the years, furthermore through the implementation of the “No Erosion Filter Test”

(NEF) used in Ituango’s dam design, in charge of the enterprise Integral S.A, Ituango’s dam

is in construction.

The results suggest that for the embankment dams built in Antioquia, the geometrical

criterion do not lead to conclusive results and therefore it is not possible to determine the

grade of susceptibility of the materials by means of the utilization of themselves. However,

the results of NEF assays clearly show the erosion issues that the dam of Piedras Blancas

possesses.

Keywords: embankment dams, internal erosion, piping, suffusion, suffosion.

Contenido

Resumen V

1. Introduccion 1

1.1. Motivacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2. Hipotesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.2. Objetivos Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Revision del estado del arte 7

2.1. Criterios propuestos para la evaluacion de estabilidad interna . . . . . . . . . 11

2.1.1. Terzaghi (1929) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.1.2. Bertram (1939) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.3. Newton & Hurley (1940) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.4. Corps Engineers, Providence District (1942) . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1.5. The Bureau of Reclamation (1947) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1.6. U.S. Army Corps of Engineers (1953) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.7. Istomia (1957) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.8. Kenny & Lau (1985, 1986) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.9. Sherard & Dunnigan (1989) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1.10. Burenkova (1993) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.1.11. Wan & Fell (2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.12. Wan & Fell (2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1.13. Li & Fannin (2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

viii Contenido

2.2. Criterios para evaluar la capacidad auto-filtrante de los materiales . . . . . . 22

2.2.1. Kezdi (1969) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2.2. De Mello (1975) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.3. Sherard (1979) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.4. Foster & Fell (2001) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3. Geologıa de los sitios de presa 25

3.1. Marco geologico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2. Geologıa regional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2.1. Batolito Antioqueno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2.2. Rocas metamorficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3. Geologıa estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.3.1. Falla Palestina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.3.2. Falla Cauca-Romeral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.3.3. Falla Noreste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.3.4. Falla Espıritu Santo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4. Metodologıa 31

4.1. Criterios geometricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2. Criterio hidraulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.1. Ensayos de clasificacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.2. Permeametro a escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5. Resultados 39

5.1. Criterios geometricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.1.1. Burenkova (1993) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.1.2. Wan & Fell (2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.1.3. Wan & Fell (2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.1.4. Kenney & Lau (1985-1986) - Li & Fannin (2008) . . . . . . . . . . . . 45

5.2. Criterio hidraulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2.1. Piedras Blancas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.2.2. Miraflores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.2.3. La Fe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Contenido ix

5.2.4. Ituango . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6. Conclusiones y recomendaciones 66

6.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Bibliografıa 69

A. Anexos:

Formato datos primarios - Ensayos de Laboratorio 72

Lista de Figuras

2-1. Factores que influyen en el proceso de erosion interna. Adaptado: Garner and

Fannin (2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2-2. Proceso de suffusion en suelos bimodales: a) muestra intacta, b) muestra

durante el proceso de erosion interna, c) muestra despues de la migracion de

finos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2-3. Erosion interna en la presa iniciada por fuga concentrada. . . . . . . . . . . . 9

2-4. Erosion interna en la presa iniciada por erosion hacia atras. . . . . . . . . . . 9

2-5. Erosion interna en la fundacion iniciada por erosion hacia atras. . . . . . . . 9

2-6. Erosion interna en fundacion y presa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2-7. Procesos de suffusion y/o suffosion en el nucleo de la presa. . . . . . . . . . 10

2-8. Tipos de gradacion internamente inestables (Foster and Fell, 1999). . . . . . 10

2-9. Curva de diseno desarrollada por Providence District, Corp of Engineers,

(Engineers, 1953) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2-10. Metodo de Kenney-Lau para evaluar la estabilidad interna de los filtros,

el detalle muestra la curva H:F y el ındice de estabilidad (Ronnqvist and

Viklander, 2014). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2-11. Detalles del ensayo No Erosion Filter, (Sherard and Dunnigan, 1989). . . . . 17

2-12. Clasificacion de las composiciones suffusive y no-suffusive adoptado por

Burenkova en 1993. Zonas I y III – Suffusive Soils, Zona II – No Suffusive

Soils, Zona IV – Artificial soils, (Burenkova, 1993) . . . . . . . . . . . . . . . 19

2-13. Contornos de la probabilidad de inestabilidad interna de los suelos

limo-arenoso y arcilloso-limo-arena-grava de contenido limitado de arcilla y

plasticidad, (Wan and Fell, 2004). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2-14. Metodo alternativo para evaluar la inestabilidad interna de los suelos

limo-arena-grava, (Wan and Fell, 2008). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Lista de Figuras xi

2-15. Resumen y ajuste de los metodos, (Kezdi, 1969; Kenney and Lau, 1985, 1986;

Li and Fannin, 2008). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2-16. Lımites conceptuales de erosion a partir del comportamiento en pruebas de

filtro, (Foster and Fell, 2001). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3-1. Ubicacion - Sobre Batolito Antioqueno, Quebradona, Troneras, Miraflores,

Santa Rita, San Carlos, Playas y Riogrande II; sobre anfibolitas, Piedras

Blancas; sobre neis, La Fe y El Buey y sobre gneis cuarzo-feldespatico, Ituango. 25

4-1. Rangos de gradacion de filtro de las presas Piedras Blancas, Quebradona,

Troneras, Miraflores, La Fe, Santa Rita, Playas e Ituango. . . . . . . . . . . 32

4-2. Esquema explicativo del permeametro a escala. . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4-3. Equipo para ensayo de permeametro a escala. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5-1. Evaluacion metodo Burenkova, presas: a-Piedras Blancas, b-Quebradona, c-

Troneras, d-Miraflores, e-La Fe, f-Santa Rita, g-Playas, h-Ituango. . . . . . . 41







5-5. Ensayo de doble hidrometro - Piedras Blancas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5-6. Lımites de Atterberg, presa Piedras Blancas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5-7. Carga - Gradiente hidraulico, presa Piedras Blancas . . . . . . . . . . . . . . 49

5-8. Ensayo de doble hidrometro - Miraflores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5-9. Lımites de Atterberg, presa Miraflores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5-10. Esfuerzos totales y efectivos, material de nucleo Miraflores. . . . . . . . . . . 51

5-11. Carga - Gradiente hidraulico, presa Miraflores. . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5-12. Ensayo de doble hidrometro - La Fe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5-13. Lımites de Atterberg, presa La Fe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5-14. Esfuerzos totales y efectivos, material de nucleo La Fe. . . . . . . . . . . . . 53

5-15. Carga - gradiente hidraulico, presa La Fe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

xii Lista de Figuras

5-16. Ensayo de doble hidrometro - Ituango. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5-17. Limites de Atterberg, presa Ituango. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5-18. Carga - gradiente hidraulico, presa La Ituango. . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5-19. Resultados de succion: a-Pidras Blancas, b-Miraflores, c-La Fe, d-Ituango. . . 56

5-20. Coloracion de agua obtenida del ensayo de pinhole para Piedras Blancas y

Miraflores respectivamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5-21. Flujo de agua constante desde el inicio del ensayo, presa Piedras Blancas . . 59

5-22. Erosion del filtro y piping en material de nucleo. . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5-23. Fisuras en el material de nucleo & Mezcla de materiales de filtro y nucleo al

desmontar el ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5-24. Montaje presa Miraflores, sin presencia de agua que fluya. . . . . . . . . . . 60

5-25. Estado del suelo luego del ensayo, se tapona el orificio . . . . . . . . . . . . . 60

5-26. Grietas, desplazamiento de partıculas – agua turbia . . . . . . . . . . . . . . 61

5-27. Migracion de partıculas finas, grietas en el cuerpo del material de presa. . . . 62

5-28. Contacto filtro – nucleo, presa La Fe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5-29. Montaje permeametro, presa Ituango. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5-30. Evidencia de migracion de partıculas, presa Ituango. . . . . . . . . . . . . . 64

5-31. Evolucion de erosion observado con acetatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Lista de Tablas

1-1. Altura y volumen de las presas de tierra en Antioquia . . . . . . . . . . . . . 3

2-1. Estadıstica de fallas en grandes presas de tierra . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2-2. Diametro maximo de filtro D15 determinado por el contenido de finos para

cuatro grupos de suelo, (Sherard and Dunnigan, 1989). . . . . . . . . . . . . 18

5-1. Susceptibilidad de las presas a presentar suffusion, segun Burenkova . . . . . 39

Lista de sımbolos

Sımbolos con letras latinas

Sımbolo Termino

D Tamano de las partıculas de material de filtro

d Tamano de las partıculas de material de nucleo

Cu Coeficiente de uniformidad

Abreviaturas

Abreviatura Termino

ICOLD International Commission Large Dams

CDA− ACB Canadian Dam Association - Association Canadienne Des Barrages

NEF No Erosion Filter Test

CEF Continue Erosion Filter

CU Consolidado no drenado

Lista de Tablas xv

Normas ASTM

Abreviatura Termino

ASTMD854 Gravedad especıfica

ASTMD422 Granulometrıa por tamizado

ASTMD4221 Granulometrıa por hidrometro

ASTMD2487 Clasificacion unificada de los suelos

ASTMD4767 Compresion triaxial CU para suelos cohesivos

ASTM4767 Metodo para identificar y clasificar suelos dispersivos – Pinhole

ASTM5298 Succion por el metodo del papel filtro

Terminologıa

Erosion interna: proceso que ocurre cuando las partıculas del nucleo o de su fundacion

son llevadas corriente abajo por fuerzas de infiltracion.

Suffusion: proceso mediante el cual las partıculas finas del suelo migran a traves de los

espacios que dejan las partıculas mas grandes como producto de los flujos de infiltracion,

generando cambios de volumen; el resultado es un esqueleto de suelo intacto formado

unicamente por las partıculas mas gruesas, este fenomeno es caracterıstico de los suelos mal

gradadados.

Suffosion: fenomeno que genera la redistribucion de granos finos sin que el volumen

solido del suelo cambie, tan solo alterando la permeabilidad.

Piping: forma de erosion interna que se inicia por erosion hacia atras, erosion en una grieta

o zona de alta permeabilidad, dando lugar a la formacion de un tunel continuo denominado

“pipe o tubo” entre el lado aguas arriba y el lado aguas abajo del terraplen o fundacion.

1. Introduccion

El incremento en la demanda de energıa y la constante necesidad de abastecer a las

poblaciones del recurso hıdrico ha generado altas expectativas por la construccion de

presas a lo largo de los ultimos 65 anos, esto ha propiciado que Antioquia sea uno de los

departamentos lıderes en generacion de energıa y abastecimiento de agua potable, gracias

a su topografıa de alta montana en donde la configuracion geometrica de los valles es

favorable para la construccion de presas.

Desde el inicio de la construccion de presas, la filosofıa de diseno con materiales terreos

ha sufrido modificaciones debido a los continuos avances en investigaciones y casos de fallas

en donde se ha logrado identificar los mecanismos detonantes; por esto es necesario llevar

mas alla el conocimiento actual y las experiencias practicas a un segundo plano, en donde

a la luz del conocimiento adquirido a traves de nuevas investigaciones, es posible presentar

valoraciones sobre los sistemas actuales de presas y entonces poder emitir un concepto general

pero preciso, sobre posibles anomalıas en el funcionamiento o desempeno de obras existentes.

El departamento de Antioquia cuenta actualmente con once presas netamente de

tierra, construidas con materiales de prestamo provenientes de zonas cercanas a cada

una de ellas. Piedras Blancas (1952) construida con suelos residuales de anfibolita, La Fe

(1973) y El Buey (1983) con suelos residuales de gneis, ambos suelos derivados de rocas

metamorficas encajantes alrededor del Batolito Antioqueno. Por otra parte, Quebradona

o Riogrande I (1958), Troneras (1962), Miraflores (1965), Santa Rita (1976), Punchina

(1987), Playas (1987), Riogrande II (1988), San Lorenzo (1988), construidas con suelos

residuales derivados de rocas ıgneas del Batolito Antioqueno y finalmente Ituango, que se

proyecta inicie operacion en diciembre de 2018, es una presa de tipo enrocado con nucleo

impermeable construida con suelos residuales de rocas metamorficas correspondientes a

2 1 Introduccion

gneis cuarzo-feldespatico.

Debido a la configuracion geologica del departamento de Antioquia, en donde la roca sana

y competente se localiza a grandes profundidades, es difıcil la construccion de presas de

concreto en la mayor parte del territorio, derivado de esto las presas de tierra representan

un gran porcentaje en el departamento al ser menos exigentes en terminos de fundacion. La

generacion hidroelectrica esta liderada por Empresas Publicas de Medellın, la cual opera

diez presas de tierra y en segundo lugar ISAGEN S.A. que opera dos mas; es importante

anotar, que para esta evaluacion no se consideraron las Pequenas Centrales Hidroelectricas

(PCH) que han venido en aumento durante los ultimos anos, ni tampoco presas de tierra

con cara de concreto como el caso de Porce.

Segun el ICOLD, una presa se considera grande si cumple una de las siguientes condiciones:

i) posee mas de 15 m de altura (medidos desde el punto mas bajo de su cimentacion hasta

la cresta) o ii) tiene entre 5 – 15 m de altura y contiene mas de 3 millones de metros cubicos

de agua. Ası las cosas, las presas de tierra construidas en Antioquia que conforman los

diferentes embalses empleados para generacion de energıa y/o suministro de agua potable

en el departamento se consideran presas grandes, puesto que todas ellas poseen una altura

que supera los 15 m, aunque no todas contienen mas de 3 millones de metros cubicos (ver

Tabla 1-1).

En un contexto mas amplio, la evolucion de la ingenierıa de presas ha logrado que

alrededor del mundo se hayan construido una gran cantidad de presas de tierra, mucho mas

a partir de los anos 40’ s, epoca en la que se desarrolla la mecanica de suelos moderna y la

ingenierıa geotecnica; las presas de tierra han sido un tema fundamental de investigacion

dada la cantidad de problemas que se generan durante y despues de su llenado, sin embargo,

las medidas tomadas durante el diseno y construccion de estas es mas un tema basado en

la experiencia.

La causa mas frecuente de fallas y accidentes en presas de tierra y sus fundaciones es la

erosion interna o piping (Wan and Fell, 2004), que cobijan ademas fenomenos denominados

3

Tabla 1-1.: Altura y volumen de las presas de tierra en Antioquia

Presas Altura (m) Volumen (m3)

Piedras Blancas 27 1’070.000

Quebradona 27 1’930.000

Troneras 40 33’360.000

Miraflores 55 138’930.000

La Fe 34 14’040.000

Santa Rita 52 1 092’130.000

El Buey 23 -

Playas 65 78’840.000

Punchina 70 72’000.000

Riogrande II 65 240’580.000

San Lorenzo 63 185’500.000

Ituango 237 2 720’000.000

suffusion y suffosion. La forma mas eficiente de evitar o disminuir el proceso de erosion

interna es mediante la construccion de una zona provista de filtros, de tal manera que

proteja el cuerpo de la presa, no obstante, debe tenerse especial cuidado con la forma

de las distribuciones granulometricas de los materiales que la conforman, puesto que se

requiere que el tamano de los poros del filtro sean lo suficientemente pequenos para evitar el

transporte de las partıculas del nucleo; otro factor importante que debe tenerse en cuenta es

la compactacion del material del cuerpo de la presa y garantizar la no existencia de grietas

por las cuales pueda filtrarse el agua, finalmente la calidad del suelo, teniendo en cuenta

que para prevenir fenomenos de erosion interna son preferibles materiales mas plasticos.

Al comienzo de la ingenierıa de presas, los filtros se disenaron siguiendo la metodologıa

propuesta por Terzaghi en 1929. Dicha metodologıa se basa en la forma de la curva

granulometrica de los materiales que conforman la presa, esta metodologıa ha sido revisada

por diferentes autores durante los ultimos 70 anos mediante la utilizacion de datos

experimentales, lo que ha dado lugar a nuevas propuestas siguiendo la premisa de Terzaghi

y ademas considerando parametros obtenidos en ensayos hidraulicos. Es necesario revisar el

riesgo de erosion interna en presas, ya que una eventual falla de la estructura desencadena

4 1 Introduccion

en perdidas economicas y humanas, dicha revision correspondera a la evaluacion de los

materiales que las conforman, utilizando pruebas de laboratorio que permitan determinar

el grado de susceptibilidad a erosion continua o excesiva de los materiales que conforman el

cuerpo de la presa y el filtro.

Teniendo en cuenta lo anteriormente descrito, esta investigacion pretende determinar que

tan propensas son las estructuras construidas en el departamento de Antioquia al desarrollo

de inestabilidad interna. Los analisis se llevaron a cabo mediante la evaluacion de diferentes

criterios geometricos, los cuales se basan en la forma de las gradaciones del filtro, ademas

en ensayos de clasificacion, resistencia y el ensayo de permeametro a escala.

La tesis se presenta en cinco (5) capıtulos. El capıtulo 1, donde se describe la motivacion,

hipotesis y se exponen los objetivos; el capıtulo 2, que contiene una recopilacion de las

investigaciones mas importantes realizadas hasta la fecha sobre los criterios geometricos y

ademas algunas pruebas de infiltracion que permiten determinar el grado de susceptibilidad

al desarrollo de erosion interna. El capıtulo 3 describe la zona de estudio, de acuerdo con la

geologıa de cada uno de los sitios de las presas de tierra; en el 4 se presenta la metodologıa

usada durante la investigacion y los ensayos de laboratorio realizados. En el capıtulo 5 se

exponen los resultados y el analisis de los mismos y finalmente, en el capıtulo 6 se presentan

las conclusiones y recomendaciones para futuras investigaciones relacionadas con el tema.

1.1 Motivacion 5

1.1. Motivacion

Este trabajo de investigacion busca estimar el grado de susceptibilidad que presentan las

presas de tierra construidas en el departamento de Antioquia ante el fenomeno de erosion

interna. Se pretende evaluar la calidad de los materiales del cuerpo de la presa y del filtro

empleados para la construccion de cada una de ellas y determinar si son o no vulnerables al

desarrollo de fenomenos como piping, suffusion o suffosion.

La importancia de este estudio radica en que para el momento en el que comenzaron a

construirse este tipo de estructuras en el departamento no se contaba con una metodologıa

estandar para el diseno de los filtros. Si bien, en los anos 20’ s Karl Terzaghi habıa propuesto

criterios de relacion de filtro con el fin de prevenir migracion de partıculas y reduccion en

las presiones de poros, investigaciones posteriores plantearon nuevos criterios y abrieron la

puerta al uso de pruebas de infiltracion y analisis de la matriz del suelo antes y despues

de dichas pruebas para determinar la susceptibilidad de las estructuras. Debido a que la

erosion interna es la segunda causa de falla en presas de tierra, vale la pena llevar a cabo

un analisis sobre el diseno de las mismas, ya que estas estructuras deben ser continuamente

supervisadas a lo largo de su vida util para tener certeza que permanecen seguras.

1.2. Hipotesis

Los materiales con los que se construyen las presas de tierra son susceptibles a desarrollar

procesos de migracion de partıculas finas, esto se puede ver representado en filtros

colmatados, aumentos de presiones de poro y generacion de superficies de falla que

comprometen la seguridad de las presas.

En la actualidad no se cuenta con investigaciones previas similares a esta, sin embargo,

informes de revision de EPM evidencian que para algunas de las presas de tierra han sido

necesarias actualizaciones que van desde reparaciones del filtro principal hasta la sustitucion

del mismo.

6 1 Introduccion

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo General

Determinar el grado de susceptibilidad al desarrollo de erosion interna en las presas de

tierra construidas en el departamento de Antioquia.

1.3.2. Objetivos Especıficos

Determinar las variables que influyen en el proceso de erosion interna mediante el uso

de materiales similares a los usados en la construccion de las estructuras.

Determinar de que manera las condiciones de flujo pueden influir en el mecanismo de

migracion de partıculas.

Comprobar mediante analisis experimentales, la validez de las teorıas propuestas y las

limitantes de los ensayos realizados a la luz de la interpretacion de estos.

2. Revision del estado del arte

La erosion interna en presas de tierra, se manifiesta por la migracion de partıculas finas

del suelo que conforma el cuerpo de la presa a traves de la fraccion granular, estas partıculas

son arrastradas por las fuerzas de infiltracion asociadas a los gradientes hidraulicos. Como se

observa en la Figura 2-1, los agentes detonantes de la erosion interna son: la susceptibilidad

de los materiales, las cargas hidraulicas crıticas y las condiciones de esfuerzo crıticos.

Figura 2-1.: Factores que influyen en el proceso de erosion interna. Adaptado: Garner andFannin (2010).

8 2 Revision del estado del arte

Por otra parte el termino piping se refiere al arrastre o disolucion de partıculas de suelo,

formando vacıos internos que debilitan la resistencia bien sea de la presa o de su fundacion, el

fenomeno es tambien conocido como tubificacion y a la fecha es un tema difıcil de cuantificar.

Relacionado con el fenomeno de erosion interna, aparecen otros terminos como: erosion

regresiva, que implica desprendimiento de partıculas de suelo cuando la filtracion sale a

superficie libre, las partıculas son arrastradas por el flujo de infiltracion y el proceso migra

en direccion aguas arriba del terraplen formando un orificio continuo; fuga concentrada, que

suele manifestarse en una grieta del terraplen generalmente como producto de asentamiento

diferencial o fracturamiento hidraulico, aunque es posible que ocurra en zonas permeables

con presencia de materiales gruesos o mal compactados, estos dos terminos hacen referencia

al inicio del fenomeno piping ; por ultimo suffusion, este fenomeno implica que las partıculas

finas del suelo migran a traves de los espacios que dejan las partıculas mas grandes como

producto de los flujos de infiltracion, el resultado es un esqueleto de suelo intacto formado

unicamente por las partıculas mas gruesas y es caracterıstico de los suelos mal gradados, y

suffosion que se refiere a la redistribucion de granos finos sin que el volumen solido del suelo

cambie, tan solo la permeabilidad se altera. Suffusion y suffosion son el mismo fenomeno,

la diferencia radica en que el primero experimenta cambios de volumen en la masa de suelo

y el segundo no. En la Figura 2-2 se observa el proceso generado en el suelo por fenomenos

de suffusion.

Figura 2-2.: Proceso de suffusion en suelos bimodales: a) muestra intacta, b) muestradurante el proceso de erosion interna, c) muestra despues de la migracion definos.

9

Cualquier proceso que inicie en el cuerpo de la presa o fundacion, es probable la existencia

de inestabilidad en los taludes y la obstruccion de los sistemas de drenaje, generando aumento

en las presiones de poro, lo que implica el desarrollo de esfuerzos crıticos que sobrepasen la

resistencia al corte y por lo tanto se generen superficies de falla. En la Figura 2-3 a la Figura

2-7 se exponen los principales mecanismos a traves de los cuales se inician los procesos de

erosion interna. Piping suele iniciarse bien sea como una fuga en algun punto del nucleo que

progresa en direccion al embalse o como una fuga concentrada que inicia a lo largo de las

paredes de alguna grieta y que aumenta su tamano conforme avanza el tiempo.

Figura 2-3.: Erosion interna en la presa iniciada por fuga concentrada.

Figura 2-4.: Erosion interna en la presa iniciada por erosion hacia atras.

Figura 2-5.: Erosion interna en la fundacion iniciada por erosion hacia atras.

Figura 2-6.: Erosion interna en fundacion y presa.


Figura 2-7.: Procesos de suffusion y/o suffosion en el nucleo de la presa.

Los suelos gruesos bien gradados y los gap-graded o suelos bimodales (concentran los

tamanos de grano en torno a dos tamanos de partıculas), como los que se muestran

esquematicamente en la Figura 2-8, son susceptibles a suffusion.

Figura 2-8.: Tipos de gradacion internamente inestables (Foster and Fell, 1999).

2.1 Criterios propuestos para la evaluacion de estabilidad interna 11

ICOLD (2013) recopila los datos de fallas en presas grandes construidas entre 1800 y 1986,

excluyendo las que fueron construidas en Japon y China. El reporte concluye que la erosion

interna ha sido responsable de aproximadamente la mitad de las fallas de presas en tierra

de las que se conoce el modo de falla. Es aproximadamente igual en importancia a las fallas

por sobrevertimiento (overtopping), debido a la inadecuada capacidad del vertedero y/o mal

funcionamiento de las compuertas, lo que conduce al desbordamiento.

Tabla 2-1.: Estadıstica de fallas en grandes presas de tierra

Erosion Deslizamiento del terraplen

Modo de fallaErosion externa

(sobrevertimiento)Erosion interna

Inestabilidad

estatica

Inestabilidad

sısmica

% en el mundo48 46 4 2

94 6

A continuacion, se describen los principales criterios implementados para la evaluacion del

potencial de erosion interna en presas de tierra:

2.1. Criterios propuestos para la evaluacion de estabilidad

interna

En este capıtulo se presenta una breve revision a los hallazgos de algunos investigadores

sobre la evaluacion e interpretacion de los resultados obtenidos. El fenomeno de erosion

interna en suelos no cohesivos ha sido ampliamente por varios investigadores, incluyendo

el US Army Corps of Engineers (1953), Istomina (1957), Lubochkov (1965), Kenney and

Lau (1986), Lafleur (1989), Burenkova (1993), Skempton and Brogan (1994), Foster (2001),

Li-Fannin (2008).

2.1.1. Terzaghi (1929)

El primer criterio para de diseno de filtros fue propuesto en 1929 por Karl Terzaghi, el

determino la importancia del filtro para evitar migracion de partıculas y del drenaje para

reducir las presiones de poros, su hipotesis se baso en dos caracterısticas fundamentales:


estabilidad (Ecuacion 2-1) y permeabilidad (Ecuacion 2-2), tanto del material de filtro como

el nucleo.

D15

d85≤ 4 (2-1)

D15

d15≥ 4 (2-2)

No se sabe con certeza si este criterio corresponde al resultado de datos experimentales o

simplemente a una propuesta conservadora.

2.1.2. Bertram (1939)

Con base en experimentos sobre materiales homogeneos de nucleo y filtro, Bertram

concluye que el criterio propuesto por Terzaghi es muy conservador y propone una nueva

relacion para las relaciones de estabilidad (Ecuacion 2-3) y permeabilidad (Ecuacion 2-4):

D15

d85≤ 6, 5 (2-3)

D15

d15≥ 8, 5 (2-4)

2.1.3. Newton & Hurley (1940)

Una serie de pruebas de laboratorio se llevaron a cabo para determinar el comportamiento

de las gravas como materiales filtrantes. En estos ensayos los materiales de nucleo se

clasificaron como widely graded (bien gradado). Con estas pruebas se determino una falla

en el criterio D15

d85y establecieron que no siempre era aplicable para materiales de filtro con

gradacion uniforme y tampoco de nucleo widely graded. De hecho, todas las combinaciones

que fracasaron tenıan relaciones D15

d85inferiores a 4 o 5. Los criterios de estabilidad que Newton


y Hurley desarrollaron a partir de los resultados de su prueba fueron:

D15

d15≤ 32 (2-5)

D15

d50≥ 15 (2-6)

2.1.4. Corps Engineers, Providence District (1942)

Con base en los resultados obtenidos por varios autores en ensayos de filtro, el Cuerpo de

Ingenieros de USA organizo en 1942 todos estos resultados en forma de una curva para el

diseno de los filtros en presas de tierra, la grafica presenta la relacion D15

d15con respecto al

coeficiente de uniformidad del material de nucleo (ver Figura 2-9). Estos autores encontraron

que existıa un lımite razonablemente definido entre las combinaciones de filtro y nucleo

estables e inestables. Los datos que definen la curva se derivaron de:

Pruebas realizadas en el laboratorio, llevadas a cabo por Providence District,

Los ensayos de Newton y Hurley (1940),

Ensayos ejecutados por Waterways Experiment Station (1941),

Resultados de los ensayos de Bertram (1939).

Todos los datos graficados corresponden a materiales cuyas partıculas poseen forma

redondeada o semi-redondeada, otros tipos de graficos fueron disenados tambien por estos

autores, pero ninguno de estos dieron como resultados tan precisos como los que presenta la

curva de la Figura 2-9.

2.1.5. The Bureau of Reclamation (1947)

Esta oficina llevo a cabo una extensa serie de pruebas de filtro para obtener criterios

generales de diseno. Los resultados se dividen en dos secciones, una dedicada a filtros

uniformes y la otra a filtros gradados. Se hizo hincapie en la gradacion del filtro y menos


Figura 2-9.: Curva de diseno desarrollada por Providence District, Corp of Engineers,(Engineers, 1953)

en la gradacion del material base. Los criterios de diseno se desarrollaron determinando

las relaciones de tamano de partıcula que establecieron las mejores condiciones de flujo.

Decretaron entonces dos conjuntos de razonamientos:

Para filtros uniformes:

D50

d50≤ 5 a 10 (2-7)

D50

d50≤ 12 a 58 (2-8)

D15

d50≤ 12 a 40 (2-9)


2.1.6. U.S. Army Corps of Engineers (1953)

La U.S. Army llevo a cabo pruebas de flujo en materiales granulares. Disenaron un

equipo que permitio realizar pruebas con flujo ascendente y descendente y se ejecutaron

tres diferentes tipos de pruebas: con arenas como material de filtro y arenas finas y limos

como material de nucleo; arenas y gravas como material de filtro y, gravas de tamano grande

en contacto con material de nucleo. De sus resultados se concluye principalmente que el

fenomeno de suffusion se producirıa en materiales de filtro sin cohesion siempre y cuando:

La condicion de flujo es turbulenta,

El gradiente hidraulico es superior a 5 y,

El coeficiente de uniformidad del suelo Cu > 20.

2.1.7. Istomia (1957)

Definio la probabilidad de suffusion en terminos del coeficiente de uniformidad Cu del

suelo. El esquema de clasificacion de Istomina es:

No suffusion si: Cu ≤ 10

Transicion si: 10 ≤ Cu ≤ 20

Suffusion si: Cu ≥ 20

2.1.8. Kenny & Lau (1985, 1986)

Estos autores fueron los pioneros en la evaluacion del fenomeno de erosion mediante ensayos

de laboratorio dejando a un lado el empirismo. Concibieron el criterio para muestras de grava

y arena (materiales de filtro) y llevaron a cabo ensayos de laboratorio con permeametro. El

metodo propone el calculo de un ındice de estabilidad denominado H/F, el cual se calcula a

lo largo de una longitud determinada de la curva de gradacion (del material de filtro). Para

cada grano de suelo de tamano D, su correspondiente porcentaje de masa que pasa es F,

y ası mismo, un valor H es definido como el porcentaje que pasa entre D y 4D, los cuales

establecen la relacion H/F. El metodo es aplicado a lo largo del extremo mas fino de la curva


de gradacion, es decir, el valor maximo de F es 20 % para suelos con una fraccion gruesa

clasificado como WG (widely-graded) y 30 % para suelos con una fraccion gruesa clasificado

como NG (narrowly-graded). El fin principal del metodo es extraer de la curva ındice de

estabilidad (H/F)min, es decir, el valor mas pequeno a lo largo de la curva H:F, Figura 2-10.

Figura 2-10.: Metodo de Kenney-Lau para evaluar la estabilidad interna de los filtros,el detalle muestra la curva H:F y el ındice de estabilidad (Ronnqvist andViklander, 2014).

2.1.9. Sherard & Dunnigan (1989)

Encontraron una nueva prueba de laboratorio, denominada No Erosion Filter o NEF

y expusieron que esta prueba tenıa ventajas sustanciales sobre las pruebas de ranura y

suspension utilizadas en la primera parte de su programa de investigacion llevada a cabo

entre los anos 1981 y 1985. Las pruebas NEF se efectuaron con cuatro tipos de suelos: i)

Sedimentos finos y arcillas con mas del 85 % que pasa el tamiz #200; ii) arenas limosas y

arcillosas y, limos y arcillas arenosas con 40-85 % que pasa el tamiz #200, iii) arenas limosas

y arcillosas y, gravas arenosas con un 15 % o menos que pasa el tamiz #200; iv) suelos

intermedios entre los grupos ii y iii. El procedimiento realizado con cada ensayo se resume

en:


En la Figura 2-15 se observa el montaje de la prueba, con el cilindro en posicion vertical

para propiciar flujo hacia abajo, lleno con grava sobre la muestra de material de nucleo

que posee un orificio de 1 mm de diametro, saturado (eliminando el aire a traves del

agujero abierto en la parte superior placa donde se fija el manometro).

Figura 2-11.: Detalles del ensayo No Erosion Filter, (Sherard and Dunnigan, 1989).

Conectado al medidor de presion y la valvula abierta, aplicando una presion de

aproximadamente 413 kPa a la parte superior de la muestra.

Por ultimo, se observa el comportamiento hasta que disminuye el caudal y el agua este

limpia, generalmente despues de cinco a diez minutos; esto incluye medir la cantidad

de agua que entra por el filtro y observar el color del agua.

Se desmonta el ensayo y se observa la erosion del material base o de nucleo.


En la Tabla se presentan los diametros maximos de partıculas encontradas para diferentes

tipos de material de nucleo.

D15 = Tamano maximo de las partıculas del filtro, encontrado a partir de las pruebas

NEF, a partir del cual el material de nucleo no experimentara erosion alguna como producto

del flujo de agua.

Tabla 2-2.: Diametro maximo de filtro D15 determinado por el contenido de finos para cuatrogrupos de suelo, (Sherard and Dunnigan, 1989).

Grupo % en malla #200 Diametro de filtro (D15) hallado

i 85-100 D15 = 7d85 − 12d85 (promedio D15 = 9d85)

ii 40-80 D15 = 0, 7 − 1, 5mm

iii 0-15 D15 = 7d85 − 10d85

iv 15-40 Entre grupos 2 y 3, dependiendo del contenido de finos

2.1.10. Burenkova (1993)

Propuso un metodo predictivo basado en los resultados de pruebas de laboratorio

efectuadas en 22 muestras de grava y arena sin cohesion, con tamanos maximos de partıcula

de hasta 100 mm. El ensayo consistio en mezclar varias fracciones de suelo, la hipotesis basica

era que una fraccion de menor tamano no formaba parte del esqueleto basico del suelo si no

causaba aumento en el volumen cuando se mezclaba con una fraccion de tamano mas grueso.

Segun Burenkova, la estabilidad interna de un suelo depende de los factores condicionales

de uniformidad h′′ y h′ definidos como:

h′′ =d90d15

(2-10)

h′ =d90d60

(2-11)

Con base en estos factores de uniformidad, el metodo presenta los lımites que separan los


suffusive soils de los non-suffusives soils, (Figura 2-13). Zonas I y III indican que el suelo es

susceptible a desarrollar fenomenos de suffusion y la zona II indica lo contrario. El dominio

para los suelos non-suffusives o Zona II se describe aproximadamente mediante la siguiente

desigualdad:

0, 76 · log(h′′) + 1 < h′ < 1, 86 · log(h′′) + 1 (2-12)

Figura 2-12.: Clasificacion de las composiciones suffusive y no-suffusive adoptado porBurenkova en 1993. Zonas I y III – Suffusive Soils, Zona II – No SuffusiveSoils, Zona IV – Artificial soils, (Burenkova, 1993)

2.1.11. Wan & Fell (2004)

Basados en una combinacion de los metodos Kenney and Lau (1985, 1986) y (Burenkova,

1993) y argumentando que los dos metodos se complementan entre sı cuando se usan juntos,

Wan & Fell consideran que no es practico establecer reglas determinısticas sino evaluar

probabilidades basados en las relaciones de diametro d90d60

y d90d15

. La relacion d90d60

representa

la pendiente de la fraccion gruesa de la curva granulometrica. Los valores altos representan

partıculas gruesas de un solo tamano que tendran grandes espacios en comparacion con un


suelo bien gradado. El d90d15

se puede considerar como una medida de la accion del filtro entre

la fraccion gruesa y fina.

Figura 2-13.: Contornos de la probabilidad de inestabilidad interna de los sueloslimo-arenoso y arcilloso-limo-arena-grava de contenido limitado de arcilla yplasticidad, (Wan and Fell, 2004).

Los contornos de probabilidad se definen mediante las siguientes ecuaciones:

P =ez

1 + ez(2-13)

Z = 2, 378 · log(h′′) − 3, 648 · h′ + 3, 701 (2-14)

Z = 3, 875 · log(h′′) − 3, 591 · h′ + 2, 436 (2-15)

Donde,

P : probabilidad predictiva de inestabilidad interna


Z : variable dependiente de la ecuacion de regresion logıstica

h′′ : definido como d90d15

por (Burenkova, 1993), y

h′ : definido como d90d60

por (Burenkova, 1993).

2.1.12. Wan & Fell (2008)

La experiencia con el uso de los metodos Kenney & Lau y Burenkova modificado llevo a los

autores a darse cuenta de que los suelos con una pendiente pronunciada en la fraccion gruesa

y una pendiente plana en la fraccion mas fina eran posiblemente inestables internamente.

Despues de algunos ensayos se determino que estos podrıan estar representados por las

relaciones de diametro d90d60

y d20d5

.

Figura 2-14.: Metodo alternativo para evaluar la inestabilidad interna de los sueloslimo-arena-grava, (Wan and Fell, 2008).

2.1.13. Li & Fannin (2008)

Investigaron los enfoques de Kezdi (1969) y Kenney and Lau (1985, 1986) para evaluar la

estabilidad interna de los suelos. Estos investigadores informan que los metodos difieren en

como se establece la longitud determinada de la curva granulometrica: el criterio de Kezdi

lo hace sobre el porcentaje mas fino en masa, mientras que el criterio de Kenney & Lau


sobre el tamano de las partıculas. Li & Fannin encontraron que el enfoque de Kenney and

Lau (1985, 1986) era mas conservador con un valor de F>15 %, mientras que Kezdi (1969)

resulto ser mas conservador a F<15 %. Su analisis comparativo revelo ademas que puede ser

util combinar aspectos de los dos metodos empıricos al evaluar la estabilidad interna de los

suelos.

Figura 2-15.: Resumen y ajuste de los metodos, (Kezdi, 1969; Kenney and Lau, 1985, 1986;Li and Fannin, 2008).

2.2. Criterios para evaluar la capacidad auto-filtrante de

los materiales

2.2.1. Kezdi (1969)

En su trabajo dividio los materiales en dos clases, una fraccion gruesa y una fraccion fina

que se diferencian en un punto a lo largo de la curva de distribucion granulometrica y, aplico

esta regla para el diseno del filtro:

2.2 Criterios para evaluar la capacidad auto-filtrante de los materiales 23

D15

d85< 4 <

D15

d15(2-16)

La regla anterior para el diseno del filtro se acredita generalmente a Terzaghi (1929) y

verificado experimentalmente por Bertram (1930). Kezdi planteo la hipotesis de que un

suelo que satisface la condicion D15

d85< 4 en cualquier punto de division arbitrario a lo largo

de la curva granulometrica es auto-filtrante y, por lo tanto, internamente estable. La segunda

parte de la ecuacion, representada por 4 < D15

d15, es un requisito para asegurar la capacidad

de drenaje adecuada de un filtro, y es irrelevante para el estudio de la estabilidad interna.

2.2.2. De Mello (1975)

Describio brevemente la evaluacion cuantitativa de los materiales clasificados como

gap-graded (distribuciones con “doble curvatura”que indican que el tamano de las partıculas

del suelo esta concentrado en torno a dos tamanos de grano separados), el metodo propuesto

es similar al metodo de Kezdi (1969), pero el criterio de filtro propuesto por el es D15

d55< 5 y

se aplica unicamente a materiales gap-graded.

2.2.3. Sherard (1979)

Sherard explico ademas que existe inestabilidad interna cuando la porcion fina del suelo

no es compatible con la parte gruesa en terminos de los requerimientos del filtro. El metodo

es similar a los propuestos por Kezdi (1969), y de De Mello (1975), sin embargo, la aplicacion

no se limito a los suelos gap-graded. El criterio de filtro propuesto por Sherard esta definido

por:

D15

d85< 4 o 5 (2-17)

2.2.4. Foster & Fell (2001)

Foster y Fell con base en datos experimentales de pruebas realizadas por el Servicio

de Conservacion de Suelos de los Estados Unidos (ahora Servicio de Conservacion de


Recursos Nacionales), publicado en Sherard et al. (1984a,b), Sherard and Dunnigan (1989)

y las pruebas de Kenney et al. (1984); Kenney and Lau (1985) y Khor and Woo (1989),

investigaron la probabilidad de incompatibilidad entre el material de nucleo y el filtro en

presas de tierra y definieron tres lımites empıricos:

Un lımite de no erosion (NE) que varıa con el contenido de finos del suelo base.

Un lımite excesivo de erosion (EE) que varıa tanto con el contenido de finos como con

el tamano de grano.

Un lımite continuo de erosion (CE) que varıa solo con el tamano del grano.

Figura 2-16.: Lımites conceptuales de erosion a partir del comportamiento en pruebas defiltro, (Foster and Fell, 2001).

Foster y Fell hacen la clasificacion del comportamiento de los filtros: 1) Filtro que sella sin

existencia de erosion: se produce sellado rapido luego de generarse una fuga concentrada de

agua sin provocar danos. 2) Filtro que sella con algo de erosion: el sellado se produce despues

de haberse generado cierto dano y donde la fuga del agua se incremento en forma moderada.

3) Filtro con sellado parcial o sin sellado: con erosion grande debido a la presencia de una

fuga, con grandes perdidas por erosion y grandes incrementos en la fuga del agua.

3. Geologıa de los sitios de presa

En la Figura 3-1 se presenta la geologıa de los sitios donde se emplazan las once presas

consideradas en el analisis, de las cuales el setenta y tres por ciento corresponde a estructuras

construidas con materiales provenientes del cuerpo geologico mas grande de la cordillera

central de Colombia, el Batolito Antioqueno. Las demas presas son estructuras construidas

con suelos residuales de rocas metamorficas, especıficamente anfibolitas, neis y esquistos.

Figura 3-1.: Ubicacion - Sobre Batolito Antioqueno, Quebradona, Troneras, Miraflores,Santa Rita, San Carlos, Playas y Riogrande II; sobre anfibolitas, PiedrasBlancas; sobre neis, La Fe y El Buey y sobre gneis cuarzo-feldespatico, Ituango.

26 3 Geologıa de los sitios de presa

3.1. Marco geologico

De las doce presas de tierra que posee el departamento de Antioquia, ocho de ellas se han

construido sobre suelos y rocas del Batolito Antioqueno (Miraflores – 1965, Troneras – 1962,

Quebradona – 1958, Riogrande II – 1988, Santa Rita – 1969 y 1975 y Playas – 1987 de EPM,

Punchina – 1983 y Jaguas – 1988 de ISAGEN S.A). El Batolito Antioqueno es un cuerpo

continuo y profundo constituido por rocas ıgneas de tipo granito-granodiorita-cuarzodiorita,

y cubre un area aproximada de 10.000 km2. Como rocas encajantes alrededor del Batolito

Antioqueno, se encuentran rocas metamorficas mas antiguas, tipo esquisto-anfibolita-neis,

de edad paleozoica sobre las que se han construido las presas Piedras Blancas – 1952, La

Fe – 1973, El Buey – 1983 y actualmente se encuentra en construccion Ituango, que tiene

estimado el inicio de operaciones en el ano 2018.

Por otro lado, uno de los aspectos fundamentales de la geologıa regional es la sismicidad,

que en la parte central del departamento se ha clasificado de moderada a baja, sin embargo,

se encuentra rodeada por zonas de sismicidad alta, al oeste por Choco, al sur por Risaralda,

Quindıo y Caldas producto de la depresion del Cauca, y al oriente por el nido sısmico de

Santander y Norte de Santander.

3.2. Geologıa regional

3.2.1. Batolito Antioqueno

Este cuerpo geologico esta conformado por rocas ıgneas intrusivas como granito,

granodiorita y cuarzodiorita o tonalita y constituyen el nucleo de la Cordillera Central

del departamento de Antioquia. Mineralogicamente estas rocas estan compuestas por

cuarzo, feldespato, hornblenda y biotita. Por el efecto de la meteorizacion estos minerales

se descomponen en la superficie, formando capas gruesas de suelos residuales que llegan a

profundidades de 50 m o mas. La meteorizacion de los minerales feldespaticos genera suelos

limosos y arcillas, y la oxidacion de los minerales ferromagnesianos, que aportan oxidos de

hierro y proporcionan una coloracion amarillo-rojizo, caracterıstica de los suelos residuales

del Batolito Antioqueno.

3.2 Geologıa regional 27

El perfil de meteorizacion de estas rocas es basicamente el siguiente: suelos residuales de

limos arcillosos de color amarillo, seguido por saprolitos limos arenosos y arenas limosas de

color rojizo, en los que es posible apreciar la textura de la roca madre, estos suelos presentan

mejores caracterısticas mecanicas con relacion a los residuales. Y finalmente aparece una zona

de transicion suelo-roca, en la que el suelo se hace cada vez mas duro con la profundidad

hasta llegar a la roca sana y sin evidencia de meteorizacion. Esta formacion geologica ha sido

la fuente de materiales para la construccion de la mayorıa de presas de tierra en Antioquia.

3.2.2. Rocas metamorficas

En el departamento de Antioquia, las rocas metamorficas son formaciones que rodean el

Batolito Antioqueno. Las formaciones geologicas de este tipo relacionadas con la construccion

de las presas de tierra aquı consideradas corresponden a anfibolitas, neises y esquistos.

Anfibolitas (Pza)

Con este tipo de materiales y sobre este tipo de suelos residuales se construyo la presa Piedras

Blancas. Esta formacion aflora en la vertiente oriental del Valle de Aburra y se extiende

hasta la cuenca de la quebrada Piedras Blancas. Son mas resistentes a la meteorizacion y

forman las partes mas altas de la cordillera en esta region. Su composicion mineralogica

es fundamentalmente hornblenda y plagioclasa, desarrollando un perfil de meteorizacion

de aproximadamente 30 m. Los suelos residuales derivados de esta roca corresponden

esencialmente a una mezcla de limos de baja y alta plasticidad.

Neises (Pznf)

Con este tipo de materiales y sobre este tipo de suelos se construyeron las presas La Fe y

El Buey. Asociado a las anfibolitas en el oriente cercano se encuentra un cuerpo de neis,

de textura foliada perteneciente al denominado Grupo Ayura-Montebello. Los minerales

principales son cuarzo, plagioclasa, biotita y hornblenda en menor proporcion. En superficie

se descompone a suelos limo arenosos, de textura similar, aunque menos profundos que los

suelos del Batolito Antioqueno. Especıficamente en la presa Ituango se encuentra un conjunto

de neises cuarzo-feldespaticos (Pznf) y alumınicos (Pznl), con una estructura que varıa entre

esquistosa, gneisica y migmatıtica; plegados y con diferenciaciones mineralogicas y texturales


debido a la variabilidad del metamorfismo y a la heterogeneidad de los sedimentos originales.

Un cuerpo de estos neises corresponde a la unidad litologica sobre la que se asentaran las

obras del proyecto.

Esquistos (Pze)

Se localizan intermitentemente a lo largo de la zona de influencia del embalse de Ituango,

al sur en Santa Fe de Antioquia, y en el centro y norte, desde los alrededores del

caserıo de Orobajo hasta la quebrada Sardinas. Los esquistos presentan intercalaciones de

diferentes composiciones, encontrandose cuarzo sericıticos, clorıticos, y grafitosos, en orden

de decrecimiento en cuanto a sus propiedades geotecnicas. Las relaciones de estos con los

cuerpos ıgneos son en general de tipo intrusivo, mientras que con los gneises es de tipo

gradacional a normal, como en cercanıas a la zona de la presa. Sobre estas rocas, en las

zonas de inundacion del embalse, se presentan sobrecapas de meteorizacion inferiores a los

10 m de espesor, con muy escaso desarrollo de suelo residual y predominio de roca fracturada,

oxidada y meteorizada.

3.3. Geologıa estructural

Las zonas de fallas de la cordillera Central que afectan a las presas Piedras Blancas,

Quebradona, Troneras, Miraflores, La Fe, Santa Rita, El Buey, Playas, Riogrande II, San

Carlos y Jaguas pueden agruparse en cuatro grandes sistemas de fallas: Palestina, Cauca,

Romeral, Noroeste y falla Espıritu Santo.

3.3.1. Falla Palestina

Las fallas principales de este sistema son: Palestina, Norcasia, Patio Bonito, San Diego,

Mulato, Jetudo, Jetudo Este, Cocorna, Cimitarra, Bagre Norte y Otu Norte, las cuales

se extienden desde el sur del Nevado del Ruiz hasta la cordillera oriental en el valle del

Magdalena, al oeste de Puerto Berrıo. Los contactos litologicos afectados por estas fallas

tienen un desplazamiento lateral de 28 km dando a las fallas actividad en el Terciario tardıo

o Cuaternario.

3.3 Geologıa estructural 29

3.3.2. Falla Cauca-Romeral

Cauca una zona con cinco kilometros de ancho y las fracturas que la componen son

inversas con buzamientos mayores de 75◦ E hasta verticales. Varios ramales lo componen

y en Antioquia las fallas Cauca Oeste, Canafisto, Anza, La Batea y Santa Fe pertenecen

a este sistema. La falla Cauca Oeste presenta evidencias de actividad en el Cuaternario y

estimandose un grado de actividad de moderado a bajo.

Romeral se localiza en la zona occidental de Colombia, en el valle del rıo Cauca desde

los lımites con Ecuador al sur, hasta el norte del departamento de Antioquia, para una

longitud de 800km. Este sistema esta conformado por una serie de fallas a lo largo de

su recorrido, donde las trazas identificadas y estudiadas en el departamento de Antioquia

son: Heliconia, Aurra, Las Animas, Sopetran, Cordoba, Caldas - San Jeronimo, Cascajosa,

Sabanalarga Este, Sabanalarga Oeste. Las fallas Heliconia, Sabanalarga Este y Oeste, Aurra,

Las Animas, Sopetran, Cordoba y Cascajosa presentan caracterısticas geomorfologicas que

sugieren actividad cuaternaria a lo largo de ellas, y por el grado de erosion y el espesor

de los depositos que las cubren los desplazamientos menores de tres metros no pueden ser

observados. El ramal Montenegro, cerca de Armenia, se considera ligeramente el mas activo,

con una tasa de desplazamiento entre 0,2 mm/ano y 0,6 mm/ano.

3.3.3. Falla Noreste

Presentes en el flanco oriental de la cordillera Central, es un conjunto de fallas paralelas

que se localizan al oeste de la zona de fallas Palestina, rodeando los lımites del Batolito

Antioqueno. El grupo de fallas noreste se desarrolla desde el sur del municipio de Amalfi

hasta San Luis y las mas importantes son: Calderas, Bizcocho, Balseadero, Nare, Monteloro,

Miraflores y San Bartolome. Las fallas Bizcocho y Nare presentan trazas rectilıneas,

continuas, muy cerca de la presa Santa Rita; la falla Balseadero se localiza aguas abajo

de la presa Playas, en contacto de las rocas del Batolito con rocas metamorficas; la falla

Miraflores se encuentra sobre la cuenca del rıo Guadalupe, particularmente sobre el estribo

derecho de la presa Miraflores.


3.3.4. Falla Espıritu Santo

Se extiende desde la falla Sabanalarga, cerca de Liborina, hasta unos 15 km al este del

municipio de Caceres en el Bajo Cauca, a partir de donde es cubierta por sedimentos

cuaternarios; su longitud comprobada es de 125 km y se considera que se extiende por

otros 40 km, enmascarada por los sedimentos mencionados. Se han identificado diferentes

comportamientos a lo largo de la traza: en el extremo noreste se determino un desplazamiento

con el bloque noroeste descendido con respecto al sureste; cerca de Liborina, en el extremo

suroeste, el desplazamiento parece ser contrario. Se considera como una falla normal, aunque

en algunos tramos puede presentarse como inversa. Esta falla presenta varias evidencias de

su actividad cuaternaria, representadas por el desplazamiento de la superficie de erosion de

la cordillera Central en 650 m en la vertical con el bloque noroeste hundido.

4. Metodologıa

La evaluacion del fenomeno de erosion interna en las presas de tierra construidas en

Antioquia consiste fundamentalmente en cuatro etapas:

Recopilacion de informes de diseno y actualizacion de las presas, la cual se logro en

comun acuerdo con Empresas Publicas de Medellın – EPM.

Toma de muestras de material in situ aledano a las zonas de presa de La Fe, Piedras

Blancas, Miraflores e Ituango, que para facilidad de los analisis representan cuatro

grupos de presas de acuerdo con las caracterısticas geologicas.

Evaluacion por medio de criterios geometricos de las franjas granulometricas del filtro.

Ensayos de clasificacion con el fin de caracterizar el material, ensayo triaxial

consolidado no drenado, pinhole y permeametro, este ultimo con el fin de replicar

el criterio propuesto por Sherard y Dunnigan en 1989.

4.1. Criterios geometricos

En la Figura 4-1 se presentan las bandas granulometricas de los materiales de filtro de la

mayorıa de las presas de tierra construidas durante los ultimos 65 anos en el departamento de

Antioquia; para cada una de ellas se fijo una franja superior, una inferior y ademas, dentro

de esta franja se generaron 30 distribuciones aleatorias adicionales para evaluar mediante

algunos de los criterios expuestos en el Capıtulo 2 la susceptibilidad al desarrollo de erosion

interna.

32 4 Metodologıa

Figura 4-1.: Rangos de gradacion de filtro de las presas Piedras Blancas, Quebradona,Troneras, Miraflores, La Fe, Santa Rita, Playas e Ituango.

4.2. Criterio hidraulico

Para determinar las caracterısticas del material in situ aledano a las zonas de presa de

La Fe, Piedras Blancas, Miraflores e Ituango y su potencial de erosion, se llevaron a cabo

ensayos de clasificacion, succion, pinhole, triaxial y permeametro a escala.

4.2.1. Ensayos de clasificacion

Los ensayos de clasificacion, triaxial, pinhole y succion se llevaron a cabo bajo los

estandares de las normas American Society for Testing and Materials (ASTM):

Gravedad especıfica: ASTM D854

Granulometrıa por tamizado: ASTM D422

Granulometrıa por hidrometro: ASTMD4221

Clasificacion unificada de los suelos: ASTM 2487

Compresion triaxial CU para suelos cohesivos: ASTM 4767

4.2 Criterio hidraulico 33

Metodo para identificar y clasificar suelos dispersivos – Pinhole: ASTM D4647

Succion por el metodo del papel filtro: ASTM 5298-10

4.2.2. Permeametro a escala

Para el diseno de la presa Ituango se llevaron a cabo ensayos de permeametro a escala,

para tal fin se diseno un montaje para pruebas de infiltracion, con este ensayo se pretende

determinar la susceptibilidad a presentar inestabilidad interna en materiales que conforman

el cuerpo de la presa. El procedimiento esta destinado a establecer estandares de referencia

para el criterio de seleccion del material que se utilizara para la conformacion del lleno de la

presa. Se establecieron condiciones ideales del ensayo como pre-requisito para el flujo laminar

de agua a traves de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante:

Continuidad de flujo con cambios en el volumen del suelo durante el ensayo.

Flujo a traves de los vacıos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire dentro

de los mismos.

Flujo variable con cambios en el gradiente hidraulico y proporcionalidad directa de la

velocidad de flujo con gradientes hidraulicos.

Intervalos de tiempo constantes en la variacion del gradiente hidraulico, ademas, la

inspeccion visual es el primer estimativo antes de finalizar el ensayo.

Se descarto el uso de un controlador de volumen y de densidad para la medida de

cambios de volumen debido a la rapidez con que suceden estos durante el ensayo a

causa de la permeabilidad y deformabilidad del material.

El equipo consiste en cilindro de acrılico transparente con abrazaderas, con un diametro

de 50 cm (aproximadamente 6 veces el tamano maximo de las partıculas), se ajusta con una

placa porosa adecuada en la parte inferior, dicha placa presenta una permeabilidad mayor

que la de la muestra de suelo pero con aberturas lo suficientemente pequenas para impedir

el movimiento de partıculas; ademas, cuenta con transductores de presion para medir la

perdida de carga h, sobre una longitud l (equivalente al menos al diametro del cilindro);

nuevamente una placa porosa en la parte superior de la muestra que servira para ingresar el

34 4 Metodologıa

agua a la muestra y que a su vez aplica una ligera presion de confinamiento (1 kPa de carga

total) cuando la placa superior se encuentre colocada en su sitio (ver Figura 4-2 y Figura

4-3). El material de nucleo se compacta generando un orificio 1” de diametro para inducir

piping.

Figura 4-2.: Esquema explicativo del permeametro a escala.

Para satisfacer los requerimientos establecidos se deben cumplir las siguientes condiciones:

Suministro de agua y expulsion del aire, provisto de valvulas de control adecuadas para

mantener las condiciones del ensayo.

Valvulas solenoides para energizar, desairear, y presurizar el sistema.

Equipo para la compactacion del material (martillo de compactacion ensayo Proctor

Modificado).

Bomba de vacıo o aspirador de chorro de agua, con grifo para evacuar y saturar

muestras de suelo con vacıo completo.

Sistema electronico para la determinacion del comportamiento de la muestra en tiempo

real.


Figura 4-3.: Equipo para ensayo de permeametro a escala.

Para el escalar las granulometrıas de filtro se emplea el metodo de la granulometrıa

homotetica (Lowe, 1964), este metodo propone utilizar muestras con una curva

granulometrica paralela a la del material grueso original que se desea evaluar, es

36 4 Metodologıa

decir, la muestra “equivalente” de menor tamano de partıcula a ser ensayada corresponde

a aquella de granulometrıa homotetica a la del material grueso en investigacion (Marachi

et al., 1972; Varadarajan et al., 2003; Verdugo and de la Hoz, 2006).

La metodologıa para escalar los materiales consistio basicamente en determinar el

volumen ocupado del filtro en el permeametro y con la densidad del material determinar el

peso retenido en cada malla segun la gradacion utilizada en la construccion de las presas.

Este procedimiento es adecuado cuando las muestras homoteticas resultantes no superan

un contenido de finos del 10-12 % y cuando variables como mineralogıa, dureza y forma

de las partıculas son similares, independientemente del tamano de las partıculas. Para este

caso el contenido de finos del material a ensayar excede el 12 %.

En palabras sencillas, el material de filtro usado en el ensayo se determino conociendo

la curva granulometrica y los porcentaje que pasa cada malla, conociendo el diametro y la

altura necesaria para el montaje y suponiendo el peso especıfico del material, ası se determina

el peso total de las partıculas del filtro y con base en este los pesos que debe contener cada

malla.

Preparacion

Previamente a la disposicion del material en el acrılico, se caracteriza el material a ensayar.

Se efectuan las medidas iniciales de diametro interior “D” del permeametro, la longitud “L”

entre las salidas de los transductores de presion; la profundidad “H1” medida en cuatro

puntos simetricamente espaciados desde la superficie superior de la placa tope del cilindro,

hasta la parte superior de la placa porosa superior. Esto deduce automaticamente el espesor

de la placa porosa superior y con las medidas de altura tomadas se podra determinar

el volumen del material colocado en el cilindro. Se calcula tambien el area de la seccion

transversal “A” de la muestra. Se toma una pequena parte de la muestra seleccionada para

determinar la propiedades ındice del material y la gradacion inicial del mismo.


Compactacion

Para realizar el proceso de compactacion se requieren alrededor de 250 kg de material por

cada ensayo, ademas de tener registradas las granulometrıas de cada uno de los materiales

a ensayar. Se mezcla perfectamente la muestra representativa escogida, con agua suficiente

para humedecerla hasta aproximadamente 4 puntos de porcentaje por encima y/o debajo del

contenido optimo de humedad. Se prepara un especimen compactando el suelo humedecido

en el molde de 50 cm de diametro en cinco capas aproximadamente iguales y que den una

altura total compactada de alrededor de 100 cm. Se compacta cada capa mediante n golpes

uniformemente distribuidos con el martillo de caıda libre de 457 mm (18”) por encima de

la altura aproximada del suelo compactado. Despues de la compactacion, se debera remover

cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte superior del molde.

Preparacion del especimen para ensayo de erosion interna

Se nivela la superficie superior del suelo colocando la placa porosa superior en posicion,

se mide la altura final de la muestra, H1-H2, el peso final secado al aire del suelo empleado

en el ensayo (W1-W2). Con el empaque en su sitio, se presiona la placa superior y se fija

con las arandelas en la parte superior del cilindro, produciendo un sello a prueba de aire.

Esto satisface la condicion de mantener el peso unitario inicial, sin cambio significativo de

volumen durante el ensayo.

Saturacion

Empleando una bomba de vacıo se aspira la muestra, durante 15 minutos, para remover

el aire. Se continua la operacion mediante una saturacion lenta de la muestra de arriba

hacia abajo, con el fin de liberar cualquier aire remanente en la muestra. Se puede emplear

agua natural o destilada.

Despues de saturado el especimen y que el permeametro se encuentre lleno de agua, se

cierra la valvula del fondo. Debe tenerse cuidado de constatar que el sistema de flujo y que el

sistema de transductores se encuentren libres de aire y esten trabajando satisfactoriamente.

Se conecta el tubo de admision al tope del permeametro, y se abre ligeramente la valvula

de admision y los grifos del transductor, para permitir que fluya el agua, eliminandose ası

38 4 Metodologıa

el aire. Se cierra la valvula de admision y se abre la de valvula de salida para que el agua

alcance en los transductores un nivel estable o cero.

Procedimiento

Se abre ligeramente la valvula de admision del tanque filtrante para la primera prueba

hasta lograr las condiciones descritas en el numeral anterior, se mide el tiempo “t”, la

cabeza, “h” (diferencia de nivel en los transductores), el caudal “Q”, y la turbidez del

material “T”.

Se repiten las pruebas con incrementos de gradiente para establecer exactamente en donde

comienza el proceso de erosion interna del material y su correspondiente velocidad, v (siendo

v = Q/At) directamente proporcional al gradiente hidraulico, “i” (siendo i = h/L).

Al concluir el ensayo de erosion, se drena y examina la muestra para establecer si

esta homogenea y de caracter isotropico. Cualquier clase de “rayas” o capas horizontales

alternadas claras y oscuras son evidencia de la segregacion de finos. Se debera realizar una

granulometrıa posterior sobre el material ensayado.

Por practicidad se establecieron cuatro grupos de presas: i. Presas construidas con material

proveniente del Batolito Antioqueno, para caracterizar a Quebradona, Troneras, Miraflores,

Santa Rita, Playas, San Carlos, Riogrande II y Jaguas; ii. Presas construidas con suelos

residuales de anfibolita, para caracterizar a Piedras Blancas; iii. Presas construidas con suelos

residuales de neis, para caracterizar a La Fe y El Buey y finalmente iv. Presas construidas con

suelos residuales de neis cuarzo-feldespatico, para caracterizar a Ituango. Dichos materiales

se obtuvieron de zonas aledanas a las presas Miraflores, Piedras Blancas, La Fe e Ituango.

5. Resultados

5.1. Criterios geometricos

A continuacion, se evaluan los lımites superior e inferior de las bandas granulometricas de

cada presa mas 30 distribuciones aleatorias, para un total de 32 granulometrıas por presa.

5.1.1. Burenkova (1993)

El metodo Burenkova establece cuatro zonas de clasificacion del suelo granular (material

de filtro), donde I y III corresponden a suelos susceptibles a presentar suffusion, II a suelos

no susceptibles a manifestar suffusion y finalmente la zona IV que corresponde a suelos

artificiales. El resultado del analisis para las presas de Antioquia con respecto a este metodo

se resume en la Tabla 5-1.

Tabla 5-1.: Susceptibilidad de las presas a presentar suffusion, segun Burenkova

Presas Zona II Zona I y/o III

% No susceptible a suffusion % Susceptible a suffusion

Piedras Blancas 62,5 37,5

Quebradona 50 50

Troneras 28,1 71,9

Miraflores 12,5 87,5

La Fe 100 -

Santa Rita 53,1 46,9

Playas 59,4 40,6

Ituango 68,8 31,2

40 5 Resultados

5.1 Criterios geometricos 41

Figura 5-1.: Evaluacion metodo Burenkova, presas: a-Piedras Blancas, b-Quebradona, c-Troneras, d-Miraflores, e-La Fe, f-Santa Rita, g-Playas, h-Ituango.

En la Figura 5-1 se presentan las evaluaciones de las curvas granulometricas de los

materiales de filtro mediante el metodo Burenkova (1993), los puntos rojos corresponden a

los lımites superior e inferior de las bandas y los azules a las gradaciones aleatorioas.

Para que una curva granulometrica cumpla con las condiciones necesarias y no sea

susceptible a erosion, el porcentaje de partıculas gruesas debe ser pequeno, y con una

relacion optima entre gruesos y finos, comportamiento tal de las curvas granulometricas de

“cola larga”.

Segun los resultados todas las presas son susceptibles al desarrollo de suffusion (con

excepcion de La Fe, para la cual todas las gradaciones se localizan en Zona II). Esto implicarıa

que, en cualquier momento de su vida util el filtro experimentara fenomenos de migracion de

las partıculas mas finas, dejando el esqueleto de suelo conformado por las partıculas gruesas,

lo que darıa lugar a que los granos del cuerpo de la presa (limos y arcillas) se alojen en estos

espacios y provocando la colmatacion del filtro.

5.1.2. Wan & Fell (2004)

A continuacion, se presentan los contornos de probabilidad propuestos por Wan & Fell

en 2004, como un metodo adaptado de Burenkova (1993). Los puntos mas bajos indican

42 5 Resultados

mayor probabilidad de desarrollar suffusion, ası las cosas, segun este criterio los filtros

mas vulnerables son los de las presas Quebradona, Troneras y Playas, las cuales presentan

probabilidades superiores al 70 %, sin embargo, estas mismas presas ponen a la vista

gradaciones con probabilidades inferiores al 5 %, por esta razon se infiere que el metodo

no puede ser concluyente a la hora de establecer el grado de susceptibilidad de los materiales

que la componen.



En este metodo, el tamano de las partıculas gruesas no tiene un peso tan importante (D90

D60),

estos autores le otorgan mayor valor a la pendiente general de la curva. Entre mas alta sea

la relacion D90

D15, mas alta sera la probabilidad de presentar erosion interna, es decir, un suelo

bien gradado no es apto para materiales de filtro segun Wan & Fell (2004). Respecto a los

resultados obtenidos, la tendencia no revela una relacion obvia entre el contenido de finos y

44 5 Resultados

la estabilidad interna. Se puede establecer segun la evaluacion que los suelos con contenidos

de arena y grava menor al 10 % (caso Quebradona, Troneras y Playas) presentan mayor

probabilidad de experimentar inestabilidad interna que los suelos de limo-arena-grava.

5.1.3. Wan & Fell (2008)

Este metodo se concibio por la premisa de que los suelos con una pendiente pronunciada

en la fraccion gruesa y una pendiente plana en la fraccion mas fina (mas conocidos como

broadly graded) eran posiblemente inestables internamente. A continuacion, se presentan los

resultados obtenidos para la evaluacion de las presas de tierra de Antioquia:



Esta metodologıa propone una relacion optima del material en donde la cantidad de finos

es mınima (colas planas) y la pendiente de los materiales guesos sea muy alta. La evaluacion

de las curvas granulometricas situa en zona de transicion algunas distribuciones de Piedras

Blancas, Quebradona, Troneras, La Fe y Playas y en zona inestable algunas distribuciones

de Quebradona y Troneras; la forma de estas gradaciones presenta una leve tendencia de

pendiente pronunciada en la fraccion gruesa y pendiente plana en la fraccion mas fina, lo

que apoyarıa la afirmacion propuesta por Wan & Fell (2008) con respecto a la tendencia de

inestabilidad interna en este tipo de suelos.

5.1.4. Kenney & Lau (1985-1986) - Li & Fannin (2008)

La Asociacion Canadiense de Presas (CDA-ABC por sus siglas en ingles), presenta en su

Congreso Anual de Presas (Li et al., 2009), la aplicacion de la propuesta integrada de estos

autores que indica que todos los materiales de filtro que se identifiquen por debajo de la

lınea H=F (Kenney & Lau) y H=15 (Li & Fannin), son susceptibles al desarrollo de erosion

interna o suffusion.

Para el analisis efectuado, los materiales de filtro susceptibles a fenomenos de suffusion

son los correspondientes a las presas Piedras Blancas, Quebradona y Troneras, lo que tiene

sentido y podrıa ser cierto teniendo en cuenta que fueron las primeras presas construidas en

el departamento.

46 5 Resultados



Finalmente, con respecto a los metodos empıricos de Burenkova, Wan & Fell y Li

& Fannin, los resultados sugieren conclusiones diferentes para los ocho tipos de suelo

ensayados, por lo tanto se establece que la confiabilidad de los mismos es nula y por lo tanto

no se consideran concluyentes.

Se considera que el analisis estadıstico de los material de construccion es un paso esencial

para evaluar el potencial de erosion interna en presas, sin embargo, el uso de criterios basados

en la forma de las granulometrıas no puede considerarse definitivo.

5.2. Criterio hidraulico

A continuacion, se presentan los resultados de los ensayos hechos sobre los cuatro tipos de

muestra que representan los grupos geologicos de las presas de tierra contempladas en esta

tesis, para cada una de ellas se presentan los lımites de Atterberg del suelo tomado in situ a

principios del ano 2017 conjuntamente con los lımites de las mismas estructuras tomados de

algunos informes de diseno y revision (con excepcion de Ituango, del cual no se posee ningun

informe); ensayos de succion, pinhole (excepto Piedras Blancas y Miraflores los cuales luego

de tres intentos se taponan), triaxial y erosion.

48 5 Resultados

5.2.1. Piedras Blancas

En primera instancia se determino mediante el ensayo de doble hidrometro la distribucion

granulometrica del material tomado en las zonas aledanas a las presas. En la Figura 5-5 se

presentan los lımites superior e inferior del material (lıneas verdes) segun los informes de

diseno y las lıneas azules corresponden a la distribucion del material ensayado.

Figura 5-5.: Ensayo de doble hidrometro - Piedras Blancas.

Figura 5-6.: Lımites de Atterberg, presa Piedras Blancas.

Algunos informes de revision indican que la presa Piedras Blancas esta conformada

principalmente por suelos finos clasificados como ML (limos de baja plasticidad) y en


menor proporcion por MH (limos de alta plasticidad), resultados que corresponden con

el tipo de material tomado in situ a principios del ano 2017 y utilizado para replicar el

comportamiento de esta presa, ver Figura 5-6.

Los resultados de permeametro a escala e indican que alrededor del minuto 200 se presenta

una descarga subita de las presiones, lo que visualmente se presento como fenomeno de

erosion, permitiendo que el material fino del filtro se lavara, dando lugar a espacios en los

cuales se deposito algo del material de nucleo, como se observara mas adelante (Figura 5-7).

Figura 5-7.: Carga - Gradiente hidraulico, presa Piedras Blancas

5.2.2. Miraflores

En la Figura 5-8 se presentan los rangos del material del cuerpo de la presa de Miraflores

(lıneas azules) segun los informes de diseno y las lıneas rojas que corresponden a la

distribucion del material ensayado.

En cuanto a la clasificacion del suelo, los resultados de laboratorio de presas como Santa

Rita, Miraflores y Troneras clasifican estos suelos residuales de Batolito Antioqueno como

limos de baja plasticidad (ML), resultados consecuentes con los resultados obtenidos del

material tomado de las zonas aledanas a la presa Miraflores con motivo de este trabajo de

investigacion, ver Figura 5-9.

50 5 Resultados

Figura 5-8.: Ensayo de doble hidrometro - Miraflores.

Figura 5-9.: Lımites de Atterberg, presa Miraflores.

Los ensayos triaxiales tienen como finalidad determinar los parametros mecanicos del

material compactado, para el caso de Miraflores se determino que la presa debe contar con

parametros efectivos c’=48 kPa y φ =24◦, ver Figura 5-10.

La Figura 5-11 corresponde a los resultados de permeametro, no se evidencia cambios de

presiones ni descensos de gradiente hidraulico que den cuenta de posibles flujos de infiltracion.


Figura 5-10.: Esfuerzos totales y efectivos, material de nucleo Miraflores.

Figura 5-11.: Carga - Gradiente hidraulico, presa Miraflores.

5.2.3. La Fe

En la Figura 5-12 se presentan los resultados de doble hidrometro efectuado para la presa

La Fe, en verde los lımites de distribucion granulometrica del material de presa y en rojo

distribucion del material tomado in situ.

Aunque se cuenta con poca informacion preliminar, el informe de la presa La Fe de 2007

clasifica el suelo como un material limoso de baja plasticidad (ML), verificando los resultados

obtenidos del material tomado de las zonas aledanas a la presa La Fe con motivos de la

realizacion de la presente investigacion, ver Figura 5-13.

52 5 Resultados

Figura 5-12.: Ensayo de doble hidrometro - La Fe.

Figura 5-13.: Lımites de Atterberg, presa La Fe.

Para el caso de La Fe los parametros efectivos de la presa segun las muestras compactadas

son: c’=42 kPa y φ =20◦, ver Figura 5-14.

El ensayo con permeametro a escala para esta presa indica un aumento progresivo de los

gradientes hidraulicos y las presiones de poro del material conforme aumentan las presiones

de confinamiento, aun ası la inspeccion visual del material indica que se presento migracion

de partıculas y se generaron grietas aun cuando no se presenta evidencia de un gradiente

hidraulico crıtico (Figura 5-18).


Figura 5-14.: Esfuerzos totales y efectivos, material de nucleo La Fe.

Figura 5-15.: Carga - gradiente hidraulico, presa La Fe.

5.2.4. Ituango

En la Figura 5-16 se presentan los resultados de granulometrıa y doble hidrometro

efectuado para la presa Ituango, en rojo los lımites de distribucion granulometrica del

material de presa y en verde distribucion del material tomado in situ.

La clasificacion de material de nucleo impermeable que se usa actualmente en la

construccion de la presa Ituango se clasifica como arcillas de baja plasticidad (CL), no se

cuenta con informes de diseno para corroborar si la naturaleza de los resultados corresponde

con la realidad.

54 5 Resultados

Figura 5-16.: Ensayo de doble hidrometro - Ituango.

Figura 5-17.: Limites de Atterberg, presa Ituango.

En general los materiales de las presas ensayados corresponden en su mayorıa a suelos

finogranulares de baja plasticidad, lo que indica que se construyeron bajo la premisa de que

son preferibles materiales de baja plasticidad, para garantizar que en terminos de esfuerzos y

deformaciones no se presentaran asentamientos por consolidacion. No obstante, se encuentra

en contraposicion con la idea de preferencia de materiales plasticos con el fin de reducir la

posibilidad de generarse erosion interna.


Figura 5-18.: Carga - gradiente hidraulico, presa La Ituango.

En cuanto a los ensayos de succion, en general al comparar las curvas de succion

matricial y succion total se observa un efecto osmotico (quımico) en los poros

intermedios macroporos (curva succion total por encima de la matricial). En la zona

residual, para el caso de los materiales de presa, entre humedades del 5 y 10 %,

donde el incremento de succion no produce un cambio importante en el contenido de

agua y es tan escasa que no fluye entre los poros (su remocion puede ser solo por

evaporacion), las succiones son muy altas (hasta 10000 kPa), el agua esta adsorbida a

las partıculas y efecto que debe estar asociado a la compactacion del material; en los

microporos (agua asociada a la estructura del suelo) no se observa un efecto quımico,

debido a que para todos los casos ambas curvas se encuentran muy juntas.

Por otra parte, se observa un efecto quımico muy marcado en los poros intermedios

(agua adsorbida en la superficie del suelo), esto se evidencia en el espacio que se

encuentra entre las curvas de succion total y matricial que comienza en rangos de

humedades entre el 5-10 % y se hace progresivo hasta llegar a los macroporos (agua

capilar en los poros del suelo). La diferencia entre las curvas de succion matricial

y total en las zonas de poros intermedios y macroporos indican un efecto quımico

propiciado por el agua que se infiltra y circula dentro de la estructura del material.

De manera general, se puede concluir que los materiales no presentan una distribucion

de tamanos de granos muy amplia, lo cual se evidenciada en el poco cambio de

pendientes de la curva de succion total. Se observa la presencia de material finogranular

56 5 Resultados

los cuales se caracterizan por presentar un comportamiento dominado por las fuerzas

electricas, donde son requeridos valores de succion elevados (del orden de 10000 kPa)

para poder remover el agua en los microporos.

Figura 5-19.: Resultados de succion: a-Pidras Blancas, b-Miraflores, c-La Fe, d-Ituango.

Resulta muy evidente el dominio del componente quımico que se encuentra en el

material debido a la separacion que se haya en los poros intermedios y macroporos

entre la succion total y matricial, donde se observa un agregado bastante poroso de la

muestra y con estructuras planares, dado que corresponden a suelos finogranulares con

presencia en mayor o menor medida de minerales del grupo de los filosilicatos (arcillas).

El ensayo de pinhole de las muestras correspondientes a Piedras Blancas y Miraflores

se obstruyeron en tres intentos, sin embargo, no se establece que sean suelos dispersivos

y su resultado se atribuye a deficiencias del equipo usado.

Piedras Blancas:

Durante el ensayo se presenta flujo durante cinco minutos en la cabeza de 50 mm con

un caudal de 0,12 ml/s se presenta agua turbia, deja de fluir, se destapa y se revisa

el orificio y esta bloqueado se abre de nuevo, se conecta en 50 mm de presion otra

vez y vuelve a obstruirse, al aumentar la cabeza no se destapa. Se repite 3 veces con


resultados similares.

Miraflores:

Fluye con una cabeza de 50 mm y un caudal de 0,28 ml/s se presenta agua turbia y

deja de fluir casi de inmediato, se revisa el orificio y se abre de nuevo, se conecta en 50

mm de presion nuevamente y vuelve a obstruirse de inmediato. Se repite 3 veces con

resultados similares.

Figura 5-20.: Coloracion de agua obtenida del ensayo de pinhole para Piedras Blancas yMiraflores respectivamente.

En el caso de los pinhole de La Fe e Ituango, el ensayo muestra que el suelo no es

erodable ya que los caudales resultantes de carga y descarga para una misma cabeza

hidraulica presentan diferencias de 0,2 m/s para La Fe y 0,02 m/s para Ituango, en

ambos casos no se considera significativo. Adicionalmente no se evidencia aumento

del diametro del orificio, lo que se asocia a la presencia de arcillominerales que le dan

estabilidad a la estructura.

La Fe:

Con una cabeza de 50 mm el agua presenta turbidez y disminuye el flujo, se aumenta

a 100 mm la cabeza de presion los caudales se estabilizan y se hacen incrementos

sin embargo superan 1 ml/s al llegar a 960 mm hay un descenso en el caudal y se

inicia descarga, el caudal se estabiliza, pero al llegar a 100 mm de presion se tapona y

58 5 Resultados

deja de haber flujo. Al examinar el agujero no ha habido cambios representativos. Se

clasifica el suelo como ND1 (No dispersivo con baja erosion).

Ituango:

Se inicia con una cabeza de 50 mm el agua presenta turbidez, al hacer incrementos en

la cabeza de presion los caudales no superen a 0.3 ml por segundo al llegar a incluso

400mm se inicia la descarga y los caudales no presentan variacion, el agua sale clara

desde que se toman caudales en la cabeza de 100mm. Al examinar el agujero no ha

habido cambios representativos. Se clasifica el suelo como ND1 (No dispersivo con

baja erosion).

Los ensayos de erosion y/o pinhole a gran escala presentan una limitante, la bomba solo

alcanzo una presion maxima de 142 kPa en la presa La Fe. Se considera una limitacion

dado que las presas Piedras Blancas (27 m de altura), Miraflores (55 m de altura),

La Fe (34 m de altura), Ituango (237 m de altura), experimentan realmente presiones

maximas entre 265 kPa (Piedras Blancas) hasta 2320 kPa (Ituango).

Piedras Blancas:

La muestra es sometida a tres incrementos de presion (20, 47 y 104 kPa), al inicio del

ensayo el agua fluye cruzando el filtro y lavando las partıculas mas finas del mismo, el

agua sale turbia, en un principio con coloracion cafe (correspondiente al material de

nucleo) y finalmente con tonalidad gris (material de filtro). Las presiones intersticiales y

el gradiente hidraulico no muestran anormalidades sino hasta alrededor del minuto 60,

luego de haber incrementado la tercera carga, cuando subitamente la presion desciende

en todos los transductores indicando la presencia de tubificaciones el nucleo que han

permitido que los sensores 3, 4 y 5 comiencen a experimentar deltas de presion.


Figura 5-21.: Flujo de agua constante desde el inicio del ensayo, presa Piedras Blancas

Figura 5-22.: Erosion del filtro y piping en material de nucleo.

Figura 5-23.: Fisuras en el material de nucleo & Mezcla de materiales de filtro y nucleo aldesmontar el ensayo.

60 5 Resultados

Durante todo el ensayo se observan cambios en los materiales, desplazamiento de las

partıculas del nucleo hacia los espacios que quedan en el material de filtro, tubificacion

en material de nucleo y flujo de agua constante entre los poros.

Miraflores:

La muestra es sometida a incrementos de presion de 22, 40 y 65 kPa, sin embargo, las

presiones intersticiales de los transductores 3, 4 y 5 no superan los 10 kPa lo que indica

que difıcilmente el agua circula dentro del cuerpo de suelo; se incrementan las cargas

y en ningun momento se observan irregularidades en los materiales de nucleo y filtro.

Figura 5-24.: Montaje presa Miraflores, sin presencia de agua que fluya.

Figura 5-25.: Estado del suelo luego del ensayo, se tapona el orificio .


Durante el desmonte el ensayo se observa mayor humedad en la parte superior

que se encuentra en contacto directo con el agua, esta humedad disminuye con la

profundidad. No se observan grietas ni tubificaciones dentro del material y al llegar el

contacto filtro nucleo se diferencian claramente cada uno de los materiales.

La Fe:

La muestra es sometida a incrementos de presion de 40, 80 y 142 kPa, no obstante

las presiones intersticiales de los transductores 3, 4 y 5 alcanzan el 50 % de la presion

en cada incremento de carga, es decir, 20-40-70 kPa, al igual que en el ensayo de

Miraflores es una muestra que indica la dificultad del agua para circular dentro del

cuerpo de suelo (aunque no tan marcada); se incrementan las cargas y en ningun

momento se observan irregularidades en los materiales de nucleo y filtro.

En las graficas de presion de poros y gradiente no se observan comportamientos

anomalos, sin embargo, se aprecian cambios significativos en el estado del material

antes, durante y despues del ensayo; en la Figura 5-26 se aprecian pequenas fisuras

y una pequena franja donde se aprecian poros generados por el desplazamiento de

partıculas mas pequenas, de igual manera se observa la cabeza de agua contaminada

presumiblemente por esas partıculas de menor tamano.

Figura 5-26.: Grietas, desplazamiento de partıculas – agua turbia

En la Figura 5-27 se ve luego de finalizar el ensayo, la placa superior completamente

cubierta por los granos finos que migraron durante el ensayo; al retirar la placa se

62 5 Resultados

observan grietas y fisuras en el cuerpo del material de nucleo. No obstante, en el

contacto nucleo-filtro no se evidencian grietas o materiales contaminados (ver Figura

5-28).

Figura 5-27.: Migracion de partıculas finas, grietas en el cuerpo del material de presa.

Figura 5-28.: Contacto filtro – nucleo, presa La Fe.


Ituango:

La muestra es sometida a incrementos de presion de 30, 60 y 110 kPa. Al igual que

en los ensayo de Miraflores y La Fe es una muestra que evidencia dificultad para la

circulacion dentro del cuerpo de suelo; se incrementan las cargas y en ningun momento

se observan irregularidades en los materiales de nucleo y filtro.

En las graficas de presion de poros y gradiente no se observan comportamientos

anomalos, sin embargo, se aprecian cambios significativos en el estado del material

antes, durante y despues del ensayo; en la Figura 5-30 se aprecian espacios grandes

generados por el desplazamiento de partıculas finas.

Figura 5-29.: Montaje permeametro, presa Ituango.

64 5 Resultados

Figura 5-30.: Evidencia de migracion de partıculas, presa Ituango.

En los ensayos con permeametro a escala, se usaron algunos acetatos que se ubicaron

en las paredes exteriores del montaje con el fin de observar como el material de nucleo se

desplaza internamente en los espacios que dejo la migracion de partıculas finas del material

de filtro; por lo anteriormente descrito solo se obtuvo cambio en el ensayo efectuado a la

muestra de Piedras Blancas, se observan los acetatos dispuestos en tres sitios diferentes

para cada uno de los tres incrementos de carga (acetatos 1, 2 y 3).

En todos es comun observar que si bien el fenomeno de erosion ya se ha manifestado, las

partıculas estan en desplazamiento constantes, dado los espacios en el cuerpo del filtro y el

flujo contante de agua.


Figura 5-31.: Evolucion de erosion observado con acetatos

6. Conclusiones y recomendaciones

6.1. Conclusiones

Los resultados de los diferentes metodos indican que segun Burenkova todas las presas

son susceptibles al desarrollo de suffusion (con excepcion de La Fe, para la que todas las

gradaciones se ubican en Zona II), esto implica que, en cualquier momento de su vida util

el filtro puede experimentar fenomenos de migracion de las partıculas mas finas.

La evaluacion por el metodo de Wan & Fell (2004) sugieren que las presas Quebradona,

Troneras y Playas presentan mayor probabilidad de desarrollar suffusion con probabilidades

superiores al 70 %, sin embargo, estas mismas presas ponen a la vista gradaciones con

probabilidades inferiores al 5 %.

Basados en Wan & Fell (2008), en general las curvas granulometricas se situan en zona

de transicion, es decir, entre materiales estables e inestables, como es el caso de Piedras

Blancas, Quebradona, Troneras, La Fe y Playas y en zona inestable algunas distribuciones

de Quebradona y Troneras; la forma de estas gradaciones presenta una leve tendencia con

pendiente pronunciada en la fraccion gruesa y pendiente plana en la fraccion mas fina

caracterıstica de los suelos broadly graded. Y finalmente, el metodo de Kenney & Lau y Li

& Fannin clasifica como materiales susceptibles a presentar fenomenos de suffusion Piedras

Blancas, Quebradona y Troneras.

Los resultados de la evaluacion por los metodos geometricos no se consideran

concluyentes, sin embargo, es claro que aquellas que muestran mayor susceptibilidad

son las correspondientes a Piedras Blancas, Quebradona y Troneras, que coincide con

6.1 Conclusiones 67

las primeras presas construidas en Antioquia, sujetas a la falta de experiencia en la

construccion. No obstante, tal y como lo afirmaron Kenney & Lau en 1985, las pruebas

concluyentes deben estar fundamentadas en pruebas de infiltracion y el analisis de la matriz

del suelo antes y despues de dichas pruebas.

De todas las propiedades de los suelos, la plasticidad puede ser el factor mas importante

que afecta el potencial de erosion interna. El piping es mucho mas probable que ocurra

en suelos sin cohesion (o baja plasticidad) que en suelos cohesivos o plasticos. La razon

probable es que el enlace entre partıculas presente en los suelos arcillosos proporciona una

resistencia adicional a la filtracion que en limos y suelos de grano grueso. El efecto de

la plasticidad varıa con el contenido de agua, y esto puede ser complejo. Los suelos de

plasticidad baja pueden ser fragiles en los que se generen grietas o sifonamiento.

Los ensayos de erosion a gran escala muestran una tendencia de los materiales a generar

desplazamiento de partıculas, siendo mas evidente en el ensayo de la presa Piedras Blancas,

sin embargo, es imposible clasificar una presa como potencialmente erosiva tan solo con los

resultados de un ensayo. Es importante llevar a cabo una cantidad importante de ensayos

NEF con diferentes granulometrıas (que se encuentren dentro de la banda granulometrica

del material de nucleo de la presa), para determinar puntualmente si las presas son

susceptibles o no. Sin embargo, y dado que presas como Piedras Blancas, Miraflores y

La Fe tienen tantos anos de construccion y operacion y ninguna de ellas ha presentado

fallas potencialmente nocivas, es importante tomar los resultados de esta investigacion

como una base para el diseno de un programa de monitoreo especial de cada una de las presas.

De los cuatro ensayos NEF, el de la presa Miraflores mostro un comportamiento apropiado,

sin evidencia de grietas, desplazamiento de partıculas, tubificacion y/o colmatacion del

filtro (como sucedio con la presa Piedras Blancas), adicional a eso la evaluacion mediante

los criterios geometricos situan a Miraflores como una de las presas menos propensas

a desarrollar fenomenos de erosion, lo que conlleva a concluir que es una de las presas

mas seguras del departamento de Antioquia, a saber si el hecho de pertenecer a suelos

residuales de Batolito Antioqueno sea una de las causas, lo ideal es hacer ensayos NEF

68 6 Conclusiones y recomendaciones

sobre suelos semejantes a Troneras, Quebradona, Riogrande II, Jaguas, Santa Rita y San

Carlos. Aunque no se evidencia un gradiente hidraulico crıtico en La Fe, sin embargo, el

resultado del ensayo con permeametro refleja que debe existir algun grado de erosion interna.

El resultado del permeametro en Miraflores esta condicionado por la mineralogıa de los

materiales de filtro. Los materiales granulares del Batolito Antioqueno presentan un alto

contenido de mica que probablemente sea la causante de la deficiencia de los filtros.

6.2. Recomendaciones

Este trabajo de investigacion deja la puerta abierta al estudio de la susceptibilidad de

los materiales del Batolito Antioqueno por la presencia de micas en su estructura. Las

partıculas planas que componen estos materiales pues ser causante de problemas de erosion

y colmatacion de filtros.

Bibliografıa

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A. Anexos:

Formato datos primarios - Ensayos de

Laboratorio

73

Ituango Muestra # 1

Datos Lımite Lıquido Lımite Plastico

Tara A110 A198 A95 A61 A117 A33 A241 A208 A91 A41 A54 A20

Wtara (g) 21,38 20,80 19,49 19,48 19,95 19,15 20,42 19,33 20,00 19,45 20,03 20,15

Wsh + tara (g) 24,31 25,63 24,00 21,70 23,86 23,41 23,22 23,97 23,55 20,71 20,98 21,34

Wss + tara (g) 23,70 24,65 23,12 21,26 23,04 22,53 22,59 22,89 22,75 20,51 20,84 21,14

# golpes 35 25 18

Ituango Muestra # 2



Wtara (g) 20,02 19,30 19,40 21,77 19,49 22,38 20,14 19,54 19,30 20,33 23,11 21,35

Wsh + tara (g) 22,82 23,15 22,33 24,24 23,40 26,64 23,05 24,69 23,83 21,68 24,16 22,44

Wss + tara (g) 22,25 22,38 21,75 23,73 22,57 25,73 22,39 23,49 22,79 21,49 24,01 22,29

# golpes 38 27 18

Ituango Muestra # 3


Tara A177 A220 A183 A002 A74 A58 T9 A116 A147 A152 A11 A3

Wtara (g) 18,98 20,79 23,14 22,98 25,37 20,10 24,13 20,35 22,62 20,33 23,11 21,35

Wsh + tara (g) 21,81 25,16 26,20 25,53 29,94 24,85 27,86 25,21 28,40 21,68 24,16 22,44

Wss + tara (g) 21,23 24,30 25,60 25,00 28,94 23,85 26,98 24,08 27,02 21,49 24,01 22,29

# golpes 36 26 16

74A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio

Ituango Muestra # 4


Tara A149 A72 A190 TE3 A139 A48 A233 A129 A12 A106 A234 T01

Wtara (g) 19,09 20,16 19,59 22,26 21,49 20,02 23,31 19,25 19,63 20,76 19,36 19,94

Wsh + tara (g) 21,80 25,19 24,63 25,26 25,57 23,43 25,66 22,98 23,48 22,98 21,,1 21,70

Wss + tara (g) 21,23 24,12 23,57 24,61 24,64 22,66 25,10 22,08 22,55 22,59 20,81 21,38

# golpes 32 23 17

Ituango Muestra # 5


Tara A57 A123 K18 A176 A126 A49 A68 A128 A187 A25 A160 A87

Wtara (g) 19,22 18,92 24,07 20,33 20,52 19,20 19,95 24,02 20,54 20,76 20,66 19,81

Wsh + tara (g) 23,12 24,72 29,10 23,11 24,84 23,92 23,50 29,75 26,79 22,53 22,37 21,87

Wss + tara (g) 22,30 23,50 28,03 22,50 23,88 22,85 22,64 28,31 25,24 22,20 22,02 21,46

# golpes 33 25 16

Ituango Muestra # 6



Wtara (g) 19,15 19,17 20,23 18,77 19,06 18,91 20,87 25,00 20,24 22,78 19,54 19,74

Wsh + tara (g) 21,64 23,03 23,13 23,55 23,61 23,33 24,12 29,56 24,70 25,71 22,80 22,55

Wss + tara (g) 21,18 22,30 22,59 22,63 22,72 22,46 23,39 28,53 23,71 25,19 22,23 22,05

# golpes 35 23 16

75Ituango Muestra # 7


Tara A115 A52 A232 A76 A13 A171 A53 A22A A101 B101 A148 A63

Wtara (g) 19,68 19,21 21,25 21,14 19,31 18,86 23,43 28,08 19,99 19,98 20,10 21,20

Wsh + tara (g) 23,11 24,34 24,33 24,55 23,37 23,47 26,32 33,39 23,33 23,28 23,23 23,56

Wss + tara (g) 22,48 23,39 23,75 23,85 22,56 22,53 25,71 32,25 22,63 22,73 22,71 23,16

# golpes 39 28 17

Ituango Muestra # 8


Tara A182 A128 A106 A240 A230 A56 A92 A183 A219 A68 TE17 A123

Wtara (g) 19,96 20,64 20,11 20,22 20,24 20,40 20,06 18,68 21,02 20,62 22,81 19,73

Wsh + tara (g) 24,37 26,10 25,55 23,31 24,31 25,99 23,83 25,02 25,77 22,95 25,44 22,39

Wss + tara (g) 23,53 25,06 24,53 22,69 23,50 24,85 23,01 23,64 24,73 22,57 25,02 21,94

# golpes 33 25 16

Ituango Muestra # 9



Wtara (g) 20,34 28,56 23,55 20,22 20,24 20,40 20,06 18,68 21,02 20,62 22,81 19,73

Wsh + tara (g) 24,24 33,63 27,69 23,31 24,31 25,99 23,83 25,02 25,77 22,95 25,44 22,39

Wss + tara (g) 23,46 32,62 24,53 22,69 23,50 24,85 23,01 23,64 24,73 22,57 25,02 21,94

# golpes 33 25 18

76A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio

Ituango Muestra # 10


Tara A162 A152 A206 K18 A29 T01 A78 A74 A12 A111 A165 B5

Wtara (g) 20,77 24,71 19,70 21,78 20,37 19,88 19,73 20,63 19,03 19,85 22,25 19,67

Wsh + tara (g) 25,64 28,35 25,39 26,12 24,53 25,86 22,85 25,58 24,79 21,47 24,18 21,40

Wss + tara (g) 24,69 27,62 24,27 25,20 23,62 24,54 22,18 24,42 23,44 21,20 23,88 21,10

# golpes 37 22 17

Miraflores Muestra # 1


Tara TE10 A97 A139 A165 A126 A10A A180 A105 A189 A187 A54 A10

Wtara (g) 22,77 19,74 18,98 19,83 19,42 19,53 22,12 19,66 21,06 20,1 19,77 23,32

Wsh + tara (g) 26,99 25,25 22,85 23,51 22,17 24,21 25,03 24,04 23,67 21,25 21,22 24,93

Wss + tara (g) 25,73 23,61 21,7 22,4 21,31 22,81 24,14 22,71 22,87 20,96 20,86 24,53

# golpes 33 25 13



Tara A127 A58 A177 A198 T9 A231 A188 A33 A110 A144 A73 A35

Wtara (g) 22,24 24,01 21,95 22,51 29,99 24,79 23,32 19,36 22,77 21,82 22,28 21,61

Wsh + tara (g) 21,51 22,92 21,01 24,64 28,46 23,71 22,45 18,38 21,33 21,51 21,96 21,3

Wss + tara (g) 23,46 32,62 24,53 22,69 23,50 24,85 23,01 23,64 24,73 22,57 25,02 21,94

# golpes 32 22 16

77Miraflores Muestra # 3



Wtara (g) 19,02 19,32 19,15 20,22 20,2 19,33 23,28 19,27 20,75 19,02 19,16 19,53

Wsh + tara (g) 21,97 22,56 23,04 23,74 25,81 23,59 26,57 24,08 24,94 19,98 19,91 20,62

Wss + tara (g) 21,2 21,77 22,08 22,81 24,35 22,47 25,69 22,79 23,83 19,76 19,75 20,37

# golpes 35 23 17




Wtara (g) 20,41 19,51 20,48 21,64 19,83 20,21 19,98 20,52 18,41 19,95 23,79 18,91

Wsh + tara (g) 24,37 24,16 23,78 24,89 23,88 23,28 23,3 26,64 24,58 21,67 25,9 20,9

Wss + tara (g) 23,36 23 22,98 24 22,81 22,48 22,37 24,88 22,82 21,28 25,41 20,44

# golpes 35 23 15




Wtara (g) 19 18,61 19,52 18,77 18,94 19,16 19,78 19,5 20,01 20,32 18,87 20,6

Wsh + tara (g) 22,9 22,39 23,46 23,31 25,24 24,18 23,9 25,15 25,06 23,56 21,39 22,85

Wss + tara (g) 21,93 21,45 22,49 22,12 23,56 22,85 22,71 23,54 23,65 22,78 20,8 22,33

# golpes 36 24 15

78A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio



Tara A72 A60 A199 A22 TE31 A190 A177 A241 A96 A110 A231 A126

Wtara (g) 20,61 19,64 19,64 18,92 24,51 20,84 19,53 20,73 19,37 21,98 20,01 18

Wsh + tara (g) 23,63 24,9 24,21 22,88 29,32 26,27 22,7 25,17 23,94 23,58 21,6 22,85

Wss + tara (g) 22,84 23,53 23,03 21,81 28,02 24,81 21,79 23,89 22,62 23,21 21,22 22,33

# golpes 35 24 14




Wtara (g) 19,3 19,68 19,63 19,1 20,22 19,09 20,14 19,72 18,6 21,05 20,14 19,23

Wsh + tara (g) 22,8 24,68 24,46 23,62 24,75 24,12 23,01 23,93 22,67 22,16 21,12 19,92

Wss + tara (g) 21,9 23,39 23,23 22,4 23,52 22,79 22,19 22,72 21,51 21,9 20,87 19,74

# golpes 36 28 14



Tara A138 A144 A20 A25 A60 A186 A89 A15 A190 K150 TE133 A59

Wtara (g) 20,22 20,85 19,79 18,33 19,05 20,18 23,41 18,88 19,61 19,55 24,37 19,69

Wsh + tara (g) 25,03 27,17 24,67 21,74 25,24 24,42 27,08 25,49 23,65 22,61 27,66 22,42

Wss + tara (g) 23,78 25,55 23,43 20,83 23,6 23,3 26,07 23,67 22,56 21,92 26,96 21,82

# golpes 30 19 10

79Miraflores Muestra # 9


Tara A68 A144 A170 A233 A106 A21 A177 A13 A143 A92 A218 B101

Wtara (g) 25,01 16,01 15,98 19,73 18,68 20,85 19,71 19,41 20,11 19,5 20,34 19,71

Wsh + tara (g) 28,44 21,25 20,75 23,97 24,93 24,93 22,78 25,06 25,72 21,94 22,5 21,72

Wss + tara (g) 27,59 19,95 19,6 22,88 23,32 23,89 21,91 23,44 24,15 21,38 22 21,25

# golpes 35 24 14




Wtara (g) 19,29 19,48 20,02 19,8 18,91 19,85 20,38 24,98 19,67 19,42 20,64 20,21

Wsh + tara (g) 22,87 25,06 23,59 24,81 25,49 24,28 25,2 30,73 24,1 21,35 22,75 22,51

Wss + tara (g) 22,01 23,71 22,73 23,49 23,73 23,14 23,85 29,13 22,88 20,9 22,28 21,98

# golpes 38 25 15

Piedras Blancas Muestra # 1


Tara A72 A148 A101 A106 A214 A233 A178 A76 A96 K18 A52 A105

Wtara (g) 23,54 19,83 15,94 19,31 19,95 16,03 21,13 21,46 20,07 23,69 19,49 19,46

Wsh + tara (g) 26,56 26,3 21,19 21,95 23,63 20,46 23,97 24,86 23,64 25,34 21,54 21,43

Wss + tara (g) 25,61 24,29 19,53 21,08 22,41 18,99 22,95 23,65 22,34 24,89 20,96 20,87

# golpes 37 27 16

80A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio



Tara A186 A218 B101 A20 A144 A137 A115 A111 A165 TE133 A22A A21

Wtara (g) 20,72 23,93 19,98 19,01 20,38 19,78 18,94 19,45 21,37 22,35 26,22 20,86

Wsh + tara (g) 25,11 28,46 24,11 22,18 25,72 23,02 21,97 24,05 25,05 24,55 28,55 22,91

Wss + tara (g) 23,74 27,03 22,83 21,12 23,92 21,93 20,88 22,4 23,75 23,9 27,9 22,32

# golpes 38 26 18



Tara A002 TE10 A24 T9 A60 A110 A185 A92 A40 A19 A68 B5

Wtara (g) 22,58 24,06 22,08 23,82 19,8 20,89 20,06 20,18 19,51 22,5 24,52 20,89

Wsh + tara (g) 25,91 30 25,1 26,59 23,94 25,59 23,32 25,51 24,54 25,15 26,56 22,43

Wss + tara (g) 24,85 28,11 24,17 25,67 22,57 24,04 22,16 23,63 22,77 24,43 26 21,99

# golpes 35 28 19




Wtara (g) 18,97 20,35 20,01 20,72 20,25 19,34 20,22 19,89 19,36 19,55 23,44 19,83

Wsh + tara (g) 22,58 25,65 24,76 24,18 23,64 23,04 23,79 25,05 24,42 21,77 25,79 22,26

Wss + tara (g) 21,43 23,98 23,27 23,04 22,51 21,82 22,52 23,21 22,62 21,13 25,13 21,57

# golpes 38 29 19

81Piedras Blancas Muestra # 5


Tara A25 A57 A89 A171 A109 T114 T54 A135 A192 A205 A206 TE21

Wtara (g) 19,19 21,42 18,59 20,17 20,29 22,66 23,42 20,72 20,97 19,3 18,91 23,14

Wsh + tara (g) 22,25 25,65 24,03 22,74 23,6 26,57 28,47 26,17 24,73 21,54 20,81 25,28

Wss + tara (g) 21,29 24,33 22,31 21,89 22,49 25,3 26,67 24,21 23,38 20,89 20,26 24,66

# golpes 38 29 19



Tara A175 A125 TE10 A67 T114 A19 A68 A85 A57 A92 A109 T54

Wtara (g) 19,69 23,84 24,48 20,08 22,57 19,04 19,58 20,03 20,44 21,11 19,68 22,92

Wsh + tara (g) 22,38 27,79 28,17 22,39 26,6 22,57 23,55 24,15 23,07 23,37 21,42 24,76

Wss + tara (g) 21,55 26,59 27,04 21,64 25,28 21,43 22,19 22,74 22,18 22,7 20,91 24,23

# golpes 30 23 18



Tara A169 A24 A188 A135 A89 A205 A60 T9 TE21 A142 A185 A182

Wtara (g) 24,46 19,96 20,22 19,39 22,75 18,62 19,55 23,95 23 21,51 20,33 20,16

Wsh + tara (g) 27,41 24,41 25,91 22,74 26,05 23,01 23,66 28,08 26,33 23,67 22,3 21,85

Wss + tara (g) 26,52 23,05 24,17 21,66 24,99 21,61 22,25 26,67 25,19 23,06 21,73 21,36

# golpes 31 23 17

82A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio



Tara A208 A110 A25 A171 A176 A206 A197 A002 A70 A40 B5 A22

Wtara (g) 19,73 22,69 19,35 18,48 20,24 19,6 20,26 21,66 19,15 22,03 20,62 19,33

Wsh + tara (g) 23,07 25,72 22,92 21,67 24,08 23,13 23,86 25,42 22,98 24,49 22,68 21,16

Wss + tara (g) 22,06 24,8 21,84 20,65 22,83 21,99 22,61 24,14 21,67 23,78 22,09 20,65

# golpes 34 21 17



Tara A185 A162 A126 A62 A21 A178 A183 A94 A002 A95 K150 A11

Wtara (g) 19,36 19,5 19,92 24,32 19,95 19,26 20,08 19,1 23,57 20,08 20,11 19,83

Wsh + tara (g) 22,94 24,54 24,68 28,97 25,2 24,18 23,8 24,27 28,09 20,69 21,26 20,31

Wss + tara (g) 21,92 23,11 23,33 27,61 23,66 22,74 22,69 22,73 26,75 20,52 20,96 20,19

# golpes 40 22 18



Tara A111 A89 A64 TE133 A8 A109 A4 A187 A138 A205 A33 T9

Wtara (g) 19,2 19,97 20,65 23,08 20,27 19,81 19,87 20,59 19,42 19,89 19,47 23,86

Wsh + tara (g) 23,28 25,76 25,49 26,1 25,38 24,93 24,32 25,14 25,93 21,64 21,12 25,51

Wss + tara (g) 22,1 24,09 24,09 25,22 23,89 23,45 23,01 23,79 24,01 21,18 20,67 25,07

# golpes 35 28 18

83La Fe Muestra # 1


Tara A69 A135 A96 A76 K38 A74 A164 TE5 A90 A11 1 A38

Wtara (g) 20,07 19,25 18,72 21,28 19,23 20,44 20 19,18 19,39 19,2 20,66 25,96

Wsh + tara (g) 23,18 24,13 23,06 25,14 25,3 24,56 23,21 23,99 24,31 20 21,9 26,8

Wss + tara (g) 22,39 22,89 21,94 24,1 23,66 23,43 22,3 22,65 22,93 19,82 21,62 26,62

# golpes 40 28 20

La Fe Muestra # 2


Tara TE21 A85 A206 A148 A119 T01 A134 A129 A220 A103 A193 A6

Wtara (g) 25,77 19,18 20,28 19,16 20,26 19,04 19,57 19,6 19,13 19,53 19,87 19,21

Wsh + tara (g) 29,49 23,89 24,89 22 26,16 23,8 23,66 25,67 25,05 20,7 21,59 20,71

Wss + tara (g) 28,49 22,64 23,65 21,21 24,51 22,47 22,48 23,91 23,35 20,43 21,19 20,36

# golpes 35 28 20

La Fe Muestra # 3


Tara A117 A209 A215 A118 TE6 A199 A30 A41 A177 TE10 A160 A115

Wtara (g) 20,4 20,14 20,21 20,98 26,77 20,56 20,08 19,87 19,23 24,14 19,35 18,77

Wsh + tara (g) 22,84 25,87 25,48 24,51 31,64 25,21 23,99 22,94 23,24 25,8 21,03 20,26

Wss + tara (g) 22,26 24,51 24,22 23,59 30,37 24 22,89 22,06 22,11 25,43 20,66 19,93

# golpes 38 27 15

84A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio

La Fe Muestra # 4


Tara K18 A52 A156 A113 A161 A60 A167 A68 A66 A217 TE3 T114

Wtara (g) 22,46 21,67 18,68 19,39 20,5 19,21 18,99 20,53 19,85 20,3 22,3 23,05

Wsh + tara (g) 26,02 26,15 23,34 23,24 25,27 23,15 21,94 24,69 24,95 21,44 23,39 24,22

Wss + tara (g) 25,09 24,98 22,12 22,11 23,88 21,99 21 23,37 23,34 21,15 23,11 23,92

# golpes 30 24 13

La Fe Muestra # 5


Tara A124 A126 A220 A158 A64 T8 TE17 A11 A183 TE133 A95 A134

Wtara (g) 20,25 19,61 20,08 19,39 20,17 23,19 23,43 18,98 20,24 22,05 19,91 20,07

Wsh + tara (g) 24,21 24,78 25,32 23,05 25,17 28,65 27,17 23,52 24,88 23,13 20,91 21,28

Wss + tara (g) 23,23 23,51 24,03 22,08 23,83 27,2 26,09 22,21 23,55 22,88 20,68 20,99

# golpes 38 26 17

La Fe Muestra # 6


Tara A162 K150 K38 A106 T01 A223 A74 A170 A6 A129 A103 A90

Wtara (g) 19,51 19,77 18,43 20,33 20,57 19,21 19,62 19,41 19,9 18,81 19,27 18,63

Wsh + tara (g) 23,5 24,97 22,59 24,02 24,99 24,23 25,27 24,33 23,7 19,95 20,47 20,44

Wss + tara (g) 22,53 23,7 21,58 23,06 23,84 22,93 23,7 22,96 22,65 19,71 20,22 20,06

# golpes 37 23 19

85La Fe Muestra # 7


Tara TE21 A21 A42 A234 A231 A193 A4 A148 A171 A002 A31 A225

Wtara (g) 23,14 19,74 21,65 19,91 16,78 19,54 19,64 25,16 19,32 22,42 20,92 19,56

Wsh + tara (g) 27,08 24,81 26,93 23,5 22,05 23,55 23,88 29,94 23,32 23,72 22,33 20,96

Wss + tara (g) 26,11 23,56 25,63 22,58 20,7 22,52 22,72 28,63 22,23 23,45 22,03 20,66

# golpes 35 22 18

La Fe Muestra # 8


Tara A41 A11 A117 A58 A40 K18 A209 A178 A57 A215 A140 TE10

Wtara (g) 22,87 18,93 20,2 19,97 19,85 23,05 19,88 21,13 19,99 21,92 19,31 21,96

Wsh + tara (g) 25,55 22,86 25,22 23,85 24,43 27,13 25 25,58 23,53 22,95 20,33 22,92

Wss + tara (g) 24,84 21,82 23,89 22,78 23,16 26 23,53 24,3 22,51 22,71 20,09 22,69

# golpes 30 24 17

La Fe Muestra # 9


Tara A59 A19 A82 A70 A175 A110 A219 A182 TE31 A15 A235 A177

Wtara (g) 20,86 19,64 19,93 22,1 20,11 21,19 20,38 21,07 23,9 20,39 19,77 19,24

Wsh + tara (g) 24,42 24,34 23,03 25,59 24,4 25,21 23,96 25,3 28,72 21,94 21,19 20,66

Wss + tara (g) 23,46 23,08 22,2 24,6 23,19 24,08 22,88 24,01 27,26 21,6 20,88 20,35

# golpes 32 24 17

86A

Anex

os:F

ormato

datos

prim

arios-

Ensayos

de

Lab

oratorio

La Fe Muestra # 10



Wtara (g) 20,4 18,92 19,41 20,14 21,64 20,6 19,99 18,8 20,85 20,32 20,17 20,45

Wsh + tara (g) 24,68 23 23,66 24,58 25,93 25,35 24,32 23,23 25,45 21,48 21,41 21,74

Wss + tara (g) 23,64 22,01 22,62 23,43 24,82 24,13 23,16 22,05 24,21 21,21 21,12 21,44

# golpes 40 29 21

87

Muestra Ituango

Succion Total

Papel grande Papel pequeno

Wtara (g) Wsh + tara (g) Wss + tara (g) Wsh Wss Wsh Wss

1 20,67 72,96 72,16 0,128 0,119 0,047 0,043

2 20,1 70,76 69,63 0,134 0,118 0,047 0,042

3 21,44 70,52 68,54 0,149 0,122 0,053 0,043

4 19,64 75,17 72,33 0,149 0,119 0,054 0,043

5 20,85 76,34 73,41 0,152 0,121 0,056 0,044

6 20,3 78,46 74,67 0,157 0,122 0,054 0,042

7 19,22 78,32 72,9 0,163 0,124 0,055 0,043

8 20,6 80,93 74,8 0,156 0,12 0,055 0,041

9 20,09 75,51 71,28 0,155 0,122 0,054 0,042

10 19,99 81,13 72,64 0,163 0,122 0,058 0,042

11 19 80,97 71,57 0,165 0,123 0,058 0,042

Succion Matricial



1 20,67 72,96 72,16 0,133 0,124 0,045 0,041

2 20,1 70,76 69,63 0,147 0,13 0,05 0,044

3 21,44 70,52 68,54 0,148 0,121 0,055 0,045

4 19,64 75,17 72,33 0,156 0,124 0,055 0,044

5 20,85 76,34 73,41 0,163 0,127 0,054 0,042

6 20,3 78,46 74,67 0,16 0,121 0,056 0,043

7 19,22 78,32 72,9 0,164 0,12 0,06 0,043

8 20,6 80,93 74,8 0,172 0,12 0,061 0,042

9 20,09 75,51 71,28 0,166 0,123 0,058 0,043

10 19,99 81,13 72,64 0,21 0,12 0,074 0,041

11 19 80,97 71,57 0,259 0,13 0,082 0,041

88A Anexos:

Formato datos primarios - Ensayos de Laboratorio

Muestra Miraflores

Succion Total



1 20,33 40,7 40,38 0,129 0,121 0,07 0,065

2 18,82 33,07 32,74 0,134 0,125 0,067 0,062

3 21,62 39,15 38,45 0,141 0,122 0,077 0,067

4 21,35 34,71 33,88 0,141 0,118 0,073 0,062

5 19,29 39,33 37,52 0,152 0,125 0,083 0,067

6 18,89 36,59 35,16 0,145 0,12 0,08 0,067

7 20,04 35,55 33,67 0,147 0,116 0,078 0,061

8 20,27 37,19 34,83 0,161 0,123 0,087 0,067

9 19,54 32,53 30,59 0,155 0,12 0,088 0,067

10 18,67 38,5 35,37 0,164 0,127 0,081 0,062

11 19,86 41,52 37,87 0,154 0,119 0,083 0,064

Succion Matricial



1 20,33 40,7 40,38 0,128 0,121 0,07 0,066

2 18,82 33,07 32,74 0,137 0,127 0,068 0,063

3 21,62 39,15 38,45 0,136 0,117 0,071 0,061

4 21,35 34,71 33,88 0,132 0,107 0,083 0,067

5 19,29 39,33 37,52 0,156 0,12 0,084 0,064

6 18,89 36,59 35,16 0,155 0,119 0,08 0,063

7 20,04 35,55 33,67 0,159 0,118 0,086 0,064

8 20,27 37,19 34,83 0,175 0,121 0,092 0,063

9 19,54 32,53 30,59 0,201 0,121 0,106 0,064

10 18,67 38,5 35,37 0,215 0,122 0,113 0,065

11 19,86 41,52 37,87 0,219 0,121 0,109 0,06

89

Muestra Piedras Blancas

Succion Total



1 19,55 54,79 53,4 0,1255 0,1177 0,0465 0,0438

2 20,75 59,73 57,81 0,1339 0,1216 0,0454 0,0411

3 18,9 58,27 55,41 0,1405 0,1206 0,0499 0,0426

4 20,16 63,08 59,01 0,1515 0,125 0,0567 0,0462

5 22,98 64,26 59,23 0,1528 0,1222 0,0571 0,0456

6 20,87 66,9 58,4 0,159 0,1226 0,0588 0,0448

7 20,21 65,97 58,52 0,161 0,1268 0,0547 0,0428

8 19,83 63,37 55,55 0,1704 0,1315 0,0575 0,0448

9 20,5 68,61 58,96 0,1711 0,1293 0,0595 0,0436

10 20,34 67,7 56,96 0,1674 0,1239 0,0592 0,0421

11 25,2 73,64 62,11 0,1684 0,1225 0,0605 0,0431

Succion Matricial



1 19,55 54,79 53,4 0,1343 0,1264 0,043 0,0404

2 20,75 59,73 57,81 0,1341 0,1217 0,0464 0,0419

3 18,9 58,27 55,41 0,1508 0,1283 0,0526 0,0456

4 20,16 63,08 59,01 0,1585 0,1296 0,0542 0,0442

5 22,98 64,26 59,23 0,1582 0,123 0,0575 0,0448

6 20,87 66,9 58,4 0,164 0,1249 0,0578 0,044

7 20,21 65,97 58,52 0,1698 0,1298 0,0552 0,043

8 19,83 63,37 55,55 0,1739 0,1299 0,0573 0,0428

9 20,5 68,61 58,96 0,1709 0,1256 0,0588 0,0429

10 20,34 67,7 56,96 0,179 0,1249 0,0642 0,0445

11 25,2 73,64 62,11 0,1755 0,1201 0,0638 0,0433

90A Anexos:


Muestra La Fe

Succion Total



1 18,84 57,19 55,52 0,1294 0,1205 0,0473 0,0439

2 24,63 63,13 60,26 0,1393 0,118 0,0519 0,0438

3 21,55 63,64 59,58 0,1572 0,1284 0,0788 0,0637

4 20,04 60,8 55,77 0,1624 0,1288 0,0559 0,0433

5 19,66 62,21 56,05 0,1597 0,122 0,059 0,0447

6 23,02 63,8 55,28 0,1665 0,1252 0,0574 0,0425

7 20,94 63,33 56,23 0,1631 0,1253 0,0564 0,0428

8 16,11 59,95 52,09 0,1635 0,1237 0,0571 0,043

9 20,05 69,16 58,15 0,1597 0,11988 0,0577 0,0434

10 19,31 64,28 53,33 0,1687 0,128 0,0552 0,0412

11 19,09 68,41 55,54 0,158 0,1174 0,0569 0,042

Succion Matricial



1 18,84 57,19 55,52 0,1431 0,1335 0,0472 0,044

2 24,63 63,13 60,26 0,1558 0,132 0,0502 0,0423

3 21,55 63,64 59,58 0,1525 0,1206 0,0552 0,0445

4 20,04 60,8 55,77 0,1655 0,1273 0,0593 0,0451

5 19,66 62,21 56,05 0,169 0,1272 0,0567 0,0422

6 23,02 63,8 55,28 0,1663 0,1204 0,0882 0,0615

7 20,94 63,33 56,23 0,1629 0,1218 0,0566 0,0422

8 16,11 59,95 52,09 0,1591 0,1178 0,0606 0,0447

9 20,05 69,16 58,15 0,1907 0,1309 0,0646 0,0445

10 19,31 64,28 53,33 0,1836 0,1194 0,062 0,04

11 19,09 68,41 55,54 0,1969 0,119 0,0701 0,042

91

Muestra Ituango

Pinhole

Cabeza hidraulica (mm) Volumen (mm) Carga Descarga

Dato 1 Dato 2 Dato 1 Dato 2

100

10 40,03 40,01 44,03 43,01

25 91,64 101,24 90,64 98,24

50 224,09 222,28 218,08 212,98

200

10 43,63 40,52 41,89 35,25

25 150,01 158,04 142,01 148,54

50 227,68 228,31 224,95 225,89

400

10 37,70 38,50 32,70 34,50

25 120,61 128,56 110,79 118,53

50 232,32 230,36 228,85 224,35

Muestra La Fe

Pinhole



100

10 120,46 118,26

SE TAPONA25 315,99 314,52

50 606,38 600,58

240

10 46,73 40,52 102,12 101,25

25 136,30 132,05 26,29 23,26

50 296,10 293,54 510,15 502,30

480

10 30,43 30,55 43,64 42,50

25 70,30 75,60 110,30 105,60

50 189,22 196,32 134,24 135,20

960

10 17,07 15,25 17,07 15,25

25 38,29 35,65 38,29 35,65

50 87,59 82,15 87,59 82,15

92A Anexos:


Muestra Miraflores

Pinhole



50

10

Inconcluso 125

50

1 Fluye en la cabeza de 50 mm, con un caudal de 0,28 ml/s se presenta agua turbia, dejade fluir casi de inmediato, se revisa el orificio y se abre de nuevo, se conecta en 50mm depresion otra vez y vuelve a obstruirse de inmediato al aumentar la cabeza no hay flujo. serepite 3 veces con resultados similares.

Muestra Piedras Blancas

Pinhole



50

10

Inconcluso 225

50

2 Fluye durante cinco minutos en la cabeza de 50 mm con un caudal de 0,12 ml/s sepresenta agua turbia, deja de fluir, se destapa y se revisa el orificio y esta bloqueado seabre de nuevo, se conecta en 50mm de presion otra vez y vuelve a obstruirse, al aumentarla cabeza no se destapa. se repite 3 veces con resultados similares.

evaluaci on del fen omeno de erosi on interna en presas de

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