Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas. A.C.

Primera Conferencia Magistral "Profesor Ral J. Mar sal"

ALGUNOS EFECTOS DE LAS FILTRACIONES EN LA ESTABILIDAD DE LAS MASAS ROCOSAS

Jess Alberro Aramburo

Septiembre 24, 1993 Taxco, Gro.

BIBLIOTECA

SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE ROCAS, A. C.

Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, A.C.

Primera Conferencia Magistral "Profesor Ral ]. Marsal"

ALGUNOS EFECTOS DE LAS FILTRACIONES EN LA ESTABILIDAD DE LAS MASAS ROCOSAS

jess Alberro Aramburo

Conferencia dictada durante la IV Reunin Nacional de la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas

Editor: Toms Lugolbarra

Taxco, Gro. 1993

@COPYRIGHT, MIDciCO, 1993 Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, A.C. Camino a Santa Teresa No.187 Col. Bosques del Pedregal C.P. 14020 Mxico, D.F.

Los derechos de autor de esta publicacin fueron amablemente cedidos por el Dr. Jess Alberro Aramburo a la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, A.C.

Prohibida la reproduccin total o parcial sin la autorizacin por escrito de la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, A.C. Las op1mones aqu presentadas son de la exclusiva responsabilidad del autor.

La impresin de este documento fue patrocinada por la Comisin Federal de Electricidad.

Impreso en Mxico, D. F.

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CONTENIDO

PRLOGO SEMBLANZA DEL PROFESOR RAL J. MARSAL

Luis Ramrez-de-Arellano

PRESENTACIN DEL CONFERENCISTA Edmundo Moreno Gmez

ALGUNOS EFECTOS DE LAS FILTRACIONES EN LA ESTABILIDAD DE LAS MASAS ROCOSAS

Introduccin Estado de esfuerzos inducidos por las fuerzas de filtracin Efecto de los cambios de temperatura Temblores inducidos por el llenado de embalses. Casos histricos 3.1 Caso de los temblores locales en el Valle de Mxico 3.2 Comparacin entre frecuencia de temblores locales

en la sierra de las Cruces y precipitacin pluvial Casos histricos en presas mexicanas 4.1 Presa El Palmito (Presa Lzaro Crdenas) 4.2 Presa La Angostura, Chiapas (Belisario Domnguez) 4.3 Presa Constitucin de 1817 Conclusiones y recomendaciones Referencias

CONFERENCIA PROFESOR RAL J. MARSAL. iii

BASES

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Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, A.C.

Mesa Directiva

Guillermo Botas Espinosa Presidente

Juan Jacobo Schmitter M. Del C. Vicepresidente

Armando Wong Ramos Secretario

Evert Hernndez lpez Tesorero

Jos Luis Garrido Uribe Vocal

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Comit Organizador

Sergio Ral Herrera Castaeda Presidente

Jos Luis Garrido Uribe Secretario

Toms Lugo-Ibarra Mario Benhumea Len Sergio Almazn Esqueda Comit Tcnico

Osear Calixto Prez Prez Exposicin

Evert Hernndez Lpez Tesorero

Ral Vidal Serratos Hctor Sabanero Sosa Rosalva Prez Gutirrez Coordinadores en Taxco, Gro.

PRLOGO La Conferencia Magistral "Profesor Ral J. Marsal" fue instituida con objeto de rendir un homenaje al distinguido Profesor Marsal, quien tuvo una influencia decisiva en la construccin de las grandes obras de ingeniera del Mxico Moderno.

El Consejo Consultivo de la Sociedad, en coordinacin con la Mesa Directiva y el Comit Organizador de la IV Reunin Nacional eligieron atinadamente al Dr. Alberro como primer conferencista, considerando su trayectoria docente y como investigador, aunado a la relacin profesional y de amistad que cul~iv con el Profesor Marsal.

Esta conferencia pretende ser un foro para que connotados ingenieros e investigadores expongan el "estado del arte" en trabajos de investigacin y de la prctica profesional, en temas relacionados con la Mecnica de Rocas, disciplina donde el Profesor Ral J. Marsal realiz brillantes contribuciones.

La Primera Conferencia Magistral "Profesor Ral J. Marsal" fue promovida y organizada por la mesa directiva del Bienio 1992-1993, siendo Presidente el Ingeniero Guillermo Botas Espinosa y Presidente de la IV Reunin Nacional el Ingeniero Sergio R. Herrera Castaeda. La conferencia fue dictada por el Dr. Jess Alberro Aramburo, prestigiado investigador del Instituto de Ingeniera de la UNAM y excelente profesor de Mecnica de Suelos y Rocas de la Facultad de Ingenieria.

Toms Lugo-Ibarra

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SEMBLANZA DEL PROFESOR RAL J. MARSAL

Por: Luis Ramrez-de-Arellano Comisin Nacional del Agua

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Ral J. Marsal (1915-1990)

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RAL J. MARSAL, 1915-1990 Por: Luis Ramrez-de-Arellano

Comisin Nacional del Agua

Al recibir la invitacin de la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas Rocas para presentar en esta reunin una semblanza del Profesor Marsa!, surgieron en m emociones conflictivas. De una parte el entusiasmo por referirme a sus mltiples cualidades y mritos, ejemplo invaluable para los ingenieros jvenes, y de otra el temor de caer en la repeticin de lo que elocuentemente ya se ha dicho sobre l.

Tuve la fortuna de colaborar con Ral Marsal durante 18 aos, a partir de 1960, cuando ingres al Instituto de Ingeniera de la UNAM. Me pidi entonces que le auxiliara en la formacin del grupo que abordase los problemas relacionados con la Mecnica de Suelos en la Comisin Federal de Electricidad, donde recin l colaboraba como asesor del Subdirector General, Ing. Fernando Hiriart.

Quienes integramos ese grupo, tuvimos la suerte de aprender con Marsal la prctica de la ingeniera, el trabajo de laboratorio y las observaciones de campo. El aprendizaje nunca fue por instruccin formal, sino mediante una concatenacin de retos planteados por l, que eran el mejor acicate para la superacin. La colaboracin con Marsal en las diversas etapas de realizacin de la presa El Infiernillo, cambi radicalmente mi concepcin de la ingeniera.

En esta pltica tratar de abordar la siguiente reflexin: Cmo pueden beneficiar sus enseanzas a los ingenieros jvenes? Ral Marsal obtuvo la licenciatura en su natal Argentina. La calidad de su desempeo acadmico y profesional le hizo merecer el premio Enrique Ader, en 1941. El deseo de superacin y su inquietud por la Geotecnia, lo llevaron al Instituto Tecnolgico de Massachusetts, donde obtuvo la maestra con D. W. Taylor. No satisfecho an, inici de inmediato su trabajo de doctorado en Harvard, con Arturo Casagrande, quien le sugiri presentar una tesis sobre las arcillas del Valle de Mxico.

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Arriba pues a nuestro pas en 1945, un joven ingeniero, con slid~ preparacin profesional, y la intencin de recabar material para su tesis doctoral en uno o dos aos de estancia en la Ciudad de Mxico; no sospecha que, contra sus planes y para beneficio de nuestra profesin, llega para quedarse. .

No nos es posible -tampoco.a.l- adivinar su potencial; desconocemos an sus cualidades, . unas. gen~ticas, otras adquiridas mediante autodisciplina y tenacidad. En retrospectiva, sabemos que fue la persona indicada, en el lugar adecuado y en el momento propicio.

Este joven inicia de inmediato la labor que lo indujo a "visitarnos" y aplica a ella toda su capacidad, entusiasmo y habilidad.

Permtaseme aqu un parntesis. La personalidad de Marsa} era compleja. Nunca tuvo temor al cambio; por el contrario, siempre lo propici. Se dedicaba, podra decirse con fervor fantico, a cierto tema de su inters, pero sin perder de vista otros. Marsal vi siempre la investigacin, no como un medio sofisticado para desentraar problemas complejos an nQ resueltos y de este modo obtener renombre; su enfoque era fundamentalmente pragmtico, apoyado en el realismo y la seriedad.

Al enfrentarse con algn tema respecto al cual la prctica establecida no le satisfaca, por ser peligrosamente emprica o de alguna otra forma inapropiada, si las circunstancias externas se lo permitan -en este aspecto fue afortunado- simplemente se dedicaba a aclararlo o profundizarlo, o sea a investigarlo. Actuaba con toda naturalidad, por supuesto desde el privilegiado punto de vista que le daban una slida preparacin previa, la habilidad para discernir lo fundamental y la aplicacin sistemtica del sentido comn.

Su enorme capacidad de trabajo y el estmulo trasmitido a sus colaboradores, impriman una velocidad de avance desusada a las investigaciones que emprendi. Con tenacidad mantena el mpetu hasta el final, independientemente de los obstculos encontrados en el camino. Tena una habilidad innata para traducir las ideas en acciones y el hbito de escribir -y bosquejar- como paso intermedio entre ambas. Este hbito, y una gran capacidad de comunicacin, propiciaron influenciara a un gran nmero de colegas.

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La forma de actuar descrita, lo condujo a dejar de lado su objetivo doctoral a corto plazo. Al comprender la magnitud del problema que haba abordado al llegar a Mxico, en vez de 1 S meses, dedic 1 S aos al estudio intensivo de las arcillas y al hundimiento del Valle de Mxico. Esta etapa de su vida profesional ilustra sus dotes de persistencia.

Paralelamente a la intensa investigacin sobre las arcillas del Valle de Mxico, poco tiempo despus de arribar a nuestro pas empez a participar en el diseo y construccin de presas, tema que le fascin. En 1959, al ingresar a la CFE como asesor del Ing. Fernando Hiriart, embarcada esta institucin en un ambicioso programa de construccin de hidroelctricas, surge la necesidad de disear y construir la presa El Infiernillo, de casi 150 m de altura, con un corazn impermeable muy esbelto y respaldos sustanciales de enrocamiento.

Marsal aprovecha esta oportunidad para sumergirse en todos los aspectos del comportamiento de grandes masas de enrocamiento, entonces manejado empricamente a nivel mundial, mediante la extrapolacin de las propiedades de las arenas. Sus contribuciones en este tema tuvieron y tienen repercusin en muchos pases.

Sin embargo, con la ausencia de vanidad que le caracterizaba, Marsal vea su trabajo simplemente como el resultado de haberlo enfrentado el destino a un problema no resuelto, en circunstancias externas propicias para atacarlo. A mi entender, ste fue el enfoque que emple sistemticamente en toda su larga y prolfica trayectoria profesional.

En retrospectiva, parecera que juzgaba la prctica ingenieril mediante la aplicacin de mtodos establecidos, como si fuese la materia prima necesaria para un platillo bien cocinado; para l la salsa y condimentos que permiten disfrutar la alimentacin, eran la observacin del comportamiento de las obras y la investigacin y subsecuente mejoramiento de la prctica; Tal enfoque es benfico por partida doble, pues satisface intelectualmente a quien lo aplica, y los resultados benefician a la profesin en general.

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Un ingeniero joven podra preguntarse: acaso me beneficia conocer las bondades de la metodologa empleada por Marsal, dado que adems de ser un practicante concienzudo de la ingeniera se dedic, con esfuerzo, constancia y resultados poco comunes, a la investigacin, o sea que fue un profesional de excepcin y por tanto, un caso diverso del mo?

Pues bien, creo que la parte ms til del mensaje implcito de Marsal, para cualquier joven ingeniero serio y deseoso de obtener la mayor satisfaccin intelectual posible de su profesin, es que en el ejercicio diario de sta debe, adems de trabajar intensa y tenazmente, evitar la aplicacin ciega de mtodos establecidos. Asimismo, deber mantener una preocupacin constante por realizar el trabajo de hoy un poco mejor que el de ayer y, cada vez que las circunstancias lo permitan, aportar una ligera mejora a dichos mtodos. En la medida que el joven ingeniero mantenga permanentemente una actitud crtica de su propio trabajo y se sienta estimulado por la perspectiva de contribuir al mejoramiento de la profesin, o sea actuar de modo progresista, habr aprovechado las enseanzas de Marsal. No olvidemos que Mxico es an un pas de oportunidadesl

Todos los seres humanos, de una manera u otra buscamos el reconocimiento de nuestros semejantes. Podra decirse que este deseo es en parte producto de la vanidad. Se antoja reflexionar sobre cmo Ral Marsal, probablemente la persona ms desinteresada y desprovista' '~e vanidad que he conocido, gracias a sus esfuerzos por derivar una mayor satisfaccin personal de la prctica profesional y de contribuir . al mejoramiento de la ingeniera, fue objeto an en vida, sin buscrlo, del reconocimiento a sus contribuciones de diversa ndole, tanto en Mxico como en el extranjero. ! :, Mi conclusin: el reconocimiento le fue dado, porque aun una gran calidad humana a sus indiscutibles mritos profesionales y acadmicos. Marsal fue un paradigma al alcance de los ingenieros jvenes de h'f!

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PRESENTACIN DEL CONFERENCISTA Por: Edmundo Moreno Gmez

Comisin Federal de Electricidad

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Jess Alberro Aramburo xiv

Presentacin del Conferencista Ingeniero jess Alberro Aramburo

Por: Edmundo Moreno Gmez Comisin Federal de Electricidad

Seores miembros del Presidium, Sra. Marsal, seoras y seores, nos hemos reunido hoy para escuchar la primera conferencia Ral J. Marsal, organizada por la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas, para honrar la memoria de nuestro querido y aorado Profesor Marsal, que tanto hizo por nuestra profesin y cuyas enseanzas y no pocos regaos deben recordar muchos de los aqu presentes. Esta primer conferencia la dicta otro distinguido ingeniero, Jess Alberro Aramburu cuya eleccin es un gran acierto, no solo por la estrecha relacin de trabajo y amistad que tuvo con Marsal durante unos treinta aos, sino tambin por ser, lo que me atrevo a considerar sin mucho riesgo de equivocarme, el discpulo que mejor aplica las mltiples enseanzas que con su actuar diario nos mostr el "Profe" Marsal.

Es un privilegio presentar a Jess Alberro por todos ustedes conocido ya que ha estado estrechamente vinculado a la ingeniera geotcnica de Mxico. Es originario de San Sebastin, Espaa y con estudios en Francia, en donde se gradu como ingeniero civil en la prestigiada Escuela Nacional de Puentes y Caminos de Pars. Como es sabido la escuela francesa le da especial atencin a las matemticas, conocimientos que domina Alberro y que fueron de gran apoyo para Marsal, ya que no pocas veces me coment que con justa razn Alberro le haba deshecho sus clculos y que ni modo, habra que empezar de nuevo.

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En 1960 Alberro se integra al cuerpo de investigadores del Instituto de Ingeniera de la UNAM y simultneamente cubre en la Divisin de Estudios Superiores los crditos completos del doctorado en ingeniera civil en la especialidad de mecnica de suelos. Al trmino de estos estudios de doctorado, en 1962, ingresa a la Facultad de Ingeniera como profesor de asignatura y en 196 7 como profesor del Departamento de Mecnica de Suelos de la Divisin de Estudios Superiores de la misma Facultad de Ingeniera.

Desde entonces y hasta la fecha ha impartido un sin nmero de cursos, destacando los referentes a la mecnica del medio continuo, mecnica de rocas y presas de tierra y enrocamiento. Tambin cabe sealar su participacin como profesor en el Centro de Educacin Continua de la Facultad de Ingeniera en lo referente a las aplicaciones de la geotecnia a vas terrestres, minera, exploracin con mtodos geofsicos, tratamiento de rocas con inyecciones, determinacin de las propiedades mecnicas e hidrulicas de rocas y a las obras subterrneas.

Esta breve descripcin de los cursos que ha impartido el profesor Alberro, nos permite visualizar la amplia gama de conocimientos de los que es poseedor. Cabe aclarar que no se trata nicamente de conocimientos tericos, sino que ha sabido conjuntar las bases fundamentales de la ingeniera, con los resultados de sus investigaciones aplicadas, y as participar en la toma de decisiones en proyectos de ingeniera de gran envergadura. Como ejemplo, y por el cercano conocimiento que tengo de su actuacin como asesor de la Comisin Federal de Electricidad, puedo mencionar sus atinadas recomendaciones proporcionadas para el diseo, el seguimiento de la construccin y la interpretacin del comportamiento de grandes presas. Entre las de tierra Y enrocamiento con ncleo de arcilla destacan las de Angostura de 145 m de altura que forma en la cabecera del ro Grijalva un gran embalse de regulacin (18,000 Mm3), Chicoasn entre las de mayor altura en el mundo, 261 metros, y adems construida en un can con difciles caractersticas geomtricas (paredes casi verticales) y geomorfolgicas; tambin particip muy de cerca en Peitas de mucho menor altura (SOm), pero cimentada sobre un depsito aluvial de SOm, cuya parte superficial se encontraba en estado suelto, y El Caracol de 126m localizada sobre el ro Balsas en una zona de alta sismicidad. Tambin debo mencionar las intervenciones de Alberro en el diseo y construccin de la presa de Aguamilpa, a la fecha la ms alta del mundo (186 m) en su tipo de

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"enrocamiento con cara de concreto", solucin que se haba abandonado en Mxico desde los aos 40's debido a malas experiencias; sin embargo, en la actualidad se consider una solucin viable gracias a los avances logrados en el conocimiento del comportamiento de suelos granulares, tema en el que tanto el profesor Marsal como Alberro han contribuido de manera destacada.

Considero oportuno sealar que a fines de junio se inici el llenado de la presa de Aguamlpa y que hasta la fecha con un tirante de agua de 140 metros, que corresponde a un 80% de su carga mxima de diseo, el comportamiento ha sido satisfactorio. En la ingeniera de presas la produccin de Alberro es muy variada, pues lo mismo inici el desarrollo de modelos de elementos finitos para estimar la distribucin y magnitud de las deformaciones y esfuerzos en el c.uerpo de las presas, que particip en el desarrollo de la instrumentacin requerida para medir estos parmetros en el prototipo, y llev a cabo ensayes en el laboratorio para definir la confiabilidad y precisin de los instrumentos. Este estudio de amplia cobertura, terico-experimental, le ha permitido avanzar en forma importante en el conocimiento del comportamiento de las estructuras trreas.

La intervencin del Ing. Alberro en los proyectos hidroelctricos no se ha limitado a las estructuras de la presa, tambin ha proporcionado asesora en toda una gama de problemas geotcnicos, como la estabilidad de taludes naturales o formados por cortes requeridos para alojar a cielo abierto vertedores de demasas, obras de toma, subestaciones, etc. en donde no es difcil referirse a la necesidad de efectuar cortes de ms de cien metros de altura. O en obras subterrneas como tneles con dimetros frecuentes de 15 a 19 m, y casas de mquinas alojadas en grandes cavernas excavadas en roca con dimensiones hasta de 200 m de largo, 45 m de altura y 20 m de ancho.

Especial atencin le ha prestado al estudio y entendimiento del efecto de fuerzas de filtracin, fracturamiento hidrulico y temperatura en el comportamiento de masas rocosas.

Su experienCia en trabajos de excavaciones subterrneas en roca incluye la referente a los de minera y algunos otros casos poco usuales como el del almacenamiento de petrleo en domos salinos. Tambin ha

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participado en varias etapas de diseo y solucin a problemas constructivos del Metro y colectores de agua ejecutados en las arcillas blandas del Valle de Mxico, contemplando entre otros efectos el de desplazamientos en la superficie inducidos por el tuneleo.

Durante su prctica profesional y acadmica ha contribuido notablemente en el nimo de varios ingenieros para que se especialicen en el rea de geotecnia, aunque Alberro quisiera que fuera un nmero mucho mayor de ingenieros los interesados en esta especialidad.

Entre los puestos acadmico-administrativos que ha ocupado se tienen los de jefe de la Seccin de Mecnica de Suelos de la Divisin de Estudios de Post-grado de la Facultad de Ingeniera, Coordinador de la Seccin de Mecnica de Suelos del Instituto de Ingeniera y Miembro de varios Consejos, tanto del Instituto como de la Facultad de Ingeniera, del Conacyt y del Sistema Nacional de Investigadores.

Su prestigio es ampliamente reconocido y ha participado como panelista o conferencista invitado en ms de 15 eventos tcnicos internacionales y como panelista, moderador o presidente en 20 reuniones o congresos nacionales. Su produccin de publicaciones es numerosa, siendo autor o co-autor de unos 60 artculos en geotecnia.

Pertenece a la Academia de la Investigacin Cientfica y a varias Sociedades tcnicas de las diferentes especialidades de geotecnia.

Ha recibido diversos premios y distinciones acadmicos entre los que destacan la de Investigador Nacional, Acadmico de Nmero de la Academia Mexicana de Ingeniera y los premios Barros Sierra por el mejor libro (co-autor), Nacional de Investigacin "Nabor Carrillo" y el Premio Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

Quiero terminar mi presentacin sealando algunos atributos de su persona, los que le valieron la gran estima del profesor Marsal y entre los cuales destacan su alto sentido de responsabilidad e intachable rectitud, su carcter fuerte al defender algn tema del que se encuentre convencido, su gran capacidad de percibir y resumir lo fundamental de los problemas, adems del profundo sentido crtico y constructivo con el que acta al plantersele cualquier asunto de la profesin.

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Por todo lo anterior, creo que no hay un mejor candidato que Jess Alberro para pronunciar la primer Conferencia Ral J. Marsal.

Por ltimo les mencionar que cuando le inform a la Sra. Ada Feher de Marsal, quien nos honra con su presencia, que para este evento el conferencista sera el Ing. Alberro, me respondi con entusiasmo que esto era una garanta del buen xito de la reunin, sin embargo Alberro me coment, con su modestia y sencillez a la que nos tiene acostumbrados, que no se adelantasen vsperas sino que habra que oir los comentarios de la Sra. Marsal y de los aqu reunidos despus de la conferencia, porque podran ser muy diferentes, as que le cedo la palabra al Ing. Alberro para escucharlo con mucha atencin, y as ratificar, con toda seguridad, lo que nos anticip la Sra. Marsal de que la conferencia ser todo un xito.

Muchas gracias.

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ALGUNOS EFECTOS DE LAS FILTRACIONES EN LA ESTABILIDAD

DE LAS MASAS ROCOSAS jess Alberro Aramburo*

Conferencia dictada durante la IV Reunin Nacional de la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas

Septiembre 24, 1993 Taxco, Gro.

* Investigador del Instituto de lngenlerla, FIUNAM xxi

Algunos efectos de las filtraciones en la estabilidad de las masas rocosas

Jess Alberro A.

Introduccin

En el campo de las presas de tierra y emocamiento, actividad a la que tanto aport Ral J. Marsal, ha de analizarse no slo la estabilidad de la estructura trrea sino tambin de las mrgenes y cimentaciones rocosas del embalse.

Tal estabilidad depende de numerosos factores y en particular de:

1) La direccin, localizacin y tipo de fallas que la surcan, reflejo del estado de esfuerzos a que ha estado sometida.

2) La forma de la red de flujo de agua que se desarrolla en su seno y la magnitud del gradiente hidrulico.

3) Las alteraciones en su geometra, impuestas por las obras ingenieriles.

4) Los efectos trmicos.

5) La variacin de su resistencia al cortante en presencia del agua.

Usando modelos simplificados del estado de esfuerzos inducido por las fuerzas de flltracin o por los cambios de temperatura en la masa rocosa se tratar de explicar algunos incidentes ocurridos en presas mexicanas a lo largo de su vida tales como microsismos, agrietamiento de las estructuras, incremento de las filtraciones y tubificaciones. Asimismo se sugiere una posible causa de los temblores locales en el Valle de Mxico.

l. Estado de esfuerzos inducidos por las fuerzas de rdtracin

El estado de esfuerzos efectivos inducidos por las fuerzas de filtracin ocasionadas por un embalse, puede cuantificarse considerando que se trata de un problema bidimensional. Si se representa a escala la masa rocosa de varios kilmetros de espesor en que est el embalse, este puede semejar un charco de ancho 2a y altura nula sobre el que acta una presin de agua U (fig 1), rodeado de un mj:dio homogneo, isotrpico y elstico sometido inicialmente a un potencial hidrulico nulo (ref 1).

2a

'J=U/Yw

Fig 1 Geometra del problema

El estado de esfuerzos efectivos resultante del proceso de difusin del flujo de agua depende de la localizacin del punto M del tiempo t transcurrido desde la creacin del

embalse, de los parmetros X y ,. de Lam del medio y del coeficiente adimensional e;, a2

siendo C, el coeficiente de consolidacin de la masa rocosa y 2a el ancho del embalse. Para los puntos localizados sobre el eje de simetra las expresiones de los esfuerzos nonnales efectivos n,.. , y t..,. son:

-_ u ( 1 .r 1 _f._ 1 ) n"- - sen 2e1 + 2 L F (n, e1, r1, t) - F (1, e1, r1, t) 1t nl 1 + 21'

*,= u (-.tenle~ + 2 1 E F (n, e~. r 1, t) + " F (1, e~. r 1, r>) 1t 1 + 21' 111 1 + 21'

t..,.= O

-r: -

con F (n, e~. r 1, t) = sen (2ne~) E e-

4CJ n ( 2) (n + m)! r, m! (2n + m)! 4CJ

.-o

Los esfuerzos efectivos inducidos en el eje de simetra del problema dependen nicamente

de los parmetros adimensionales v , relacin de Poisson, CJ , ! y de la presin hidrulica a2 a

u.

n n En las figuras 2 y 3 se presenta la variacin de los cocientes 2 y J. a lo largo del

u u

eje x en funcin de ! y para 11=0.3 y CJ variable. a a2

2

0.00-----------------------, :::> .......

X IC: Q) "O 11) ~ -0.20 o o >

-

-- rl"\-~ vv- o2 --10 ----- 5 --1 --0.5 --0.3 ---0.2 ---0.1

-0.80 L----..I....---...J.----.1-.----'----~ o 2 3 4 5

:::> '>,0.30 IC:

Q) "O 11) Q) ...

..Q 0.20 o >

0.10

0.00

o

Valores de X/a Fig 2 Variacin de ~x a lo largo del eje x

-tO=~ --10 -----5 --1 --0.5 --0.3 ---0.2 ---0.1

2 . 3 4 X

_ Valores de 0 5

Fig 3 Variacin de n . tJ- a lo largo del eje x 3

Es de notar que los esfuerzos . son de compresin, alcanzando su mximo al

principio del proceso ( ~~ pequeo ) mientras los esfuerzos y son de tensin y aumentan conforme transcurre el tiempo. A muy largo plazo, el valor absoluto de ambos esfuerzos es idntico en todos los puntos del eje x. En todo momento los mximos esfuerzos de tensin y compresin se presentan para x=a, que resulta por tanto ser la profundidad ms propicia para la generacin de temblores locales.

Estas conclusiones se entienden intuitivamente al tomar en cuenta la divergencia de las lneas de flujo en el entorno del embalse. Las correspondientes fuerzas de filtracin inducen esfuerzos de compresin en sentido vertical y de tensin en sentido horizontal (fig 4) en la parte central del embalse. Las curvas y2-x2=a2 constituyen la frontera entre las zonas 1 y ll, respectivamente sometidas a esfuerzos de tensin y de compresin en el sentido horizontal.

-- Uneos de corriente

Fig 4 Esfuerzos normales generados por los fuerzas de filtracin

11 11 Las formas de las curvas de variacin de 2 y ....:1. muestran que el cambio en el u u

estado de esfuerzos concluye prcticamente para c.; = 10. a2

Considerando que comnmente

a= 250m C.= 130.000m2/ao

4

el tiempo durante el que se presentarn variaciones importantes en el estado de esfuerzos efectivos en la masa rocosa ser del orden de 5 aos.

Suponiendo que el estado inicial de esfuerzos efectivos sobre el eje x, debido a peso propio o a tectonismo est representado en el diagrama de Mohr (fig 5) por el crculo C0 , el estado de esfuerzos efectivos, despus del llenado de la presa, quedar representado por crculos de Mohr cuyo centro y radio vaan con el tiempo. A largo plazo, el estado de esfuerzos efectivos final quedar representado por el crculo C3, concntrico del crculo C0

( ~a:' be e~"'li C0 : Estado de esfuerzos inicial ~~."' C1 Estado de esfuerzos al

0 trmino del llenado ~..-.=sJ C2: Estado de esfuerzos al ao

' de haber concluido el llenado C3: Estado de esfuerzos a muy largo plazo

Fig 5o Circulos de Mohr representativos del estado de esfuerzos efectivos en un punto del eje x, al trascurrir el tiempo

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Fig 5b Estados de esfuerzos efectivos inicial y final en el diagrama de Mohr

Dependiendo de la magnitud de U y del estado inicial de esfuerzos se provocar o no la falla, al llenar el embalse. La magnitud de U es importante en la cuantificacin de la variacin de esfuerzos efectivos en la masa rocosa. Conviene por tanto, determinar si, antes del llenado de la presa, la roca de cimentacin est saturada, como sucede normalmente, o si cierto espesor, h, de esta permanece sin saturar por estar asociado el ro con un nivel fretico suspendido. En este ltimo caso la presin de agua, u . efectiva generada por el embalse es U+ h y el riesgo de movimiento en las fallas puede aumentar considerablemente (ref 3). Por ejemplo, en el caso de la presa Las Lajas, Chihuahua, si bien U vale 42m, u. alcanza un valor de 140m (ref 4). Contrariamente a lo afirmado comnmente (ref 2) los temblores registrados durante el llenado de una presa no se deben, por efecto del incremento de la presin de poro, a un corrimiento, en el diagrama de Mohr, del crculo inicial (C0 ) hacia la zona izquierda manteniendo su radio constante sino que a largo plazo, la falla ocurre al incrementarse el radio del crculo de Mohr, bajo condiciones de esfuerzo octadrico normal constante.

Tomando en cuenta este resultado, se puede tambin discriminar las fallas geolgicas ms o menos peligrosas en cuanto a riesgo de generacin de temblores durante el llenado de una presa. Utilizando la notacin

para los esfuerzos efectivos principales iniciales y designando por tJ.a el incremento, a largo plazo, del esfuerzo normal efectivo vertical igual al decremento del esfuerzo normal efectivo horizontal, se trazaron las figs 6, 7 y 8 representativas de diferentes geometras y tipos de fallas.

6

Estado final

Estado final

Limite del embalse

OBSERVACIONES

Lo relacin de esfuerzos principales en el estado final es

Fig 6o Folla normal paralela al eje del embalse

OBSERVACIONES

Lo relacin de esfuerzos principales en el Lmite del estado final es embalse

Fig 6b Falla normal perpendicular al eje del embalse

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Limite de embalse

OBSERVACIONES

La relacin de esfuerzos principales en el estado final es

El esfuerzo principal mayor es paralelo al eje del embalse

Fig 7a Fallas trasversas. Esfuerzo principal mayor paralelo al eje del embolse

OBSERVACIONES

La relacin de esfuerzos principales en el estado final es

El esfuerzo principal mayor es perpen-dicular al eje del embalse

Fig 7b Follas trasversos. Esfuerzo principal mayor perpendicular al eje del embolse

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Estado final

Estado final

Limite del embolse

OBSERVACIONES

Lo relacin de esfuerzos principales en el estado final es

Fig So Falla inversa paralela al eje del embalse

OBSERVACIONES

Lo relacin de esfuerzos principales en el Limite del estado final es embalse

Fig 8b Falla inversa perpendicular al eje del embalse

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Confonne a las observaciones reportadas en estas figuras se clasifican las fallas geolgicas de ms a menos riesgosas de acuerdo con el cambio de la relacin de esfuerzos principales (Tabla 1).

Tabla 1

Tipo y rumbo de la falla geolgica Riesgo de Tiempo ele movimientos respuesta en la falla

1 Falla nonnal paralela al eje del embalse ++ breve 2 Falla normal perpendicular al eje del embalse + breve

Embalse en el graben

3 Falla transversa. Esfuerzo principal mayor inicial + largo paralelo al eje del embalse

4 Falla transversa. Esfuerzo principal mayor inicial -

perpendicular al eje del embalse 5 Falla inversa perpendicular al eje del embalse

-

6 Falla inversa paralela al eje del embalse --

Para los casos 1 , 2 y 3, las consecuencias ingenieriles de un movimiento en la falla geolgica pueden ser diversos y constituir un factor de riesgo de importancia variable: microsismicidad o sismos relativamente intensos {hasta 6.1 de magnitud en Hsinfenkiang, ref S) y daftos a las obras, destruccin parcial de las obras de impenneabilizacin de las mrgenes o del vaso, tubificacin de los rellenos de falla o de la cubierta de suelo e incremento de las filtraciones, como se aprecia al analizar el historial de algunas presas mexicanas, o del Valle de Mxico. Adems la variacin con el tiempo de los esfuerzos de compresin vertical y de tensin horizontal (figs 2 y 3) indica que el llenado puede inducir a corto plazo movimientos en las fallas normales y a largo plazo en las fallas transversas.

2. Efecto de los cambios de temperatura

En Mxico abundan las zonas volcnicas en las que la temperatura de las masas rocosas constitutivas de las mrgenes de un embalse son elevadas. Mediciones efectuadas en Mxico por Ziagos y Smith (ref 6 y 7) demuestran que en regiones postoligocnicas el gradiente geotrmico alcanza valores superiores a 50 oC/ Km , an en zonas que no son consideradas como campos geotrmicos. Se ha comprobado tambin en varios casos que la temperatura del agua de los manantiales surgidos aguas abajo del embalse por filtracin es notablemente superior a la temperatura del agua del propio embalSe. Tal incremento de temperarura del agua filtrada se acompaa obviamente de un enfriamiento correlativo del medio a travs del cual filtra el agua, con la consecuente modificacin del estado de esfuerzos en la roca. De acuerdo con la referencia 8 los esfuerzos de tensin generados por un enfriamiento .1 T son del orden de

10

a.E AT 1 - V

siendo E el mdulo de Young de la masa rocosa a el coeficiente de dilatacin lineal de la roca

v la relacin de Poisson de la roca

Para valores comunes de

E = 200 000 kg/cm2 a= 10'5 I .AT= 10"

V = 0.3

el esfuerzo de tensin resultante es del orden de 20kg/cnr que puede ser suficiente para fallar a tensin las pantallas de inyeccin ejecutadas en el sitio o el concreto lanzado utilizado a menudo para taponar las entradas de agua en fracturas importantes que cruzan el embalse.

3. Temblores inducidos por el Benado de embalses. Casos histricos

3.1 Caso de los temblores locales en el Valle de Mxico.

En el Valle de Mxico la agitacin microssmica es continua, y los numerosos temblores locales se caracterizan por un periodo cono que por lo general no excede de O.Ss y por una duracin que pocas veces es superior a Ss (ref 9). Se trata de sismos de reducida magnitud M1

1) La elevacin del nivel fretico en la Sierra de las Cruces a raz de lluvias intensas

2) La filtracin de agua del almacenamiento creado por las lluvias en la Sierra de las Cruces hacia los Valles de Mxico y Toluca.

3) El incremento de los esfuerzos cortantes, por efecto de las fuerzas de filtracin en las fallas geolgicas que surcan el macizo montaoso de las Cruces.

3.1.1 Geologia de la Sie"a de las Cruces

Las principales formaciones geolgicas de la Cuenca del Magdalena son las sierras del Ajusco y de las Cruces, las cuales tienen un alto grado de fracturamiento y permeabilidad.

Los tipos de rocas existentes son andesitas de las serie volcnica sierra de las Cruces, entre las cotas 2650 msnm y 3800 msnm, as como brechas volcnicas y arenas poco permeables de la formacin Tarango, por debajo de la cota 2650 msnm (fig 11).

Las caractersticas de las rocas situadas en la parte media (de 2800 msnm a 3200 msnm) y alta de la cuenca del Magdalena resultan propicias para la infiltracin de agua, esto es para la recarga del acufero. Se estima que la zona permeable representa el 85% del rea total de la cuenca.

El sistema de fracturas N 60"E-N 70"E, que se observa en la parte central y oriental del Eje Neovolcnico y sobre el cual se alinean los pequefios volcanes, est formado por fallas normales (ref 11) que de acuerdo con los datos presentados en la Tabla 1 son las ms susceptibles de sufrir movimientos. Entre las barrancas del ro Hondo, al norte, y del ro Magdalena, al sur, que limitan la sierra de las Cruces, se localizan ocho fallas mayores con rumbo general N 55E y con longitud promedio de lUan (ref 10 y 11).

3.1.2 Pluviometrfa e hidrologa en la Sierra de las Cruces

En el periodo 1921-1950, la precipitacin media anual en la sierra de las Cruces alcanz valores mximos de 1476mm en el Dnamo 3 y de 725mm en la estacin meteorolgica de Tacubaya (ref 13). "Las precipitaciones extremas de un afio aislado, en un punto dado, pueden variar en un 50% sobre o bajo la normal del periodo; las medias de lapsos de cinco aios consecutivos en un 25% sobre o bajo la normal; y las medias de lapsos de 25 aios consecutivos en un 15% sobre la normal de largo periodo" (ref 13). En consecuencia, es de esperar que el nivel fretico de los almacenamientos subterrneos de agua en la sierra de las Cruces varen en posicin y altura, afio tras afio. Con base en anlisis efectuados mediante elementos finitos, para una infiltracin de 310mm anuales (ref 14), la altitud mxima del nivel fretico en la sierra de las Cruces es 2640m. Considerando un coeficiente de variacin de la infiltracin anual de 20%, la altitud mxima del nivel fretico vara entre 2670m y 2602m (fig 12).

La variacin mxima de la carga de agua entre estas condiciones extremas es 130m (fig 12).

lO'

,.

zo'

...

,. 10'

~ 10' .. .. .

q~t,noo

~~~J\'(1(1"

lO'

,.

ro'

...

Fig 9 Epicentros de temblores en la cuenca de Mxico ( ref 1 )

A fi O s

Fig 10 Frecuencia ssmica anual en la cuenca del Valle de Mxico 1909-1968 ( ref 1 )

13

Valle de Toluca

o

I ~ II ::/;":~.~;:;=:::::~

m 11 v 11 v 11

nz: ~

Sierre de las Cruces

10000 20000 30000 40000

Depsitos lacustres kh= 5X 10"6 cm/s, kv= 1CJ6cm/s . ~ ~ Depositas granulares- Torango -kh = 5X 10 cm/s ,k. =lO cm/s

Rocas volcnicos del terciario kh= 15cm/s, k,= 5X15cm/s

Caliza kh= 10-~m/s, kv= 10-3cm/s 770mm/al\o 960mm/ai'lo 1160 mm/ao

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

o

Fig 11 Niveles freticos en lo sierro de Las Cruces y corte geolgico supuesto

14

E e: 111 E e: Q)

111 Q) e o " o > Q) w

E e: Cl)

~ ., Cl) e: o " o > ~ UJ

2750

2650

2550

2450

2350

2670

P= 1160 p: 960 p = 770

P = Precipitacin, mm/ao

2250~------~~--------~--------~------~L-~--0 10

L Valle de Toluca 20 30 km 40

Valle de Mxico J Fig 12 Niveles freticos en lo sierra de Los Cruces para diversas

precipitaciones

Tomando en cuenta que, an cuando las curvas de igual elevacin piezomtrica en la zona poniente del Valle de .Mxico han variado con el tiempo (fig 13, 14, 15) en todos los casos se notan dos depresiones marcadas, una localizada hacia el nor-poniente en Atzcapotzalco y la otra hacia el sur-poniente en Santa Fe e Ixtapalapa. Las correspondientes lneas de flujo, al ser divergentes ocasionan esfuerzos de tensin horizontales y de compresin verticales sobre los macizos rocosos surcados por las fallas normales con nunbo N 60"E preexistentes (fig 16).

15

o 1 2 5 10 km

Fig 13 Curvos de igual elevacin piezomtrico o 50.00 m de profundidad , junio 1959

16

WE

WE

E-15

E-15

Nota: Smense 2000 m o los valores de las curvas para obtener su altitud

Fig 14 Curvas de igual elevacin del nivel est.tico, octubre -noviembre 1976

17

Fig 15 Elevacin del nivel esttico en metros, octubre 1985

N ~ 1 Alzcopolzolco

/ 1

/ ~~' o

w --

E / ........... ............ ....

Lneas de flujo ' ---1

lztopala

S

Fig 16 Divergencia de la red de flujo 18

1000_. .........

IO~~~~~~~~~~~~~~~~u~LULUuu~~~~~~ 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980

Fig 17 Aos

Correlacin entre promedios consecutivos, en lapsos de cinco aos,jiel nmero de temblores ls) y de la precipitacin plu-vial { P) , en mm, registrados en tacubaya

3. 2 Comparacin entre frecuencia de temblores locales en la sierra de las Cruces y precipitacin pluvial

Los rasgos geolgicos e hidrolgicos de la sierra de las Cruces son propicios para la generacin de temblores locales al almacenarse agua de lluvia en sus entraas. La relacin entre precipitacin pluvial y nmero de temblores, de 1909 a 1969, presentada en la figura 17, sustenta esta aseveracin.

Convendra entonces tratar de correlacionar los regmenes de precipitacin pluvial, con la hidrologa, la geologa y la frecuencia de los temblores locales en otras zonas del eje neovolcnico transmexicano o de Nicaragua en las que se han registrado enjambres de sismos someros generalmente del tipo de falla normal (Tixmadeje-Acambay en 1912, Jalapa en 1920, Managua 1972 y Actopan-Mezquital, en 1976).

19

4. Casos histricos en presas mexicanas

4.1 Presa El Palmito (Presa Lzaro Crdenas)

Se localiza sobre el ro Nazas en las estibaciones orientales de la Sierra Madre Occidental y su vaso est fonnado en mayor parte por rocas volcnicas del tipo de las riolitas del terciario que descansan sobre fonnaciones sedimentarias marinas del cretcico superior (ref 15). La regin fue afectada por un intenso fallamiento al final del Plioceno que gener bloques limitados por fallas nonnales.

La geologa estructural de la zona de la boquilla se resume en las figuras 18 y 19, correspondientes a la margen izquierda y derecha respectivamente.

Tqb Tobo blanca con cuarzo y biotita Tmr Toba porosa roja can mica Te Toba columnar Tcb Toba compacta blanca Tb Toba rlolltica con biotita Tq Toba cuarcltera K la Lutitas y areniscas

Rr Riollta roja D 1 Depsitos lacuestres Ba Basalto

A .... E Bloque geolgico 1 Corona de lo presa

F-i Falla

{

lonimbrllo Grupo 1 Riollta vitroffrlca

Toba rlolitlca

{

Toba vesicular Grupa D. Toba blanco con biotita

lgnimbrito roso

Fig 18 Geologa estructural de la margen izquierda de la boquilla 20

tiJIIImbrlta Grupo 1 Rlollta vl!roflrico Toba riohtica {

Toba viaicular Gnq1o n Toba blanca con biotita

lanimbrita roaa

Olp o.,&alloa '-''" con pedernal Tb Toba riolltlca con blatito Te Toba calumnar Tqb Toba blanca con c:uano y blolita Tcb Toba compacta blaMa Tnw Toba pof01C1 roJa con mica

F )( Bloques aeolcSalcos F-1 Falla

1 Carona de la preaa

Fig 19 Geologa estructural de la margen derecha de lo boquilla

Adems de las fallas que corren ms o menos tnnsversalmente a la direccin de la barranca (F1, F2, F5, F7, etc ... ), debe suponerse la existencia de una o dos dislocaciones F--6 que son las que dieron origen a la formacin del cafin. En efecto, en la ladera derecha las capas de tobas tienen una posicin casi horizontal mientras en la ladera izquierda su buzamiento hacia aguas arriba es muy pronunciado (21'). Los saltos de las fallas F1, F2, F4, F5 y F7 son respectivamente iguales a 17, 245, 110, 350 y 160m.

En el entorno de la presa de 95m de altura construida entre 1936 y 1946 y sobreelevada en 1974, se not en por lo menos cuatro ocasiones (1947, 1959, 1967 y 1968) reacomodos de los bloques geolgicos de las mrgenes.

De acuerdo con la curva embalse-tiempo presentada en la figura 20 estos reajustes se presentaron al alcanzar almacenamientos cada vez mayores. Ocasionaron temblores locales, agrietamientos en la corona de la cortina y en el empotramiento izquierdo paralelo a la ladera como se asevera en, por ejemplo, el telegrama de fecha 12 de julio de 1967 "Da de hoy encargado de la presa El Palmito informa que a las 2h 30 min aproximadamente escuchse fuerte ruido. Al inspeccionar encontr grieta localizada en el muro cspide de la cortina a 65m al sur de faro" o sea en la margen izquierda.

21

1G20-

Elev, en m 1600 -

1560

1)41 1950 1000

" Enjambre de ruidos B Nivel de embalse

Fig 20 Curva embalse- tiempo

75

Las mediciones de los movimientos en los bloques de la margen izquierda, iniciadas en 1968 inducen a pensar que corresponden a un movimiento de arrastre a lo largo de la falla normal F-6, con rumbo casi paralelo al del eje longitudinal del embalse, situacin por dems crtica como se seala en la Tabla l. Estos movimientos de bloques generaron por dilatancia la apertura de fracturas en la margen izquierda con el consecuente aumento de las filtraciones. Se observaron, en particular, en 1958 y 1967 chorros de agua en las paredes del cubo del elevador localizado a la vertical de la galera de vlvulas (fig 21).

Aguas abajo de la presa se presentaron filtraciones importantes hasta de 6501tsls, siendo necesario ejecutar una pantalla de inyeccin complementara en la margen derecha y una galera de drenaje en cada margen. Cabe adems retomar, en este caso, el siguiente comentario de los ingenieros Heinz Lesser Jones y Ral J. Marsa! "Otro hecho ... es la temperatura relativamente alta que tienen todas las filtraciones en su salida, variando entre 28" y 25"C las del arroyo La Soledad, 26 y 23" las de cerca del talud de la cortina en la ladera derecha; parece que la distancia de recorrido del agua es la determinante de la variacin de temperatura, siendo ms calientes las que ms se alejan del contorno del embalse en el vaso" (ref 16). La ineficiencia de la pantalla inicial de inyeccin en la margen derecha puede deberse en parte a los esfuerzos de tensin en ella inducidos por enfriamiento. En la presa Chilatn se present un caso muy similar con importantes filtraciones en su margen izquierda.

4. 2 Presa La Angostura, Chiapas (Belisario Domnguez)

La estructura general del vaso es un homoclinal en el que las capas buzan hacia aguas abajo. Est formado superficialmente por calizas limosas que, en general, se presentan sin huellas de disolucin y acusan drenajes superficiales bien desarrolladas en el sitio de la presa. Estas calizas descansan sobre una formacin constituida por dolomitas, calizas arrecifales y calizas estratificadas finas, que presenta numerosos rasgos krsticos y aparecen en el vaso y en superficie a 3.5 kilmetros aguas arriba del sitio de la presa.

22

El levantamiento de fallas (fig 22) revel que se agrupan en tres sistemas, el primero con rumbo N 80"E y el segundo N 45"E. Ambos sistemas corresponden a fallas transversas generadas por un empuje horizontal seg6n la direccin N 60"E paralela al ro, que propicia la generacin de movimientos en los bloques geolgicos a raz del llenado del embalse (ver Tabla 1). Las mediciones de campo muestran que el esfuerzo horizontal residual en esta direccin y a 120m de la profundidad en la margen derecha es del orden de 80kg/cm2, claramente superior al debido a peso propio (ref 17). La familia 3 de fracturas de rumbo EW podra corresponder a fallas de segundo orden (ref 18) lo cual implicara, de acuerdo con el ngulo de 14 que forma la normal a las fallas de la familia 1 con la direccin de las fallas 3, que actualmente el ngulo de friccin a lo largo de una zona fallada es de 30".

La presa La Angostura, construida por la Comisin Federal de Electricidad entre 1972 y 1974, tiene 147m de altura. La roca en la zona del cauce y tramos de 200m en los empotramientos se trat hasta las elevaciones 360 y 400 respectivamente (fig 23).

\ "'"\ {F-7 \ "' \

\ '" \ N40+500 +-------+-'.0...'\------t-------\-

8 .. + .. . . ..

8 .. ..

: ..

+ ..

: .. '

..

': ..

o zo 50 cm --- Elev 1608 1 1 1 1 1 1

Escalo de desplazamientos

1 Corona de la cortina 2 Caseta de control

--- Elev 1593

3 Galerla de v~lvula F-i Falla

1- i lnc linmetro

Fig 21 Vectores- desplazamiento en febrero 1972 23

Familia

060

500m ~-----'

Fig 22 Sistemas de fracturas en el sitio de la presa la Angostura

1 Canales vertedores 2 TUnel de detviacin marcaen izquierda 3 Tnel de desviacin marQen derecho

G-i Galer{a Barrenos de inyeccin, 1 {neo a;uos arriba Barrenos IJdicionoles

Lonoitud total de perforacin, 48 840 m Conaumo tato 1 de cementot 3 216 ton Nmero de lneas de inyeccin, 2 a 4

M~todo de inyeccin: prooresiones y barrenos adicionales

Fig 23 Pantalla de inyecciones

24

Se emplearon lechadas agua cemento con dosificacin variable entre 1:1 y 10:1 en volumen, mediante perforaciones a lo largo de por lo menos dos lneas y en progresiones y espaciamientos entre barrenos condicionados por el consumo que se iba registrando durante el tratamiento.

Desde las galeras mostradas en la figura 23 una vez terminado el tratamiento descrito se perforaron drenes de 7 .5cm de dimetro con espaciamiento de 10m, aguas abajo de la cortina de inyeccin. Conviene recalcar que el consumo en toneladas de cemento fue notablemente diferente en las mrgenes izquierda y derecha e igual respectivamente a 365 y 2785. Las correlativas filtraciones a travs de los empotrami~ntos a raz del primer llenado aumentaron de 730lts/s en la margen izquierda y de 210lts/s en la margen derecha.

Durante 1986 y 1987 el nivel del embalse se mantuvo abajo de la elevacin 520 y alcanz las elevaciones 526 en 1988 y 530 de 1989 en adelante.

El brusco incremento de las filtraciones medidas a partir de 1988 en el acceso a la casa de mquinas y en los manantiales de la margen derecha (ref 17), as como los temblores locales que han sido detectados en la zona desde 1992 son ndice de movimientos en las fallas que surcan el vaso. Es importante sealar que a ltimas fechas (octubre 1992, enero y marzo de 1993) se han percibido enjambres de "ruidos" (ref 20) cuya localizacin instrumental, determinada en marzo de 1993, se presenta en la figura 24.

16.70 r--~--.------,-----,-------,

.'-.. .,

Estacin sisllloiglca Evento Latitud N

16.60 '".

"' Est. 3

Es t. 4

.. '- Evento oon mejor "~ .. ~(~ontrol de profundidad

) /~ Est. 6

Est.5' .. 3 Est.1 Est.2 /' *4

16.40

_.. Cortina Proa 8. Oom.ku)uet

' 16:20 ~~;.._--::lll----...l..._...;._::::!iio.....J...-=:L-.....J .-93.00 -93.80 -93.70

No! a: Longitud W

Todos los eventos tienen magnitud menor a 2.3

Fig 24 Localizacin de los sismos

25

-93.60

El hipocentro del evento mejor localizado se situa a 140m de profundidad a aproximadamente 5km de la conina. Los eventos 1, 2 y 3 parecen alinearse sobre una falla de la familia 3, mientras los temblores locales 3 y 4 se alinean sobre una falla de la familia 2 y "el mecanismo de ruptura se presenta con claridad hasta donde se ha observado, en dos reas caracterizadas por la presencia de manantiales generados posteriormente al llenado del embalse; sin embargo, pudieran tener cienas diferencias una con respecto a otra dado la presencia de manantiales hidrotennales en la zona II" (ref 20).

Correlativamente se han observado en abril de 1993 grietas en la tuberfa de presin No. 5 en la zona de la pantalla de inyeccin localizada en el plano venical que pasa por las galerfas 3, 4 y 5 (fig 25, ref 21).

4.3 Presa Constitucin de 1917

En el subsuelo del vaso de esta presa abundan las tobas fracturadas de origen volcnico, principalmente riolticas que ocupan grandes extensiones (ref 4). Tambin se presentan tobas poco consolidadas o bien muy alteradas y depsitos tobaceos secundarios que provienen de la disgregacin de aquellos, arrastrados y depositados por las aguas superficiales. Estos materiales prcticamente no afloran en superficie por estar cubienos por azolves de aluviones limo--arcillosos.

1 ,' 1 Lumbrera de

Vi compuertas OG-4 1 1 1 1

Goter{a O instrumentacin

Fig 25 Localizacin aproximado de fisuras y grietas

26

Se emplearon lechadas agua cemento con dosificacin variable entre 1: 1 y 10: 1 en volumen, mediante perforaciones a lo largo de por lo menos dos lneas y en progresiones y espaciamientos entre barrenos condicionados por el consumo que se iba registrando durante el tratamiento.

Desde las galeras mostradas en la figura 23 una vez terminado el tratamiento descrito se perforaron drenes de 7.5cm de dimetro con espaciamiento de 10m, aguas abajo de la cortina de inyeccin. Conviene recalcar que el consunio en toneladas de cemento fue notablemente diferente en las mrgenes izquierda y derecha e igual respectivamente a 365 y 2785. Las correlativas filtraciones a travs de los empotramientos a raz del primer llenado aumentaron de 730lts/s en la margen izquierda y de 210lts/s en la margen derecha.

Durante 1986 y 1987 el nivel del embalse se mantuvo abajo de la elevacin 520 y alcanz las elevacipnes 526 en 1988 y 530 de 1989 en adelante.

El brusco incremento de las filtraciones medidas a partir de 1988 en el acceso a la casa de mquinas y en los m;pllllltiales de la margen derecha (ref 17), as como los temblores locales que han sido detectados en la zona desde 1992 son ndice de movimientos en las. fallas que surcan el vaso. Es importante sefialar que a ltimas fecllas (octubre 1992, enero y marzo de 1993) se han percibido enjambres de "ruidos" (ref 20) cuya localizacin instrumental, determinada en marzo de 1993, se presenta en la figura 24.

Latitud N

16.60

'

)6.40

~ Estacin sismolgico * Evento

, Evento con mejor ----.. ~( __ ~troJ de profundidad

1 ) ' i2 Est. 6

Est.5',. 3 ~ Est.1 Est .. 2

/ .. 4

Cortina , Presa B. oOmint;~uez

.

16 '~093~.0::0;--. ""----:-::!!'-.:::---.....L..---,:::!IIo-L.....::S~-_J -93.70 -93.60

Nota : Longitud W

Todos los eventos llenen magnitud menor a 2.3

Fig 24 Localizacin de los sismos

25

El hipocentro del evento mejor localizado se situa a 140m de profundidad a aproximadamente 5km de la cortina. Los eventos 1, 2 y 3 parecen alinearse sobre una falla de la familia 3, mientras los temblores locales 3 y 4 se alinean sobre una falla de la familia 2 y "el mecanismo de ruptura se presenta con claridad hasta donde se ha observado, en dos reas caracterizadas por la presencia de manantiales generados posterionnente al llenado del embalse; sin embargo, pudieran tener ciertas diferencias una con respecto a otra dado la presencia de manantiales hidrotermales en la zona II" (ref 20).

Correlativamente se han observado en abril de 1993 grietas en la tubera de presin No. 5 en la zona de la pantalla de inyeccin localizada en el plano vertical que pasa por las galeras 3, 4 y 5 (fig 25, ref 21).

4.3 Presa Constitucin de 1917

En el subsuelo del vaso de esta presa abundan las tobas fracturadas de origel1 volcnico, principalmente riolticas que ocupan grandes extensiones (ref 4). Tambin se presentan tobas poco consolidadas o bien muy alteradas y depsitos tobaceos secundarios que provienen de la disgregacin de aquellos, arrastrados y depositados por las aguas superficiales. Estos materiales prcticamente no afloran en superficie por estar cubiertos por azolves de aluviones limo-arcillosos.

1

l ;v~ =:rrc:a:-OG-4

1 1 1 1

Galera O instrumentacin

Fig 25 Localizacin aproximado de fisuras y grietas

26

El primer llenado de esta presa de 35m de altura, pero con un nivel fretico regional localizado a ms de 80m de profundidad, se efectu en 1969. Se observaron prdidas de agua con un gasto de 6m3/s y la creacin de sumideros importantes en 4 zonas del embalse (A, B, C y D), localizados sobre fracturas aisladas o formando sistemas con aperturas notables (fig 26). Tales efectos de tubificacin han sido observados en situaciones muy similares en las presas San lldefonso, Huichapan y las Lajas (ref 4).

Evidentemente los esfuerzos de tensin horizontales generados por el embalse propiciaron la apertura de las fracturas profundas y la tubificacin del material de cubierta de las tobas (fig 27).

SIMBOLOGA []]Agua e::!!] Tierra veQttOI [!]: Azolve c::I:J Aluvion [E Toba oronoso [!i[] Tobo litic:a 11111 Zona permeable

~ Boncos de arena ~Sumideros ~ ~~;:!,:e~1a~~7;n ~ Contacto ;eoiQico CZJ Fractura o 500"'

Fig 26 Preso constitucin 1917;plono geolgico del vaso que muestro zonas permeables y fracturas

27 '

... : .......

:;:';t~_;7/:HXP\f/:~_;~;::?_:'Wiir;_~:it:_;_;,\:~}?~J Toba

Fig 27 Tubificacin del azolve limoso

28

S. Conclusiones y recomendaciones

Las fuerzas de filtracin generadas por el flujo de agua en el entorno de un embalse pueden provocar microsismicidad, movimientos en las fallas geolgicas y daos a las estructuras del proyecto.

En los ejemplos mencionados tales movimientos causaron desperfectos menores, la mayora de las veces (El Palmito, La Angostura) pero mayores en algunas ocasiones (Constitucin del 17, Las Lajas, San Ildefonso, Huichapan). Conviene por tanto prestar atencin y sumo cuidado a este problema.

En la mayora de los casos no ser fcil determinar el riesgo, por lo que ser preciso actuar en forma conservadora previendo defensas contra los posibles movimientos mediante el diseo de estructuras flexibles capaces de absorber los movimientos potenciales en caso de no poder modificar la localizacin de estos, o bien desplantadas en lugares no surcados por fallas importantes. En casos extremos, ser preciso incluso abandonar el sitio. Es importante tambin recalcar que al modificar la forma de la red de flujo se puede alterar favorablemente el estado de esfuerzos inducido. Convendr entonces prestar una cuidadosa atencin a la localizacin y direccin en el espacio de las obras de impermeabilizacin y

7. Smith Letal, (1979); "Distribution of heat flow and radioactive heat generation in northem Mexico", Joumal of Geophysical Research, vol 84, mayo

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CONFERENCIA PROFR. RAL J. MARSAL Bases

I. Con objeto de honrar la memoria del Profr. Ral J. Marsal, distinguido investigador y profesional de la ingenieria en Mxico, la Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas ( SMMR) estableci6 en 1993 que cada dos aftos y en ocasin de la respectiva Reunin Nacional, se dicte una conferencia que lleve su nombre, estando a cargo de un destacado ingeniero de la especialidad.

II. La Mesa Directiva de la SMMR, asesorada por el Consejo Consultivo de la misma, analizar el o los temas que pueden resultar del ms alto inters para los especialistas en geotecnia, y con base en ellos, seleccionar el o los candidatos ms id6neos para cumplir tal objetivo. Se invitar al candidato que resulte elegido, con antelacin de por lo menos un afio. En cada caso, la SMMR, de comn acuerdo con el conferencista propuesto, estabalecer los detalles de la presentacin (fecha, idioma, traducci6n, formato de la Conferencia, etc.). La organizaci6n del evento estar a cargo de un Comit Organizador designado por la Mesa Directiva de la SMMR.

III. La Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas publicar oportunamente la Conferencia, editando en ingls o espaftol el nmero suficiente de ejemplares para asegurar la difusin del texto de la misma. El conferencista podr exponer el trabajo en su idioma nativo, siempre que proporcione alguna de la dos versiones antes mencionadas. El autor deber solicitar la autorizaci6n de la SMMR para publicar en su idioma nativo, parte o la totalidad de su conferencia y se obliga a seftalar explicitamente el nombre, lugar y fecha del evento en que fue expuesta aqulla. Para fines de promoci6n y coordinacin de los servicios de traduccin simultnea, ser indispensable que el conferencista envie, en alguno de los dos idiomas adoptados, un resumen amplio del tema a tratar con tres meses de anticipaci6n y entregue el trabajo completo a ms tardar un mes antes de la conferencia.

IV. Las sumas que se recaben por la venta de las publicaciones antes mencionadas se destinarn a cubrir los gastos de la conferencia Profr. Ral J. Marsal. La Sociedad Mexicana de Mecnica de Rocas pagar al conferencista el viaje y hospedaje en Mxico, y una cantidad nominal para solventar los gastos de preparaci6n (traducci6n, mecanografia, dibujo, copias y diapositivas).

BIBLIOTECA

SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE ROCAS, A. C.