Empresas Emp embalces by Juanjo ORDOÑEZ

Ingeniería de presas en Empresas Pú~licas de Medellín

Primera edición

Ingeniería de presas en Empresas Públicas de Medellín Primera edición, diciembre de 2008. ISBN: 978-958-97051-5-5. Editores: Adriana Tobón Noreña Robinson Miranda Gómez Área Hidrometría e Instrumentación EPM Autores: Este libro se hizo gracias al aporte de varios ingenieros que han participado en la planeación, diseño, construcción y operación de las presas de EPM, así: Experiencias en diseño y construcción: Fabio Villegas Gutiérrez Aspectos geológicos: Julio Eduardo Zuluaga Usme Aspectos hidrológicos: Héctor Pizarro Díaz Introducción, Contexto, Seguridad de presas, Características de las presas: Adriana Tobón Noreña y Robinson Miranda GÓmez. Revisión técnica : Gustavo Adolfo Rendón Correa Gustavo Adolfo Tamayo Bedoya Héctor Pizarro Díaz Humberto Antonio Zapata Gallego Ja ime de Jesús Trujillo Delgado Mauricio Correa Giraldo John Jairo Sossa Martínez Gráficos y esquemas: Sonia Helena Aguirre Arredondo Fotografías: Foto Rudolf S.A. Diseño y diagramación: Sergio Ortiz Lopera Impresión: Marquillas S.A. Impreso y hecho en Colombia / Printed and made in Colombia © 2008, EPM . No está permitida su reproducción por ningún

medio impreso, fotostático, electrónico o similar, sin la previa autorización escrita del titular de los derechos reservados. Empresas Públicas de Medellín E.S.P. Gerencia Generación Energía Subgerencia Ambiental Área Hidrometría e Instrumentación Edificio EPM, carrera 58 N° 42 - 125, Medellín, Colombia, Suramérica. Teléfono: (57) (4) 380 80 80 Correo electrónico: epm@epm.com.co w ww.epm.com.co 2

Al personal encargado de las labores de campo en las presas: Jorge EliĂŠcer, JosĂŠ A lirio, Uriel y Luis Gerardo, por su trabajo perseverante, minucioso, atento y silencioso. 3

Pág.

CONTENIDO PRESENTACiÓN

INTRODUCCiÓN

CONTEXTO

2.1

AGUA POTABLE

2.2

ENERGíA ELÉCTRICA

EXPERIENCIAS EN DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN

3.1

GENERALIDADES

3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3

EXPERIENCIAS EN DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA Condiciones particulares Criterios de diseño Criterios empleados en la presa Riogrande 11

14 14 14 16

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4

EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS DE TIERRA Criterio general Fundación Préstamos Colocación de llenos

17 17 17 17 17

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3

EXPERIENCIAS EN EL DISEÑO DE PRESAS DE RCC, CASO PORCE 11 Generalidades Criterios de diseño Diseño de mezclas

18 18 18 19

3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3

EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS DE RCC, CASO PORCE 11 Llenos de prueba Equipos Otras actividades de construcción

20 20 20 20

ASPECTOS GEOLÓGICOS

4.1

MARCO GEOLÓGICO GENERAL

4.2 4.2.1 4.2.2

GEOLOGíA REGIONAL Batolito Antioqueño Rocas metamórficas

22 24 24

4.3 4.3.1 4.3.2

FALLAS GEOLÓGICAS DE IMPORTANCIA REGIONAL Sistema de fallas Palestina Sistema de fallas Cauca-Romeral

26 26 26

5 ®

epl'l)

Ingeniería de presas en EPM

Pág .

4.3.3 4.3.4

Sistema de fallas Noroeste Falla Espíritu Santo

26 27

4.4

ACERCA DEL FUTURO

ASPECTOS HIDROLÓGICOS

5.1 5.1.1 5.1 .2

CUENCA DEL Río NARE Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

28 28 29

5.2 5.2.1 5.2.2

CUENCA DEL Río GUATAPÉ Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

30 30 31

5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4

CUENCA DEL Río GRANDE Régimen pluviométrico en la zona del embalse Quebradona Régimen pluviométrico en la zona del embalse Riogrande 11 Estudios hidrológicos de Quebradona Estudios hidrológicos de Riogrande II

31 31 32 32 33

5.4 5.4.1 5.4.2

CUENCA DEL Río NEGRO Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

34 34 34

5.5 5.5.1 5.5.2

CUENCA DEL Río GUADALUPE Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

35 35 35

5.6 5.6.1 5.6.2

CUENCA DEL Río TENCHE Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

36 36 36

5.7 5.7.1 5.7.2

CUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS Régimen pluviométrico Estudios hidrológicos

37 37 37

5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3 5.8.4

CUENCA DEL Río PORCE Régimen pluviométrico en la zona del embalse Porce 11 Régimen pluviométrico en la zona del embalse Porce 111 Estudios hidrológicos de Porce 11 Estudios hidrológicos de Porce 111

38 38 38 39 40

SEGURIDAD DE PRESAS

SEGURIDAD DE PRESAS DURANTE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Tratamiento de la fundación Instrumentación Llenado del embalse

42 43 43 43

6. 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3

. ~

6 ®

ep,,?

en EPM

Pág.

6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6

SEGURIDAD DE PRESAS DURANTE OPERACIÓN Seguimiento a la instrumentación Inspecciones técnicas Estudios de evaluación y obras de actualización Actividades de mantenimiento Actividades complementarias al programa Seguridad de Presas Proyectos futuros

44 44 45 49 51 52 52

6.3 6.3.1 6.3.2

PLANES DE EMERGENCIA Plan Interno de Emergencias Plan de Acción Durante Emergencias

54 55 58

CARACTERíSTICAS DE LAS PRESAS

7.1

PRESA PIEDRAS BLANCAS

7.2

PRESA QUEBRADONA

7.3

PRESA TRONERAS

7.4

PRESA TENCHE

7.5

PRESA MIRAFLORES

7.6

PRESA LA FE

7.7

PRESA SANTA RITA

7.8

PRESA EL BUEY

107

7.9

PRESA PLAYAS

113

7.10

PRESA RIOGRANDE 11

119

7.11

PRESA PORCE 11

125

7.12

PRESA PORCE 111

131

GLOSARIO DE TERMINOLOGíA DE PRESAS

136

ABREVIATURAS Y UNIDADES

140

REFERENCIAS

142

7 ®

eprYJ

In""''''''''''

en EPM

PRESENTACiÓN Con más de medio siglo a la vanguardia en el desarrollo de centrales hidroeléctricas y plantas para producción de agua potable, EPM se ubica hoy entre los grandes ejecutores de este tipo de obras que, por la magnitud e importancia, sobresalen en el ámbito nacional e internacional. Esta infraestructura, parte fundamental del patrimonio colombiano, ha contribuido notablemente al desarrollo no sólo de Medellín y Antioquia, sino de todo el país. Las corrientes de agua no podrían brindar todo su potencial si no fuera porque el hombre con su ingenio ha ideado las estructuras para el aprovechamiento de este recurso renovable. El desarrollo de la idea inicial de almacenar el agua y disponer de ella mediante la construcción de barreras, las presas, que se interponen a una corriente de agua para embalsarla o desviarla, ha devenido en estructuras cada vez más complejas que muchas veces pasan desapercibidas, y que constituyen por su importancia el objeto de esta publicación. El agua y su aprovechamiento sostenible seguirá siendo un propósito fundamental para EPM; los proyectos hidroeléctricos Porce 111, Porce IV, e Ituango son muestra de ello, y las presas, estructuras ligadas a dichos proyectos, continuarán siendo las grandes protagonistas. Desde luego, estas páginas también son un reconocimiento a la iniciativa, la creatividad y la fortaleza de la ingeniería antioqueña, que junto con entidades internacionales como el Banco Interamericano de Desarrollo - BID, nos han acompañado a lo largo de muchos años y han sido artífices de la mayoría de las obras aquí descritas. Este gigantesco esfuerzo, tiene su mejor recompensa en los beneficios que estas estructuras representan para el abastecimiento energético presente y futuro del país, así como para la provisión de agua potable en el Valle de Aburrá. Además de servir como fuente de consulta, esperamos que este libro despierte en los lectores la curiosidad y el interés por un tema apasionante de la ingeniería, pero a veces desconocido en nuestro medio, como es el de la Ingeniería de Presas.

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-===::) ~ L-

- -

/C\ ---,

Federico Restrepo Posada Gerente General

en EPM

l. INTRODUCCiÓN El desarrollo de un proyecto para generación de

construcción, sirvieron para ir acumulando valiosos

energía hidroeléctrica o abastecimiento de agua,

conocimientos que fueron tenidos en cuenta en

presenta la particularidad de involucrar en su

los nuevos desarrollos, logrando así cada vez más

ejecución prácticamente todas las disciplinas de la

eficiencia en el proceso constructivo y un mejor

ingeniería, exigiendo a la vez un alto rigor técnico

comportamiento de estas estructuras, tanto en la

de todas ellas, propósito que EPM siempre ha

etapa de construcción como durante su operación.

tenido presente. Su trayectoria en el desarrollo de

Dada la importancia de la experiencia obtenida en

este tipo de proyectos, incluyendo por supuesto

el diseño y construcción de las presas de EPM, ésta

las dificultades siempre presentes, le han permitido

se incluye en uno de los capítulos de este libro,

acumular una considerable experiencia en el tema,

gracias al aporte de uno de los principales asesores,

cuya importancia radica en el aporte al desarrollo

involucrado por más de 40 años en el diseño de la

involuc ~adas,

mayoría de las presas de EPM, el ingeniero Fabio

del estado del arte en las disciplinas

entre ellas la relacionada con el diseño, construcción

Vil legas Gutiérrez.

y operación de las presas. Igualmente, teniendo en cuenta que una vez En este libro se ha querido mostrar de una manera

construidas este tipo de estructuras no pueden

sencilla las características técnicas de cada una

abandonarse, sino que por el contrario, durante

de las presas de EPM, que forman los diferentes

toda su vida útil requieren un estricto seguimiento

embalses empleados para generación de energía

a su comportamiento para garantizar un adecuado

y suministro de agua potable, clasificadas.., como

estado de conservación y una operación segura, se

grandes presas de acuerdo con el criterio" de la

incluye un capítulo sobre el programa de Seguridad

Comisión Internacional de Grandes Presas, ICOLD '.

de Presas de EPM, programa en el que ha sido

Se incluye para cada presa una corta descripción de

pionera en Colombia .

sus componentes, su función, las actualizaciones realizadas, los principales aspectos geotécnicos, hidráulicos y sísmicos, así como una fotografía aérea y un esquema en planta y sección para un mejor entendimiento de las características descritas. Por ser la geología y la hidrología los aspectos que más inciden en el diseño de este tipo de estructuras, éstos se tratan con más detalle en capítulos independientes. La

experiencia

desarrollos en

adquirida

desde

los años 50, en

los

primeros

particular la

relacionada con el manejo del material disponible para la construcción de los terraplenes, en el caso de las presas de tierra, ha sido única en el mundo. Las

difíciles

condiciones

encontradas

los

sitios donde se construyeron las primeras presas, con muchos inconvenientes y retrasos en su 1

ICO LD: Internat ional Comi ss ion on Large Dam s (Comi sión Intern acional de Grandes Presas)

2. CONTEXTO EPM

una

empresa

servicios

públicos

2.1

AGUA POTABLE

domiciliarios, fundada en 1955, de naturaleza estatal, organizada actualmente bajo la figura

EPM posee 11 plantas de potabilización de agua,

de Empresa Industrial y Comercial del Estado, de

ubicadas en el Valle de Aburrá, con una capacidad

propiedad exclusiva del municipio de Medellín, que

total de tratamiento de 17,28 m 3/s.

suministra servicios de acueducto, alcantarillado, energía eléctrica y distribución de gas y, por

A continuación se incluye la capacidad de cada una

intermedio de sus filiales de telecomunicaciones,

de las plantas:

los de telefonía fija, larga distancia, televisión por

Tabla 1. Capacidad de las plantas de potabilización de agua

suscripción e internet. En los últimos 10 años, además de invertir en sus propios

negocios,

adquirió

participaciones

Planta de tratamiento

Capacidad (m3/s)

otras empresas prestadoras de servicios públicos

Ayurá

9,20

existentes y creó otras nuevas asociándose con

Manantiales

6,00

capitales públicos y privados, para transformarse así

Villa Hermosa

0,95

en el mayor grupo empresarial de servicios públicos

La Montaña

0,38

San Cristóbal

0,23

Caldas

0,20

EPM presta todos estos servicios al municipio de

La Cascada

0,10

Medellín, capital del departamento de Antioquia,

San Antonio

0,10

y a otros nueve municipios del Valle de Aburrá. A

Barbosa

0,06

partir del año 2007 suministra energía eléctrica a

Aguas Frías

0,03

domiciliarios de Colombia .

100 municipios de Antioquia y uno del Chocó, para

Palmitas

un total de 123 municipios atendidos.

Capacidad total

0,03

17,28

Adicionalmente tiene presencia en otras ciudades

En líneas de aducción de agua cruda posee 77

de Colombia, incluida Bogotá, con los servicios de

km, constituidas por canales, túneles, tuberías

acueducto, energía eléctrica y telecomunicaciones.

de impulsión

Con sus servicios de telecomunicaciones está presente en Estados Unidos y en España; invierte en generación eléctrica en Panamá y participa en ventas de energía eléctrica al Ecuador a través del Sistema Interconectado de Colombia .

y conducciones.

sistema

distribución de agua potable cuenta con 109 tanques de almacenamiento con 453 411 m 3 de capacidad, 79 circuitos de distribución, 276 km de tuberías de conducción, 31 estaciones de bombeo de agua tratada y 3 115 km de redes de distribución secundaria. Con esta infraestructura presta el

EPM pasó de ser una empresa local integrada de servicios públicos, a convertirse en la matriz de un grupo empresarial con el control de 13 compañías y participación accionaria en otras 12, en los sectores de telecomunicaciones, energía, gas yaguas.

servicio a 874 871 suscriptores, que representan una población atendida de tres millones de habitantes aproximadamente. EPM posee además el 89,58% de la empresa EPM Bogotá Aguas, dedicada a la construcción y 11

eprry

Ingeniería de presas en EPM

operación de redes de acueducto y alcantarillado,

de Antioquia, la cual comenzará a operar en el año

así como el 56% de la empresa de Aguas del Oriente

2010 con una capacidad instalada de 660 MW, y la

Antioqueño. Recientemente adquirió también el

central hidroeléctrica Bonyic en Panamá, a través de

control de la empresa Aguas de Urabá.

su filial Hidroecológica del Teribe S.A., con 3 i,3 MW de capacidad instalada.

2.2

ENERGíA ELÉCTRICA Además tiene en etapa de diseño las centrales

EPM posee 27 centrales de generación, 25 de las

hidroeléctricas Porce IV e Ituango, esta última en

cuales son hidroeléctricas, una térmica y una eólica,

calidad deasociado,lascualestendrán una capacidad

con una capacidad efectiva total de 2 597, 6 MW,

instalada de 400 y 2 400 MW respectivamente. A

equivalente al 19,4% de la capacidad total del país.

continuación se indica la capacidad efectiva de cada

Actualmente construye la central hidroeléctrica

una de las centrales en operación, y el esquema de

Porce 111, localizada al nordeste del departamento

la cadena hidráulica :

Tabla 2. Capacidad efectiva de las centrales en operación Capacidad efectiva

Central

(MW) --------~~--------------------

Dolores

4,9 B,3

Troneras

Guadalupe 111

270

Guadalupe IV

202

Tasajera

306

Niquía Riogrande I (Mocorongo)

19 19,3

Porce 11

405

Guatapé

560

Playas

201

Rio Abajo

0,9

Caracolí

2,6

Sonson I

B,5

Sonson 11

Pajarito

La Herradura La Vuelta

19,B 11,B

Támesis

1,2

Ayurá

Piedras Blancas

5 0,6

Nutibara

Manantiales América

0,3

Bello

0,2

Campestre

0,7 2118,1

Total centrales hidráulicas Central eólica Jepírachi

19,5

Central térmica La Sierra

460

Capacidad total

2597,6 12

epl"Y)

¿j'

Río Cauca Río Nechí

a -..

Río Nechí

Río Pajarito Río Dolores

~ ::J a

Río Concepción

eL ...,

:::¡-

Central Porce 11 1 660 MW

Río Tenche

Río Guadalupe

s.. 8' ~

Miraflores

Embalse Troneras Río Grande Embalse Riogrande 11

ái

roro

'D Ol

Central Níquía 19 MW

Río Medellin Planta t1o.

~ Central P.

C'1l

::J

C'1l

1")

g:Q C'1l C'1l

::J

C'1l

..., ~, C'1l

ñi: 1")

Planta de tratamíento

::¡¡::;,

Central Porce II 405 MW

Planta de tratamíento Manantiales Embalse Píedras Blancas

Embalse Embalse

Río Negro Embalse La Fé

CD "'O

•

CONVENC IONES Bocatoma Planta tratamiento de aguas Bombeo

1::

~ (3

Embalse

Central Hidroeléctrica ..,.,... Túnel

(1)

:J en "'O

EXPERIENCIAS EN DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN

3.1

GENERALIDADES

que prácticamente no varían durante el año. La alternativa del secado de los suelos no es fácil

En este capítulo se describen los principales criterios

por las condiciones de humedad atmosférica y la

de diseño y experiencias de construcción en las

limitación del tiempo seco.

presas de tierra y concreto compactado con rodill0 2 (RCC), desarrolladas por EPM. En las presas de tierra

• La roca sana y competente para fundación

se incluyen las experiencias en diseño y construcción

se encuentra

profunda,

lo que dificulta

de Piedras Blancas, Quebradona, Troneras, Miraflores

construcción de presas de concreto y enrocado

y La Fe, consideradas como de primera generación, y

en la mayor parte del territorio.

Santa Rita, El Buey, Playas y Riogrande 11, de segunda generación. En el caso de presas de RCC se incluye

• Los ríos pueden experimentar grandes crecientes durante la mayor parte del año, excepto durante

la de Porce 11.

la estación seca, lo que limita el período para 3.2

desviar el río.

EXPERIENCIAS EN DISEÑO DE PRESAS DETIERRA

• Por último, la región tiene sismicidad moderada, 3.2.1

lo que hace necesario que las presas se diseñen

Condiciones particulares

para resistir sismos de intensidad media a alta, Las presas de tierra se han construido en las regiones

según su localización específica.

central y oriental del departamento de An\j oquia, las cuales presentan una serie de condiciones

Las anteriores condiciones controlan el diseño de las

especiales que las diferencian de las construidas en

presas de tierra, que requieren criterios diferentes

otras regiones del mundo.

a los aplicados en la mayoría de otras regiones del mundo.

Entre estas condiciones pueden enumerarse las siguientes:

3.2.2

• Estas regiones tienen un régimen de precipitación

Criterios de diseño

continuación

describen

los

principales

de moderado a intenso, con solamente un período

criterios de diseño que fueron desarrollados y

relativamente seco, con duración de unos tres

mejorados a medida que se construían presas de

a cuatro meses a principios del año, ya que el

mayor tamaño, iniciando con las presas Piedras

período seco de mediados de año, denominado

Blancas, Quebradona, Troneras, Miraflores y La Fe, y

veranillo, no es tan consistente y normalmente es

posteriormente con las presas Santa Rita Etapas I y 11,

corto.

El Buey, Playas y Riogrande 11.

Los suelos preponderantes en estas regiones son

• Utilización de los suelos provenientes de las

residuales derivados de rocas ígneas del Batolito

excavaciones de otras obras o de préstamos en

Antioqueño, del tipo cuarzodioritas y granodio-

las cercanías de la presa, teniendo en cuenta

ritas, y de rocas metamórficas duras, del tipo

los altos costos de acarrear suelos desde sitios

neises y anfibolitas, con espesores considerables y

lejanos y la dificultad de encontrar suelos de

normalmente con altos contenidos de humedad,

menor humedad natural. Se procura seleccionar

Rolle r Compacted Co ncrete (RCC) ; n ing lés

s en EPM

los suelos de mejor calidad dentro de los perfiles

Normalmente solo se requiere retirar los suelos

de excavación, es decir los suelos menos plásticos

orgánicos y altamente plásticos en los primeros

y húmedos posible.

uno a dos metros.

• Reducción de las excavaciones en la fundación

• Incorporación de suelos más arenosos en las zonas

en cuanto sea posible, hasta encontrar un perfil

exteriores del lleno, normalmente el saprolito, del

de suelo con características geotécnicas similares

horizonte residuallC, de la clasificación de suelos

a las del terraplén, puesto que estas resultan

residuales de Deere y Patton, ya que estas zonas

costosas y retrasan la colocación del lleno.

requieren una mayor resistencia al cortante. Estos suelos son generalmente menos plásticos, más

• Diseño de presas de sección homogénea o con

arenosos y con menor contenido de humedad y

alguna zonificación para incorporar los suelos

por lo tanto permiten obtener densidades más

de mejor calidad en las partes más críticas de la

altas en el lleno, sin que se genere exceso de

presa.

presión de poros.

• Adopción de pendientes relativamente suaves en

• Teniendo en cuenta que es difícil reducir la

los taludes laterales para atender las condiciones

humedad de los suelos y que por lo tanto habrá

de construcción, cuando el lleno está en un estado

generación de altas presiones de poros, se deben

de estabilidad crítica. En efecto, como los suelos

adoptar diseños conservativos de los taludes

normalmente deben colocarse con humedades

para evitar fallas del terraplén. La condición

superiores o similares a la humedad óptima,

de construcción se vuelve la más crítica para

según el ensayo Proctor, es necesario construir el

la estabilidad. Además se debe contemplar la

lleno rápidamente para aprovechar el tiempo seco

colocación de contrapesos en las patas de aguas

disponible, dado que se generan altas presiones

arriba yaguas abajo de la presa para mejorar

de poros que reducen la resistencia al cortante

la estabilidad y facilitar la acomodación de

de los suelos y que se van disipando lentamente

materiales sobrantes.

después de la colocación. • Incorporación de sistemas de filtros y drenes • Implementación de medidas de drenaje para

en el lleno para control de agrietamiento y para

asegurar que la línea freática en el interior del

contribuir con una rápida disipación de presiones

lleno sea controlada, para facilitar la disipación

de poros.

de presiones de poros y para dirigir posibles infiltraciones o afloramientos de agua en la

• Construcción

del

lleno

forma

continua

durante los períodos secos, para un máximo

fundación.

aprovechamiento del limitado tiempo disponible, Los criterios anteriores condicionaron la ejecución

tomando medidas para evitar el incremento de

de diseños típicos con las siguientes características

. la humedad de los préstamos y del terraplén en

principales:

construcción.

• Excavación de la fundación hasta llegar a suelo residual

inalterado,

limo

En el caso de las presas de segunda generación,

preferiblemente

para la época en que se diseñaron, ya se habían

saprolito del tipo de roca totalmente meteorizada,

adquirido nuevos conocim ientos sobre el diseño de

pero que conserva cierta cohesión y mantiene

presas de lleno sometidas a sismos intensos y, por lo

estructuras

heredadas

roca

madre.

tanto, se aplicaron técnicas más actualizadas en su

15 ®

ept'Y)

diseño y construcción. Entre estos criterios se tienen

teóricos. Teniendo en cuenta los resultados de los

los siguientes:

estudios, sediseñaron obras de refuerzo para la presa, que se ejecutaron siguiendo las recomendaciones

• Limpieza más cuidadosa de las fundaciones,

del estudio.

especialmente de los suelos arenosos poco densos, para prevenir la posible licuación de la

Para refinar los diseños de las presas, se aprovecharon

fundación.

la experiencia y los estudios de las presas Punchiná y Jaguas de ISAGEN SA, entidad en la que EPM posee

• Incorporación de materiales más arenosos y de

participación accionaria.

roca en los llenos, para obtener densidades más altas y disminuir la generación de presión de poros. En particular se diseñaron cuñas de enrocado en

3.2.3

Criterios empleados en la presa Riogrande 11

el talud de aguas arriba y en la pata de la presa. Adicionalmente se incorporaron en ambos lados

Esta presa es la más nueva de las presas de tierra de

del terraplén, especialmente en la parte alta,lIenos

EPM, Y sus características recogen los criterios más

de saprolito o roca descompuesta, dada-s sus

actualizados de diseño, algunos de ellos descritos a

condiciones de baja humedad y alta resistencia al

continuación:

cortante. • La fundación está parcialmente sobre roca, • Crestas anchas, especialmente reforzadas en

saprolito o suelo residual de buenas condiciones

cuanto a sus materiales constitutivos y grado

geotécnicas, de la que se retiraron todos los

de compactación, y bordes libres conservativos,

depósitos coluviales, aluviales y descapotes.

...

normalmente de 10m sobre el nivel de la cresta del vertedero, para prevenir fallas de la presa en

• Se seleccionaron los materiales de préstamo de

caso de asentamientos súbitos durante un sismo.

tal forma que los más grueso-granulares, menos plásticos y menos húmedos quedaran localizados

Teniendo en cuenta los criterios anteriores se

en los espaldones exteriores de aguas arriba

decidió revisar el comportamiento de las presas

yaguas abajo. Los materiales más limosos se

de primera generación bajo condiciones de sismo

colocaron en el núcleo de la presa.

intenso, y se diseñaron medidas correctivas por medio de drenes adicionales, contrapesos extensos,

• Se colocó una cuña de saprolito en el espaldón

realce de la presa, entre otras, en particular para las

de aguas arriba de la presa y sobre el anterior un

presas Troneras, Miraflores y La Fe. En el caso de la

lleno de enrocado.

presa Santa Rita, Etapa 11, aunque se diseñó teniendo en cuenta criterios de seguridad para sismo, su

• Se colocaron amplios contrapesos de suelo

construcción fue muy difícil por la alta pluviosidad

compactado en las patas de aguas arriba yaguas

de la zona y no siempre fue posible obtener un grado

abajo, que cubren más o menos eISO% de la altura

de compactación adecuado. Además, una de las

del terraplén, utilizando materiales de menor

presas auxiliares, la Auxiliar 11, debió fundarse sobre

calidad, con taludes exteriores muy conservativos.

materiales de descapote débiles y sin compactación

La idea con estos contrapesos fue dar estabilidad

por la premura para completar la primera etapa de

adicional para prevenir una falla profunda de la

la presa Santa Rita. Estas circunstancias hicieron

presa principal.

necesario que se revisara recientemente el diseño de la presa en condiciones de sismo, con base en

• Se incorporó un extenso sistema de filtros y drenes,

investigaciones de campo adicionales y análisis

que comprende un filtro chimenea de cascajo

eprY)'"

en EPM

y arena limpios de cinco metros de ancho, un

3.3.2

Fundación

colector de drenaje gradado con un núcleo central de cascajo procesado y tubería perforada, por el

Para la fundación debe retirarse toda la capa vegetal,

lecho del río, complementado por otros colectores

capas arcillosas plásticas superficiales, coluviones,

a lo largo de las depresiones en la fundación.

aluviones y otros materiales de baja calidad. Las mayores dificultades se presentan en el lecho del río

• Se colocó una pata de enrocado compactado

por el acceso limitado y las abundantes infiltraciones.

de 18 m de altura en el extremo de aguas abajo

Normalmente esto hace necesario construir filtros

del terraplén, como una medida adicional para

ciegos en el lleno, sobre los que se instalan pozos

garantizar su estabilidad.

de bombeo para mantener controlado el nivel del agua. Posteriormente, cuando la altura del terraplén

• Se adoptó un ancho de cresta de 10m y un borde

es superior a la presión de la infiltración, se sella el pozo de bombeo.

libre normal de 10,5 m. • Durante la construcción y posteriormente en

Cuando se presenten materiales de difícil extracción

operación, se ha llevado a cabo un extenso

como lodos, es necesario desplazarlos con roca

programa de seguimiento al comportamiento de

descompuesta, mezcla que posteriormente se debe

las presiones de poros en el lleno.

compactar cuidadosamente.

3.3

EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCiÓN DE PRESAS DE TIERRA

3.3.3

Préstamos

Como criterio general deben aprovecharse los

3.3.1

préstamos que permitan acceder a materiales de

Criterio general

mejor calidad como saprolito o suelo del horizonte Teniendo

cuenta

régimen

climático

predominante en los sitios de presa, normalmente con una estación seca de tres a cuatro meses a comienzo del año, y un corto veranillo en la mitad del año, no siempre consistente, se debe planear la construcción con gran concentración de equipo para la estación seca, previendo trabajo continuo de día y de noche. La concentración de trabajo en la estación seca,

IC según la clasificación de Deere y Patton, tan pronto como sea posible. No deben descubrirse extensas zonas del préstamo sino las áreas que se vayan a explotar inmediatamente. Debe redirigirse la explotación en el préstamo para aprovechar los suelos de mejor calidad . Además, en los préstamos deben implementarse buenas medidas de control de escorrentía para evitar que se incremente el grado de humedad del suelo.

3.3.4

Colocación de llenos

permite elevar rápidamente el nivel del terraplén, lo que tiende a causar exceso de presión de poros, que debe atenderse con diseños adecuados, tales como taludes conservativos e incorporación de

Con base en la experiencia se incluye a continuación una recopilación de las principales prácticas para construcción de terraplenes:

materiales de mejores características geotécnicas en los espaldones de los llenos, como ya se había

• Dirigir los materiales a las diferentes zonas del

indicado. Por otra parte, es necesario establecer

terraplén para aprovechar los suelos menos

sistemas de medida de presiones de poros durante

plásticos y menos húmedos en los espaldones

la construcción para vigilar continuamente el

exteriores.

comportamiento del lleno. 17

••iit.¡'@¡iW;t.'t.

.ij.I§;t§,t3[.~i#llt.Ir:m,t

Ingeniería de presasenEPM

• Los suelos deben extenderse y compactarse

• Se deben controlar continuamente las presiones

rápidamente, porque en caso de una lluvia fuerte

de poros y las deformaciones del terraplén para

deben descartarse los materiales que no fueron

tomar las medidas que resulten aconsejables

debidamente compactados.

en caso de una situación de falla inminente o deformación excesiva del terraplén.

• La superficie del lleno debe mantenerse con una pendiente que facilite la evacuación rápida de las

3.4

EXPERIENCIAS EN EL DISEÑO DE PRESAS DE RCC, CASO PORCE 11

3.4.1

Generalidades

aguas deescorrentía.Además, en casode una lluvia inminente, debe sellarse con una cilindradora o moto niveladora para prevenir en cuanto sea posible el humedecimiento del material del lleno. Cuando se reinicie la colocación del lleno, puede

La presa Paree II fue la primera presa de RCC de

ser necesario retirar la capa superficial para llegar

magnitud importante construida en Colombia, con

al suelo no perturbado por la lluvia. También

122 m de altura y 1,3 millones de metros cúbicos

puede reiniciarse la construcción utilizando . un

de concreto compactado. La selección de la presa

material de mejores características geotécn-¡cas

en comparación con una de enrocado con cara de

como por ejemplo, roca meteorizada.

concreto, se debió a la dificultad y costo de localizar un vertedero de las características requeridas para

• En caso de presentarse infiltraciones desde la

evacuar una creciente en el sitio de presa de 5 970

fundación, en las márgenes de la presa se debe

m 3/ s, en las condiciones topográficas y geológicas

construir un filtro ciego sobre el cual se instala un

del sitio. Además, resultaba complicada y costosa

pozo de bombeo temporal, tal como se explicó

la construcción del plinto en el estribo derecho.

para la zona del lecho del río.

Es de anotar que el perfil de roca se profundiza notablemente en la margen derecha, debido a la

• Los filtros y drenes deben cubrirse rápidamente

profundidad del suelo residual en la formación del

durante la construcción, para evitar la entrada

Batolito Antioqueño en dicha margen, mientras en

directa de aguas lluvias.

el cauce del río y en la margen izquierda aflora la

como

caso

del

Los filtros expuestos,

dren

chimenea,

deben

formación de cornubianas 3 .

mantenerse a una altura mayor que la del lleno y establecer puntos de cruce definidos para los

Para conectar la presa de RCC con el estribo

equipos de transporte y compactación.

derecho se diseñó un lleno de enrocado con núcleo, que continúa con un lleno de refuerzo de suelo

• Las rutas de transporte de los equipos deben

compactado.

variarse sistemáticamente para que no queden huellas muy profundas en la superficie del lleno.

3.4.2

Criterios de diseño

• En zonas de suelos más húmedos es preferible

El sitio de presa está localizado en una zona

colocar capas delgadas y compactarlas con

de sismicidad moderada, con aceleración pico

equipos livianos, como un tractor equivalente a

horizontal del orden de 0,18 g4, para 1 000 años de

un Caterpillar D5 o similares, o cilindradoras de

período de retorno y 0,23 g para el sismo máximo

cinco toneladas o menos.

creíble. Esta localización y la altura de la presa hicieron que la condición de sismo controlara

• Se deben construir las protecciones definitivas de

el diseño. Con base en un análisis probabilístico

los taludes exteriores tan pronto como sea posible

de varios acelerogramas naturales y sintéticos,

para evitar el deterioro del terraplén.

seleccionados

3 4

Ho rnfels en inglés 1 g = 9,8 1 mi s' = 98 1 ga les

epn:l

para

condiciones

geotectónicas

Ingeniería de presas en EPM

similares a las de la región del proyecto, se efectuaron

resistencia tractiva directa estática y la resistencia

análisis dinámicos de la presa, aplicando modelos

a la compresión . Adicionalmente se investigaron

matemáticos bidimensionales desarrollados en la

los módulos de elasticidad, la relación de Poisson y

Universidad de California, Berkeley, por el Dr. Anil

la cedencia de cada una de las mezclas. Por último

K. Chopra. Se calcularon los esfuerzos tractivos

se investigaron las propiedades de resistencia al

verticales má ximos en el cuerpo de la presa y se

cortante y la impermeabilidad del concreto.

seleccionó el valor que tenía una probabilidad de excedencia del 5%. Este esfuerzo se calculó como

Por otra parte, se llevó a cabo un extenso programa

2,20 MPa para el sismo de diseño de 1 000 años de

de ensayos térmicos, incluyendo el módulo de

período de retorno.

dilatación, el calor específico de los componentes, el calor de hidratación, el coeficiente de difusividad

La magnitud del esfuerzo tractivo vertical y la

y la curva adiabática de temperatura . Los equipos

posibilidad que puedan

de laboratorio fueron

presentarse esfuerzos

similares en varias localizaciones en el interior de la

diseñados y fabricados

directamente por EPM.

presa, condicionaron la selección de un RCC de alto contenido de material cementante.

Una vez seleccionados los materiales cementantes por el contratista de las obras, se llevaron a cabo

Para un RCC que garantice una resistencia tractiva

ensayos de verificación de las propiedades de la

dinámica in-situ (tracción directa) de 2,20 MPa, se

mezcla para efectos del diseño definitivo de la

estimó que el RCC tuviera una resistencia tractiva

presa .

directa estática de por lo menos 1,70 MPa, aplicando una serie de factores de ajuste para tener en cuenta

Adicional a la resistencia a la tracción, se determina-

el efecto de la aplicación rápida de la carga, el

ron otras características de la mezcla como son:

comportamiento no lineal y la anisotropía del RCC y un factor de eficiencia para la adherencia en las

• Contenido de material cementante, seleccionado como 220 kg/m 3 •

juntas horizontales del RCC, con respecto al masivo.

• Relación mínima pasta/mortero de 0,42 para

3.4.3

Diseño de mezclas

alcanzar la densidad especificada . • Máximo contenido de agregado grueso de 0,53 m3

Teniendo en cuenta que la presa era la primera de

por metro cúbico de concreto, para reducir el

su tipo en Colombia, se procedió con un extenso

potencial de segregación .

programa de diseño de mezclas que permitiera

• Densidad in-situ mínima de 2 400 kg/ m 3 y

investigar las características térmicas del RCC,

densidad fresca mínima del 97,5% de la densidad

además de las estructurales. En Colombia la

teórica sin aire.

producción de cementos Tipo II y IV de bajo calor

• Una trabajabilidad equivalente a un tiempo Vebe (cargado) de 12 ± 2 s.

de hidratación era muy limitada en la época en que se diseñó la presa. En consecuencia, se determinó

• Resistencia mínima a la compresión a los 180 días

utilizar una mezcla de cemento Tipo 111, con una

que permitiera obtener la resistencia a la tracción

puzolana natural, en proporción de 60:40. Además

directa especificada de 1,70 MPa.

de la puzolana, se investigaron otras alternativas de adición, como escoria de alto horno finamente

En el curso de los diseños y estudios de laboratorio,

triturada, ceniza de plantas térmicas y arcilla

se determinó que la mezcla debía enfriarse en el

calcinada . A partir de los resultados de diferentes

momento de colocarla a una temperatura entre 14 y

mezclas, se calcularon las relaciones entre la

16°C, para evitar el agrietamiento de la presa.

.#$tI§;t§lt;tt~i§,ttM§,tti'¡¡('],M¡ik;t'];.L.....-____________....;.I--, ng~e--,n....;.ie.;;.;r....;.ía~ de.:.J,;.p.;..; re;.:s..:;a..:. s ..:;e.;..;n..:;E....;.P;.;.. M

Las juntas de contracción se diseñaron en intervalos

de la presa. La mezcla se nivelaba con un tractor

de 35 m aproximadamente, después de un análisis

Caterpillar D 5H en capas de 0,30 m, en bandas de lOa

térmico a corto y largo plazo, para determinar la

15 m de ancho y se compactaba con compactadores

probabilidad de agrietamiento de la masa de RCC.

vibratorios de 10 toneladas.

Para este fin se aplicó un modelo matemático que estima los esfuerzos tractivos generados por la

Para los bordes se vació concreto convencional

disipación del calor dentro de la masa, a corto y

en forma continua, moldeados por un equipo de

largo plazo.

vaciado de sardineles tipo Power Curber 8 700, en alturas de 0,90 m, a velocidad promedia de 25 m/h. El

3.5

EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS DE RCC, CASO PORCE 11

alto contenido de agregados finos y trabajabilidad

Llenos de prueba

centímetro de asentamiento.

concretofuedealta resistencia temprana, 7 MPa a un día, equivalente a un tiempo Vebe de 10 segundos y un

3.5.1

Se estipuló la necesidad de llevar a cabo un lleno de

3.5.3

Otras actividades de construcción

prueba antes de comenzar la colocación masiva de RCC, con el fin de definir el rango de trabajabilidad

En general se trató de colocar la siguiente capa

de la mezcla, optimizar el número de pasadas del

antes que hubieran transcurrido 10 horas de la

cilindro vibratorio, optimizar el tiempo entre capas

anterior, para no efectuar tratamientos costosos en

para definir los tratamientos de la superficie, y otros

las juntas de construcción . En la construcción de la

detalles constructivos.

presa intervinieron dos contratistas, el primero no fue muy exitoso en atender esta recomendación y

3.5.2

Equipos

tuvo excesiva demora en la colocación de las capas, que requirieron tratamientos costosos del tipo

El primer contratista seleccionó un equipo de

junta fría en muchas capas. Por otra parte se dedicó

enfriamiento por aire para los agregados gruesos

más a garantizar la resistencia de la mezcla que su

y por agua para la arena. Hubo dificultades en la

trabajabilidad, medida por el tiempo Vebe. Por una

calibración y operación de este equipo, e idealmente

excesiva reducción del agua, el tiempo Vebe se

habría sido deseable seleccionar un enfriamiento

redujo de un rango definido entre 12 y 13 segundos

por chorros de agua, complementado por la

a 10 segundos, por lo que hubo dificultades en el

introducción de escarcha de hielo en el agua de

proceso de compactación y en la adherencia entre

mezcla.

capas del RCC. Por otra parte, el segundo contratista fue más cuidadoso y mantuvo la trabajabilidad de

El equipo de mezcla de concreto se seleccionó del tipo continuo, al que se le adaptaron sensores para pesada en las bandas de suministro de los componentes. Cada una de las dos plantas tenía una capacidad de 300 m 3/h.

la mezcla en por lo menos 12 segundos; además, la colocación se hizo casi en forma continua, con lo cual se obtuvo una fácil compactación, se mejoró la densidad y sobre todo, se obtuvo una buena adherencia entre capas de RCC, tal como era el principio de diseño.

Para el transporte de la mezcla en la parte inicial de la presa, se utilizó una banda continua de 24 3

pulgadas y camiones de 12 y 15 m de capacidad.

En cualquier caso, se obtuvieron valores de tracción directa de más de 1,70 MPa a los 180 días. Incluso

En la mayor parte de la presa se utilizó un sistema

pudo rebajarse el contenido de material cementante

Rotec, con capacidad de 500 m 3/h, con dispensador

de 220 a 200 kg/m 3, sin que se redujera la resistencia

sobre orugas, que permitía cubrir toda la superficie

por debajo del límite establecido, ni la trabajabilidad

20 ®

epl'Y)

en EPM

de la mezcla. El control de calor en los agregados también fue exitoso y se redujo la temperatura en el momento del mezclado a 16°C. Con base en estudios posteriores se pudo establecer que podían aceptarse temperaturas mayores, de 18 a 20°C, sin necesidad de reducir el espaciamiento de las juntas de contracción de la presa. Las juntas de contracción se cortaron a través de la capa de concreto fresco. Para constru irlas el procedimiento consistió en insertar una lámina de acero galvanizado, de 2,5 m de longitud y 20 cm de altura, con un martillo vibratorio montado en un cargador.

eprYJ .C

en EPM

4. ASPECTOS GEOLOGICOS MARCO GEOLÓGICO GENERAL

4.1

(1973), el Buey (1983) y los más recientes desarrollos de generación hidroeléctrica como Porce 11 (2001) Y

Las condiciones geológicas que caracterizan la parte

Porce 111, actualmente en construcción.

central de la cordillera Central en el departamento de Antioquia fueron determinantes en el diseño,

Relacionado

con

construcción y operación

encuentran

fallas

de las presas para

este

entorno

geológicas

geológico

importancia

suministro de agua y generación de energía durante

regional, tales como el sistema de fallas Palestina

más de 50 años, desde Piedras Blancas en 1952 hasta

cerca de la cuenca del Magdalena, las fallas Nare,

Porce 111, actualmente en construcción.

Bizcocho y Balseadero al oriente, las fallas Miraflores,

La formación geológica más importante es el

Cauca-Romeral y Espíritu Santo al oeste, descritas

denominado

cuerpo

más adelante. En la Figura 2 se aprecia la ubicación

continuo y profundo constituido por rocas ígneas

de las presas antes mencionadas, con su respectiva

tipo granito-granodiorita-cuarzodiorita, de edad

formación geológica.

Monteloro, Tenche y Otú al norte y el sistema de fallas Batolito

Antioqueño,

cretácica, el cual cubre un área cercana a los 10 000

km 2•

Este cuerpo de rocas ígneas bordea los límites de

La sismicidad en la parte central del departamento

San José de la Montaña por el oeste, Yarumal al

de Antioquia se ha catalogado de moderada a

norte, San Carlos al este y el Valle de Aburrá al sur

baja . No obstante, esta provincia sísmica se halla

del departamento de Antioquia.

rodeada por zonas de mayor sismicidad las cuales han sido fuentes de sismos registrados histórica o

Por lo anterior se puede afirmar que sobre los suelos

instrumentalmente, condición tenida en cuenta en

y rocas del Batolito Antioqueño se han desarrollado

el estudio y diseño de las presas en Antioquia.

los proyectos hidroeléctricos en las cuencas de los ríos Guadalupe, Grande, Nare y Guatapé, para los

Es importante destacar la cercanía de la provincia

cuales se han construido las presas de Miraflores

central de Antioquia al nido sísmico de Bucaramanga

(1965), Troneras (1962), Tenche (1962), Quebradona

y al sistema de fallas Palestina por el oriente, a la

(1958), Riogrande 1I (1988), Santa Rita (1969 y

región Chocó-Pacífico por el oeste y a la región de la

1975) Y Playas (1987) de EPM, y Punchiná (1983) de

zona cafetera por el sur relacionada con la depresión

ISAGEN S.A.

del

Cauca,

todas

ellas

consideradas

fuentes

sismogénicas de importancia regional. Como rocas encajantes alrededor del Batolito Antioqueño, se encuentran rocas metamórficas

4.2

GEOLOGíA REGIONAL

más antiguas, tipo esquisto-anfibolita-neis, de edad paleozoica y algunas rocas de contacto entre el

Es de suma importancia conocer la composlclon

cuerpo ígneo y las rocas metamórficas, denominadas

petrográfica y mineralógica de las rocas que

cornubianas o cuarcitas.

conforman las formaciones geológicas sobre las cuales se han emplazado las presas en consideración,

Sobre estas últimas formaciones geológicas se han

así como la naturaleza y clasificación de los suelos

construido las presas para el acueducto del Valle

residuales derivados de la meteorización química

de Aburrá, tales como Piedras Blancas (1952), La Fe

de dichas rocas, para entender de qué manera las

22 ®

eprYJ

en EPM

Figura 2. Geología del departamento de Antioquia5

A Bolívar

Córdoba

Santander

Chocó Boyacá

Risaralda

Caldas

CONVENCIONES Batolito Antioqueño

c=:J CJ Rocas Metamórficas ~

L-J -

Rocas Sedimentarias y Vólcanicas - Fallas Geológicas

Mapa tomado deIINGEOMINAS. La escala no permite desagregar las formaciones.

23 <iJ

ept'YJ

en EPM

condiciones geológicas de cada sitio fueron un

humedad y plasticidad y baja densidad y resistencia.

criterio determinante en la selección del tipo de

En el ensayo de compactación Proctor estándar se

presa .

obtienen valores promedio de 1,45 gr/ cm 3 para la densidad máxima y 28% para la humedad óptima .

Esta

misma

discusión

permite

entender

más se

Por debajo de esta capa generalmente se encuentra

desa rrollaron las presas de tierra en Antioquia,

otra de limos arenosos de color rojizo, clasificados

comprendida entre los años 1950 a 1990, evolucionó

como suelos ML, en los cuales se aprecia la textura

hacia otro tipo de estructuras, tales como presas de

de la roca que les dio origen y presentan mejores

concreto y enrocado.

características

claramente

porqué

época

cual

mecánicas

con

relación

los

anteriores. Según el ensayo de compactación, las densidades máximas fluctúan entre 1,51 y 1,59 gr/ cm 3

Batolito Antioqueño

4.2.1

para humedades óptimas del 23 al 25%. Esta

formación

geológica

está

conformada

por rocas ígneas intrusivas tales como granito,

La tercera capa corresponde a arenas limosas,

granodiorita y cuarzodiorita o tonal ita, según se

suelos clasificados como SM, poco plásticos Y poco

anotó. La característica común de estas rocas es su

cohesivos, con densidades de compactación entre

composición mineralógica, dado que presentan un

1,59 y 1,67 gr/cm 3 para humedades entre el 19 y

alto contenido de feldespatos, en menor proporción

21 %. Esta zonificación vertical sugiere claramente

cuarzo

minerales

ferromagnesianos

como

que los suelos residuales mejoran sus propiedades mecánicas con la profundidad.

hornblenda y biotita. Por efectos de la meteorización qUlm lca debido

Por debajo de esta secuencia de suelos aparece una

a la acción del agua lluvia, el dióxido de carbono

zona de transición a roca, en la cual el suelo se hace

atmosférico y los cambios de temperatura en el

cada vez más duro hasta llegar a la roca dura, sana y

trópico húmedo, dichos minerales se descomponen

sin ninguna evidencia de meteorización. Estas rocas

en la superficie formando gruesas capas de suelos

graníticas ya como macizo rocoso, han sido el mejor

residuales, las cuales pueden alcanzar profundidades

ambiente en el cual se han emplazado los túneles

..,

superiores a 50 m. La meteorización se produce

de los desarrollos hidroeléctricos correspondientes

por la hidratación de los feldespatos, los cuales se

a las presas que nos ocupan .

convierten en limos y arcillas, y por la oxidación de los ferromagnesianos, los cuales aportan los óxidos

Pero lo más importante es saber que los suelos

de hierro y la coloración amarillo rojiza de los suelos

residuales aquí descritos fueron la fuente de

residuales. El cuarzo que prácticamente no se altera

materiales para la construcción de la mayoría de las

químicamente, pasa como tal al final del proceso.

presas de tierra de EPM, desde Quebradona hasta Riogrande 11.

El perfil de meteorización de las rocas del Batolito Antioqueño muestra una diferenciación vertical,

4.2.2

Rocas metamórficas

desde la superficie hacia abajo, de la siguiente manera:

La cordillera Central de Colombia está constituida

En superficie se observa una primera capa de

Antioquia estas rocas son formaciones que rodean el

limos arcillosos de color amarillo, generalmente

Batolito Antioqueño, a las cuales los investigadores

clasificados como suelos tipo MH en el Sistema de

les han asignado diferentes denominaciones.

predominantemente por rocas metamórficas. En

Clasificación Unificado. Se caracterizan por su alta 24 ®

eprYJ

Las formaciones geológicas de este tipo más

Con este tipo de materiales y sobre este tipo de

conocidas y relacionadas con la construcción de las

suelos se construyeron las presas La Fe y El Buey.

presas en consideración corresponden a anfibolitas, neises y esquistos de composición variable y rocas

Esquistos. Hacia el norte del departamento de

de metamorfismo local desarrolladas en el contacto

Antioquia se encuentra un conjunto litológico

del Batolito Antioqueño con sus rocas encajantes.

denominado "Rocas metamórficas de la cordillera Central al oeste de la falla Otú" (Feininger, 1972).

que

En la región del río Porce, pertenecientes a este

aflora en la vertiente oriental del Valle de Aburrá,

conjunto, afloran las unidades esquistos cuarzo

quebrada Santa Elena, y se extiende hasta la cuenca

sericíticos, esquistos cloríticos, esquistos grafitosos

de la quebrada Piedras Blancas. Estas rocas son

y neises aluminícos, entre otras.

Anfibolitas.

una

formación

antigua

notablemente más resistentes a la meteorización y forman las partes más altas de la cordillera en esta

En la zona de influencia del proyecto Porce

región.

111

afloran esquistos de composición variable,

predominantemente grafitos hacia el oeste y básicamente

cuarzo sericíticos hacia el este. Sus componentes

hornblenda y plagioclasa, desarrollando un perfil

mineralógicos principales son cuarzo, sericita, biotita

de meteorización de aproximadamente 30 m,

y grafito, cuyas proporciones varían localmente

composición

considerablemente

mineralógica

menos

profundo

que

desarrollado y ya descrito en el Batolito Antioqueño. No obstante, los suelos residuales derivados de esta roca corresponden a suelos tipo MH y ML con un alto contenido de humedad, generalmente superior a la humedad natural de los suelos del Batolito Antioqueño. Con este tipo de materiales y sobre este tipo de suelos residuales se construyó la presa Piedras Blancas. Neises. Asociado a las anfibolitas en el oriente

cercano se encuentra un cuerpo de neis, roca metamórfica de textura foliada perteneciente al denominadoGrupoAyurá-Montebello(Botero,1963),

de un lugar a otro. Frecuentemente se observan lentes de cuarzo intercalados entre las bandas de foliación, propias de los esquistos. Las propiedades geomecánicas de estas rocas varían sensiblemente con la composición mineralógica, siendo mucho más resistentes los esquistos cuarzo sericíticos que los esquistos grafitosos. El perfil de meteorización de estas rocas es delgado, de unos pocos metros de suelo, comparado con las gruesas capas residuales desarrolladas sobre las rocas graníticas del Batolito Antioqueño. Las anteriores son las condiciones geológicas y geotécnicas sobre las cuales se desarrolla la construcción del proyecto Porce 111, con una presa de enrocado tipo esquistos fundada en los mismos materiales.

el cual se observa en el sector de La Fe y Los Salados y en el camino Envigado-El Retiro por la quebrada La Ayurá .

Cornubianas. Las cornubianas o corneanas son

rocas duras y finogranulares que se desarrollan en la zona de contacto entre el Batolito Antioqueño y

La roca está compuesta de cuarzo, plagioclasa,

sus rocas encajantes, por efectos del metamorfismo

biotita y hornblenda en menor proporción. En

térmico.

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

Son de especial importancia para el tema de

suelos del Batolito Antioqueño.

las presas aquí descritas, las cornubianas que 25

epfYJ'"

en EPM

se encuentran en el borde noreste del Batolito Antioqueño,

vereda

Mango,

4.3.2

Sistema de fallas Cauca-Romeral

jurisdicción

de Amalfi, zona de influencia del complejo

Este sistema tiene una dirección general NS y se

hidroeléctrico Porce 11.

extiende desde la frontera con Ecuador hasta la costa Caribe Colombiana, en una extensión de más de

La ocurrencia de este tipo de rocas, de alta

1 200 km. Toma su nombre porque su traza principal

resistencia y escasa meteorización, en contacto

va a lo largo de la depresión del río Cauca y uno de

con cuarzodioritas profundamente meteorizadas

sus ramales principales cruza la cuchilla de Romeral,

en el sitio de la presa Porce 11, permitió desarrollar

una colina localizada al SW de la ciudad de Medellín.

una estructura mixta, esto es, una presa de concreto

Desde el sur de Cali bordea el flanco occidental de la

compactado con rodillo como cuerpo principal y un

cordillera Central, hasta Ituango. Al norte de Ituango

terraplén de limos compactados sobre la margen

atraviesa la cuchilla del Macho y se dirige a lo largo

derecha, adosado a la presa principal.

de la parte superior del río San Jorge hasta las tierras bajas costaneras.

4.3

FALLAS GEOLÓGICAS DE IMPORTANCIA REGIONAL

Las fallas del sistema Cauca-Romeral han sido muy estudiadas y muestran claras evidencias de actividad

A nivel regional las fallas de la cordillera Central se

tectónica durante el Cuaternario, constituyéndose

pueden agrupar en cuatro grandes sistemas a saber:

en una de las fuentes sismogénicas más importantes

sistema de fallas Palestina, sistema de fallas CaucaRomeral, sistema de fallas Noroeste y falla Espíritu

en esta zona del país. De especial interés ha sido considerada la falla Popayán-Piendamó, la falla Montenegro y la región Armenia-Manizales, en la

Santo.

zona cafetera. 4.3.1

Sistema de fallas Palestina

En Antioquia se han estudiado trazas de falla de

Este sistema es una amplia zona de debilidad con dirección NE, consistente en un conjunto semiparalelo de fallas que se extiende desde el nevado del Ruiz al sur, hasta la estribación oriental de la cordillera en el valle del Magdalena, al oeste de Puerto Berrío. En la parte norte, al norte del río Alicante, la zona de fallas Palestina se divide en la falla de Palestina, principal ramal, la falla de Cimitarra que se interna en el valle del Magdalena, y las fallas Otú y Bagre que se internan en las cuencas aluviales del bajo Cauca y Nechí.

este sistema denominadas Cascajosa, Heliconia, Aurra, Sopetrán, Córdoba y Sabana larga, las cuales poseen expresión geomorfológica pronunciada y evidencias estratigráficas de actividad cuaternaria, especialmente a lo largo de la falla Sabanalarga asociada

proyecto del futuro,

proyecto

hidroeléctrico Ituango. 4.3.3

Sistema de fallas Noroeste

En el flanco oriental de la cordillera Central se presenta un conjunto de fallas paralelas con dirección N20oW, las cuales se localizan al oeste de

Algunos investigadores han reportado actividad

la zona de fallas Palestina, bordeando los límites

sísmica baja y evidencia de actividad tectónica

del Batolito Antioqueño. Este grupo de fallas se

de estas fallas durante el Cuaternario, razón por la

extiende desde el sur de Amalfi hasta el municipio

cual han sido objeto de estudio para los desarrollos

de San Luis, siendo las más importantes: Calderas,

hidroeléctricos y sus respectivas presas en el

Bizcocho, Balseadero, Nare, Monteloro, Miraflores y

departamento de Antioquia.

San Bartolomé. 26

In"Or"Orlln

Las

fallas

en EPM

Bizcocho

Nare

presentan

trazas

rectilíneas, continuas, muy cerca de la presa Santa

el curso del río Espíritu Santo, de donde deriva su nombre.

Rita; la falla Balseadero se localiza aguas abajo de la presa Playas, en contacto de las rocas del Batolito

La falla presenta evidencias de actividad tectónica

con rocas metamórficas; la falla Monteloro se

durante el Cuaternario en varios segmentos de

extiende desde el valle del río Nus hasta el cañón

su traza, por lo que se ha considerado una fuente

del Porce; la falla Miraflores se encuentra sobre la

sismogénica de importancia regional. El grado de

cuenca del río Guadalupe, particularmente sobre

actividad de esta falla se considera de moderado a

el estribo derecho de la presa Miraflores y la falla

bajo.

San Bartolomé controla el cauce de las quebradas La Cancana y Guaduas, localizadas en la zona de

Las anteriores consideraciones y las condiciones

embalse Porce 11, cerca de la presa.

geológicas y geotécnicas locales fueron tenidas en cuenta en el diseño y construcción de las grandes

Los estudios geológicos para estos proyectos, no

presas de EPM en el departamento de Antioquia,

han mostrado hasta el momento evidencias de

procurando los mejores y más razonables factores

perturbación tectónica reciente a lo largo de las

de seguridad y atendiendo los más modernos

fallas del sistema NW, que permitan inferir actividad

estándares y criterios de diseño de cada momento.

sísmica importante asociada a estas zonas de

ACERCA DEL FUTURO

fractura.

4.4

4.3.4

Los proyectos hidroeléctricos que se vislumbran en

Falla Espíritu Santo

un horizonte cercano corresponden a los desarrollos Esta falla es uno de los rasgos estructurales más

de Porce IV e Ituango.

importantes de la cordillera Central, tiene una longitud de 130 km a partir de la falla Sabanalarga,

Si bien, ya Porce 111 representa un gran salto

cerca de Liborina y se extiende hacia el norte en

tecnológico en el diseño y construcción de presas

dirección N25°E hasta la población de Cáceres,

en Antioquia, con una presa de enrocado de 151 m

donde se halla cubierta por sedimentos recientes

de altura, los proyectos Porce IV e Ituango ratifican

de la cuenca baja del río Cauca.

este avance.

La falla Espíritu Santo ha sido considerada por varios

Para ser construidas como su antecesora, en rocas

investigadores como la prolongación septentrional

metamórficas muy antiguas de la cordillera Central,

del sistema Cauca-Romeral. No obstante, en la

la presa Porce IV, de 193 m de altura, y la presa

mayoría de los estudios se trata como una falla

Ituango de 220 m, serán además de una revolución

distinta, debido a la muy marcada diferencia en el

tecnológica, el gran reto futuro en el desarrollo de

rumbo N25°E con respecto a la tendencia regional

las presas en Antioquia.

Norte-Sur de las fallas en la zona del Cauca. La

falla

presenta

muy

marcadas

evidencias

morfotectónicas y geomorfológicas por los largos y continuos alineamientos rectilíneos que deja a su paso. Al sur en el sector de Liborina, controla por un largo tramo el curso de la quebrada Juan García y al norte, cerca de Puerto Valdivia, controla casi todo

en EPM

5. ASPECTOS HIDROLÓGICOS El

departamento

Antioquia

tiene

una

Para definir las crecientes de diseño se han

gran riqueza hídrica que aunada a su abrupta

realizado

topografía, ha permitido aprovechar este potencial

máximos de precipitación y caudal, y para calcular

para

desarrollar

proyectos

hidroeléctricos

análisis

frecuencia

eventos

la precipitación máxima probable se ha empleado

de abastecimiento de agua potable de gran

el método estadístico o de Hershfield, y los

importancia, y a su vez ponerse a la vanguardia en

métodos meteorológicos como el de transposición

el desarrollo de este tipo de infraestructura.

de tormentas y maximización de contenidos de humedad en la atmósfera, así como otros métodos

Conocedores de este potencial hid roeléctrico, un

de regionalización que util izan información de

grupo de ingenieros de la Facultad de Minas de

cuencas vecinas.

la Universidad Nacional de Colombia, comenzó a principios de siglo XX a identificar potenciales si'Í:ios

5.1

CUENCA DEL Río NA RE

5.1.1

Régimen pluviométrico

para la construcción de proyectos hidroeléctricos. Como fruto de esta identificación se construyeron los proyectos operados por EPM e ISAGEN S.A. y otros que se encuentran en etapa de estudio.

La cuenca del río Nare, que abastece el embalse

En este capítulo se describen las principales

encuentra ubicada al oriente del departamento de

características hidrológicas de las cuencas adjuntas

Antioquia, en la zona andina del país, con un área

Peñol- Guatapé, formado por la presa Santa Rita, se

actualmen~

de drenaje hasta el sitio de presa de 1 250 km 2 • Su

operación y construcción, así como los estudios

régimen de precipitación anual es modelado por el

hidrológicos y metodologías empleadas para definir

paso del frente intertropical de convergencia, esto

a los complejos hidroeléctricos

la capacidad hidráulica de los vertederos y el borde

hace que se presenten dos épocas húmedas, o de

libre de las presas correspondientes.

mayor precipitación, la primera cubre los meses de abril y mayo, y la segunda los meses de agosto, desarrollos

septiembre, octubre y noviembre; de diciembre a

hidroeléctricos de EPM iniciaron desde los años

abril es una época de menor precipitación, y junio

50, la confiabilidad de la información hidrológica

y julio son meses intermedios que conforman un

Teniendo

cuenta

que

los

disponible para los estudios y las metodologías

veranillo de mitad de año, que es un período de

empleadas han variado en este periodo. Puede

transición de relativa baja precipitación entre los

decirse,

dos períodos húmedos. La Figura 3 ilustra el régimen

grosso

modo, que

los

estudios

disponibilidad del recurso hídrico se han basado

pluviométrico interanual de la cuenca del río Nare.

en los registros de caudales obtenidos en su propia red hidrometeorológica y en el análisis de

La precipitación promedia anual sobre la cuenca es

los procesos de precipitación escorrentía, para

de 2 363 mm, variando desde las partes altas de la

lo cual se han empleado modelos que permiten

cuenca, en donde ésta alcanza anualmente valores

simular este proceso en las cuencas, tales como los

de 2 000 mm, hasta el sitio de presa en donde llega

desarrollados por el U.s. Corps of Engineers o por el

a valores de 5 600 mm, siendo una de las zonas de

Geological Survey, ambas entidades del gobierno

más alta precipitación en todo el departamento de

de los Estados Unidos.

Antioquia .

eprri'

Figura 3. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Nare. 400 350 _ 300

E J;. 250

e 'o

~ 200

'0. .~

a::

150 100 50 O·

•··1···1 Ene

5.1.2

Feb

Mar

Abr

May

•I 1"1'"• . Jun

Jul

Ago

·········1 .. -...

Sep

Oc!

Nov

Die

Estudios hidrológicos de estaciones ubicadas en la cuenca para varias

Para estos estudios se tuvo en cuenta que la cuenca

duraciones. El valor de la precipitación máxima

del río Nare presenta dos zonas fisiográficas e

probable se obtiene con base en los promedios

hidrológicas diferentes, el valle superior o valle del

y en las desviaciones estándar de las series de

río Negro y el valle inferior.

precipitación . Estos parámetros estadísticos se corrigieron según el número de años de registro y el

Se contó

con

información

estaciones

valor máximo de las series. Para el cálculo se empleó

pluviográficas, dos estaciones pluviométricas y

además el parámetro K, conocido como factor de

cuatro estaciones limnigráficas. Para definir las

frecuencia, calculado empíricamente y cuyo valor

precipitaciones de diseño de 45, 60, 90, 120 Y

en este caso oscila entre 10 Y 15.

180 minutos de duración, se hizo un análisis de excedencias máximas anuales y un análisis de

El segundo, denominado método de maximización

precipitaciones máximas diarias, dado el corto

de la humedad, estima la precipitación máxima

período de registros que se tenía para la fecha del

probable maximizando la humedad disponible

estudio. El primer análisis solo tuvo en cuenta los

en la atmósfera y las relaciones entre la humedad

registros de las estaciones pluviográficas de Las

disponible y

Palmas, Santa Rita y El Peñol, por tener los registros

extremas que hayan ocurrido en la cuenca o

precipitación,

para

tormentas

de precipitación más largos y confiables; con base

en estos se obtuvieron las curvas de distribución

semejantes.

temporal de la precipitación, y con ellas y otras

humedad en la atmósfera se adoptó un punto de

estaciones de la cuenca, se elaboraron las curvas de

rocío de 2rc, correspondiente al máximo registrado

distribución espacial de la precipitación, una para el

hasta la fecha en estaciones climáticas ubicadas

valle superior y otra para el inferior.

al norte de Colombia. Dada la escasa información

cuencas con Para

características

meteorológicas

maximizar

contenido

meteorológica de la región se utilizaron las máximas La

precipitación

estimó

relaciones de humedad-precipitación de un estudio

tradicionalmente

elaborado por Robert A. Clark en Venezuela, quien

empleados para el diseño de la capacidad del

fue asesor en los estudios hidrológicos del proyecto

vertedero y para definir el borde libre de las presas

hidroeléctrico de Guatapé.

aplicando

los

máxima

tres

probable

métodos

de EPM: El primero, llamado estadístico o de Hershfield, está

El tercer método, basado también en principios meteorológicos, se conoce como el de transposición

basado en los registros máximos de precipitación

de tormentas, el cual se utiliza en aquellas zonas 29

en donde es escasa la información meteorológica,

de 10 años. El caudal máximo de la creciente

como era el caso de la zona de la presa de Santa

resultante fue de 885 m 3/s.

Rita. Este método supone que una tormenta máxima estimada en un sitio con buenos registros

La capacidad hidráulica del vertedero y el borde libre

meteorológicos, puede transponerse a otro sitio

de la presa de la segunda etapa se determinaron con

con características meteorológicas similares en el

base en la creciente producida por la precipitación

que no se posea información. Para este estudio en

máxima probable con una duración de 9 horas,

particular se transpuso la tormenta estimada para

aplicada a los tres hidrogramas obtenidos en el

u.s. Corps

estudio hidrográfico de la cuenca, tomando como

of Engineers. El traspaso se hizo teniendo en cuenta

flujo base un caudal de 140 m 3/s. El caudal máximo

las debidas correcciones en cuanto al tamaño de la

de esta creciente a la entrada del embalse fue de

cuenca, altura respecto al nivel del mar y punto de

3372 m 3/ s, el cual una vez transitado por este resulta

rocío.

un caudal en el sitio de presa de 1 066 m 3/s.

Los registros de crecientes obtenidos en la estación

5.2

CUENCA DEL Río GUATAPÉ

5.2.1

Régimen pluviométrico

la cuenca de Madden en Panamá por el

limnigráfica RN-5, Santa Rita, fueron la base para el análisis hidrográfico de la cuenca. Con estos registros y utilizando métodos de regionalización de crecientes se obtuvieron tres hidrogramas unitarios,

El río Guatapé surte el embalse formado por la presa

uno para el valle superior, otro para la quebrada La

Playas, que además recibe el trasvase del caudal

Magdalena, principal afluente del río Nare en el valle

del río Nare a través de las centrales hidroeléctricas

inferior, y otro para las áreas adyacentes al embalse.

de Guatapé y Jaguas. El río Guatapé se encuentra ubicado en

Para el diseño del vertedero de la primera et apa, se estimó

una

creciente

producida

por

una

precipitación de 10 años de período de retorno y

oriente del

departamento de

Antioquia, en cercanías del municipio de San Rafael, y el área de drenaje hasta el sitio de presa es de 296 km 2 •

tres horas de duración, aplicando esta precipitación al hidrograma unitario obtenido para el valle inferior

El paso del frente intertropical de convergencia

del río. Dicha creciente se superpuso a un flujo base

origina en esta zona dos épocas de precipitaciones

obtenido del análisis de frecuencia de caudales

altas, la primera de las cuales ocurre en los meses

promedios máximos diarios, con período de retorno

de abril y mayo, mientras que la segunda abarca los

Figura 4. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Guatapé. 600

-I

500 -

400

'u 300

o.Ec.

'~ 200

100 O

II Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oel

Nov

Die

en EPM

meses de septiembre, octubre y noviembre, siendo octubre el mes más lluvioso, con un promedio interanual de 565 mm. Entre los meses de diciembre y marzo se presenta una estación seca, siendo

Con base en la precipitación máxima probable se obtuvo una creciente a la entrada del embalse de 7 458 m 3/ s, que una vez transitada por éste resulta un caudal en el sitio de presa de 2 800 m 3/ s.

febrero el mes de menor precipitación con un promedio interanual de 162 mm, mientras que junio

5.3

CUENCA DEL Río GRANDE

5.3.1

Régimen pluviométr ico en la zona del

y julio corresponden al veranillo de mitad de año. La precipitación promedia anual en esta cuenca es

embalse Quebradona

de 4 330 mm, siendo más lluviosa la zona alta con una precipitación promedia de 5 790 mm y menos lluviosa la zona baja, en el sitio de presa, con un

La cuenca de la quebrada Quebradona posee un área de drenaje hasta el sitio de presa de 8,4 km 2, y

promedio de 3 350 mm.

se encuentra ubicada al norte del departamento de 5.2.2

Antioquia . El embalse Quebradona recibe las aguas

Estudios hidrológicos

de la quebrada del mismo nombre y los caudales Para los estudios hidrológicos se emplearon los registros de 11 estaciones pluviométricas y dos limnigráficas de EPM y cuatro estaciones de precipitación del HIMAT6.

desviados del río Grande, mediante un sistema compuesto de tubería y canal, con un aporte promedio de 7,9 m 3/ s, registrado a partir de 1992, después de la entrada en operación del complejo hidroeléctrico Riogrande 11.

Las precipitaciones de diseño se estimaron a partir del análisis de tormentas máximas para duraciones de 4, 8 Y 24 horas. Se escogieron estas duraciones debido a que se encontró que las tormentas seleccionadas no excedieron las 10 horas de duración y en contados casos sobrepasaron las cuatro horas. Se hizo un análisis de frecuencia de precipitaciones máximas anuales para las duraciones señaladas en tres estaciones ubicadas en la cuenca o cerca de ella .

La cuenca de la quebrada Quebradona posee un solo período invernal que se extiende desde el mes de abril hasta noviembre, siendo mayo el mes más lluvioso con un promedio interanual de 313 mm; el período seco comprende los meses de diciembre a marzo, siendo enero el mes más seco con un promedio de 58 mm. La precipitación promedia anual es de 2 500 mm.

Figura 5. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca de la quebrada Quebradona 400 350

E 300 ~ 250 e

'u 200 E 'o.. 'u 150 ~

o..

100 50 O Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oel

Nov

Die

HI MAT: Instituto Co lomb iano de Hid ro log ía, Meteo ro logía y Adec uació n de Ti erras (Actualmente deno min ado IDEAM)

eprlJ'"

In,.,,,,r,,,,,r,,.,

5.3.2

en EPM

Régimen pluviométrico en la zona del

la capacidad hidráulica del vertedero y el borde libre

embalse Riogrande 11

de la presa.

En la parte alta de la cuenca del río Grande se

El estudio consistió en estimar la precipitación

encuentra

máxima

embalse formado

por la

presa

probable con

base en

los

registros

Riogrande 11, que recibe las aguas de los ríos Grande

pluviométricos de la estación denominada Bocacero,

y Chico, con un área de drenaje hasta el sitio de

por ser la más cercana a esta cuenca; la precipitación

presa de 1 041 km

se calculó utilizando el método estadístico, aplicado

•

a las precipitaciones máximas anuales registradas El régimen pluviométrico de esta cuenca, también se

entre los años 1960 y 2005 para duraciones de S, 10,

caracteriza por dos períodos secos y dos húmedos.

15,30,60, 120, 180 Y 360 minutos. El valor obtenido

El primer período húmedo comprende los meses de

de precipitación fue de 179,1 mm para una duración

abril y mayo, y el segundo los meses de septiembre,

de 6 horas.

octubre y noviembre, siendo octubre el mes más lluvioso con un promedio de 220 mm. A su vez el

Para distribuir temporalmente la

período más seco se extiende desde diciembre

máxima probable se analizaron varias tormentas

precipitación

hasta abril, siendo enero el mes más seco con un

históricas ocurridas entre los años 1995 y 2005; de

promedio de 56 mm. Los meses de junio, julio y

ellas se seleccionó la distribución de la tormenta

agosto conforman el veranillo de mitad de año.

registrada en septiembre 6 de 2005, que tiene una duración de 5,5 horas, por estar cerca a la

La precipitación promedia en la cuenca es de

envolvente

1 810 mm, siendo más lluviosa la zona alta con precipitaciones de tipo orográfico; en la zona baja las precipitaciones son de tipo convectivo con"' un promedio menor.

convertir la precipitación efectiva en caudal, se

todas

las

distribuciones. Para

empleó el método del hidrograma unitario sintético propuesto por el U. S. Conservation Service, debido a que en la cuenca no se tienen registros directos de crecientes.

Estudios hidrológicos de Quebradona

5.3.3

Conocido el hidrograma unitario de la cuenca y la Debido a que no se encontraron los informes de los

distribución de la precipitación efectiva, se hizo la

estudios hidrológicos de la etapa de diseño, en el

convolución de ésta sobre el hidrograma y se obtuvo

año 2007 se hizo un estudio hidrológico para revisar

la creciente para la precipitación máxima probable.

Figura 6. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Grande. 400 ····· 350

300

É 250 e

'o '0

200 ............................. .

.0.. .~

150

···1·········1··········1··

Ene

Feb

Mar

Abr

May

---

-_..........

,...........

- ...

...

............

. ..

...

............

...........

. ..

Jun

32 ®

ept'Y)

Jul

Ago

Sep

Oel

Nov

Die

en EPM

El caudal base de la creciente se calculó a parti r del

del18 de abril de 1972. Como alternativa se empleó

caudal mensual más alto registrado en la estación

el mismo punto de rocío, pero usando las relaciones

limnigráfica RG-8A, Canaliza, siendo este de 33,9 m / s,

de eficiencia de humedad calculadas por Robert A.

obteniéndose finalmente un caudal máximo de la

Clark en Venezuela. Igualmente se aplicó el método

creciente de 171,6 m / s.

de transposición de tormentas cons iderando la tormenta de Madden. Finalmente se compara ron

5.3.4

los resultados obtenidos con los métodos anteriores,

Estudios hidrológicos de Riogrande 11

con Para

los estudios

hidrológicos se contó

con

información de 14 estaciones pluviográficas, dos

las

precipitaciones

máximas

históricas

registradas en el departamento de Antioquia para varias duraciones.

pluviométricas y tres limnigráficas de EPM, con un promedio de 25 años de registro, y con información

Para la estimación de las crecientes de diseño se

de cinco estaciones climatológicas deIIDEAM7.

aplicaron dos procedimientos, el primero se basó en el análisis de frecuencia de los caudales máximos

Dado que la cuenca está conformada por la unión

instantáneos registrados en la estación RG-8, El

de dos ríos principales, el Grande y el Chico, para

Templete, con 23 años de registro. En el segundo

determinar las precipitaciones de diseño se hizo

método se combinaron las tormentas resultantes

un análisis de probabilidad conjunta de tormentas

del análisis de probabilidad, al hidrograma unitario

intensas en ambas subcuencas con duraciones hasta

obtenido, y con el método de pérdidas seleccionado

de 16 horas, de tal manera que la combinación de las

en los estudios hidrográficos. Dado que al combinar

probabilidades dieran para toda la cuenca tormentas

tormentas resultan varias con períodos de retorno

con períodos de retorno de hasta 500 años.

parecidos, se promediaron los caudales máximos para definir las crecientes de diseño.

Para la distribución espacial de la precipitación se construyeron curvas de área contra porcentaje de

Para crecientes hasta de 25 años de período de

precipitación para tormentas promedias en toda

retorno se seleccionaron los caudales obtenidos

la cuenca con diferentes períodos de retorno para

mediante el análisis de frecuencia de caudales

duraciones de 6, 9,12 Y 16 horas. Para la precipitación

máximos instantáneos y para períodos de retorno

má xima probable se seleccionó la duración de

mayor a 500 años, los obtenidos con el hidrograma

24 horas y se utilizó la curva estimada en la zona

unitario. A todas las crecientes se les asignó un

nordeste de Estados Unidos por el U.5. Weather

caudal base de 41,4 m 3/ s que corresponde al

Bureau, en 1966. La distribución temporal de las

promedio de los caudales medios diarios para los

precipitaciones se dedujo a partir del análisis de las

meses de invierno en la estación RG-8. Los caudales

tormentas máximas registradas en la cuenca con

obtenidos para diferentes períodos de retorno y

duraciones cercanas a 16 horas. Para la precipitación

para la creciente má xima probable se indican a

máxima probable se utilizó la envolvente de todas

continuación:

las tormentas estudiadas.

Tabla 3. Crecientes de diseño de Riogrande 11

precipitación

aplicando

los

máxima

tres

probable

métodos

se estimó

tradicionales,

estadístico, con precipitaciones de 6, 9, 12, 16 Y 24 horas de duración y con valores de K entre 8 y 10, el de maximización de la humedad, empleando un punto de rocío de 25,8°C, correspondiente al máximo persistente durante 12 horas en la tormenta

(años) 25

Caudal (m 3/s) 350

406

100

455

500

585

CMP

3 814

' IDEAM: Inst ituto de Hidrolog ía, Meteorolog ía y Estudi os Ambientales de Colombia (a nteri orm ente ll amado HI MAT)

ept'Y)

La creciente máxima probable una vez transitada

5.4.2

Estudios hidrológicos

por el embalse resulta en un caudal en el sitio de presa de 1 818, 11 m 3 / s.

Para estos estudios se tuvieron en cuenta los datos históricos de dos estaciones pluviométricas y una de caudales, así como otras estaciones de precipitación

CUENCA DEL Río NEGRO

5.4

cercanas a la cuenca. 5.4.1

Régimen pluviométrico Las precipitaciones de diseño se tomaron de las

El embalse La Fe es alimentado con las aguas de las

curvas de intensidad-frecuencia-duración elabo-

quebradas Las Palmas, Potreros, Fizebad y Espíritu

radas para el estudio hidro lógico de la presa

Santo, y por bombeo, con los ríos Pantanillo, Piedras

Santa Rita. La distribución temporal se seleccionó

y El Buey. Las cuencas de las quebradas principales,

del promedio de seis tormentas y la distribución

es decir, Las Palmas y Espíritu Santo, poseen un área

espacial se obtuvo del aná lisis de siete lluvias

de drenaje hasta el sitio de presa de 77,6 km 2 y se

que cubrieron toda la cuenca de la quebrada Las

encuentran ubicadas al oriente del departament<?

Palmas. La precipitación

de Antioquia .

calculó ap licando los tres métodos tradicionales, el

máxima

probable se

estadístico, con valores de K de 8 y 10 para las lluvias de cuatro horas de duración, el de transposición de

Dos épocas húmedas y dos secas caracterizan el

tormentas, considerando la tormenta de Madden, y

régimen de lluvias en esta cuenca . La primera época

el de maximización de la humedad con un punto de

húmeda comprende los meses de abril y mayo

rocío máximo persistente de

la segunda, los meses de septiembre, octubre y

resultados anteriores se obtuvo una precipitación

noviembre. La época más seca se extiende desde diciembre hasta marzo y los meses de junio,

2rc. Con base en los

máxima probable de 216 mm para cuatro horas de

ju ~ o

duración.

y agosto conforman una transición entre los dos períodos húmedos. El mes más lluvioso es octubre con un promedio interanual de 251 mm, y el más seco enero, con un promedio de 68 mm. La

El análisis hidrográfico consistió en calcu lar el hidrograma unitario de la cuenca con base en el hidrograma adimensional obtenido para la presa

precipitación promedia anual es de 2 000 mm.

Santa Rita.

Figura 7. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Negro.

400 350 I

300 250

'o 200 ,El

'o.

'o 150 ~

o..

100 50 O

I Ene

I Feb

I Mar

Abr

May

III Jun

epn;t

Jul

Ago

Sep

Oet

Nov

I Die

en EPM

Para el diseño de la capacidad hidráulica del vertedero

supuso

que

presentaría

5.5.2

Est udios hidrológicos

precipitación máxima probable y a las 24 horas una

Para los estudios hidrológicos se emplearon los

lluvia con un período de retorno de 100 años. De

registros de ocho estaciones pluviométricas y una

esta manera se obtuvo un caudal máximo a la entrada

limnigráfica. Las características de las tormentas

del embalse de 1 595 m3/s, el cual una vez transitado

se determinaron con base en el análisis de las

por este resulta un caudal de 795 m 3/s.

precipitaciones

ocho

crecientes

máximas

registradas entre los años 1967 y 1987, con

Río GUADALUPE

5.5

CUENCA DEL

5.5 .1

Régimen pluviométrico

duraciones variables entre 7 y 13 horas. Del análisis de distribución espacial se concluyó que la precipitación en la cuenca del río Guadalupe

La cuenca del río Guadalupe se encuentra ubicada

tiene una gran influencia orográfica, ya que ésta

en la parte central del departamento de Antioquia,

se intensifica en la zona de montañas y disminuye

en jurisdicción de los municipios de Santa Rosa de

en los valles. Para el cálculo de la precipitación

Osos, Gómez Plata y Carolina del Príncipe, y su área

máxima probable se emplearon los tres métodos

de drenaje hasta el sitio de la presa Troneras es de

tradicionales, el estadístico, con valores de K de

395 km 2 •

8,3, 8,7, 9,3, 9,5 Y 10 para duraciones de 3, 6, 9, 12 horas y un día, el de maximización de la humedad

A diferencia del reglmen pluviométrico de otras cuencas, la del río Guadalupe presenta un solo período húmedo que abarca los meses de abril a octubre, siendo mayo el mes más lluvioso con un promedio interanual de 367 mm. El período seco se extiende de noviembre a marzo, siendo enero el mes más seco con un promedio de 66 mm. Anualmente el promedio de precipitación en esta cuenca es de 2770 mm.

con un punto de rocío máximo persistente de 28°C para 12 horas de duración, y el de transposición de tormentas considerando la tormenta de Madden. Con base en los resultados anteriores se obtuvo una precipitación máxima probable de 325,6 mm para 12 horas de duración. La precipitación máxima probable se distribuyó temporalmente de la misma forma como se distribuyó la tormenta más crítica presentada el11 de junio de 1986.

Figura 8. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Guadalupe.

400 r-----------------------------------------------------------------------~

350

E 300 ~ 250

c: 'o

~ 200 -

-6..

-u 150 ~

100

- 1 --··_···_··········_····_··_···

50 O-

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Ocl

Nov

Dic

Ingeniería de presas en EPM

Con base en el análisis de las ocho crecientes máxi-

con base en una creciente con 100 años de período

mas registradas se simuló el proceso precipitación-

de retorno, criterio que no daba seguridad desde el

escorrentía aplicando el modelo HEC-1 desarrollado

u.s. Army Corps of Engineers; para

punto de vista hidráulico, pués en la época de estos

el cálculo

estudios se disponía de escasa información. Debido

de la precipitación efectiva y para el cálculo del

a lo anterior, en el año 1989 fue necesario actualizar

hidrograma unitario de la cuenca se utilizó el mé-

los estudios hidráulicos basados principalmente

por el

todo del

U.s Bureau of Reclamation.

en los registros de precipitaciones y caudales de estaciones ubicadas en la cuenca del río Guadalupe,

5.6

vecina a la del río Tenche, ya que esta última tenía

CUENCA DEL Río TENCHE

poca instrumentación. 5.6.1

Régimen pluviométrico

La precipitación máxima obtenida a partir del estudio La cuenca del río Tenche se encuentra ubicada al

de actualización fue de 400 mm para 12 horas de

norte del departamento de Antioquia y posee un

duración, la cual se distribuyó temporalmente de la

área de drenaje hasta el sitio de la presa Miraflores

misma forma que la tormenta más crítica del 11 de

de 68,6 km

junio de 1986.

•

Al igual que la cuenca del río Guadalupe, el régimen

Se supuso que luego de presentarse la creciente

pluviométrico del río Tenche que abastece el

generada por la precipitación máxima probable

embalse Miraflores, posee sólo una época húmeda

ocurriría la creciente producida por una precipitación

que comprende los meses de abril a octubre,

de 50 años de período de retorno. Para estimar

siendo mayo el mes más lluvioso con un promedio

esta última se hizo un análisis de frecuencia de

interanual de 348 mm. La época seca va desde

precipitaciones máximas anuales con base en los

noviembre a marzo, siendo enero el mes más seoo

registros de la estación pluviográfica Miraflores, para

con un promedio interanual de 62 mm. Anualmente

una duración de 4,5 horas, tiempo de concentración

se registra en la cuenca un promedio de 2 734 mm

estimado para la cuenca.

de precipitación. Para 5.6.2

calcular la creciente generada

precipitación

Estudios hidrológicos

máxima

probable

por la estimó

inicialmente el hidrograma unitario, a partir de Inicialmente la capacidad hidráulica del vertedero

la máxima creciente registrada en la estación G-8

tipo embud0 de la presa Miraflores se determinó

ubicada sobre el río Guadalupe, empleando para

Figura 9. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Tenche. 400 350 - 300 E ~ 250

e 'o

~ 200

oc. .~

150

100

50 O

Ene 8

Feb

Morning -glory en inglés

I Mor

Abr

May

Jun 36

Jul

Ago

Sep

Oel

Nov

I Die

elloel métodosintético propuesto porel U.s. Bureau

En esta cuenca la precipitación anualmente se

of Reclamation . A este hidrograma se le aplicó la

distribuye en dos períodos húmedos, el primero

precipitación mencionada y la correspondiente a

de ellos ocurre en los meses de abril y mayo y el

un período de retorno de 50 años, obteniendo un

segundo, en los meses de septiembre, octubre y

caudal máximo probable a la entrada del embalse

noviembre, siendo octubre el mes más lluvioso con

de 1 341 m / s.

240 mm; el período más seco comprende los meses

de diciembre a marzo, siendo enero el mes más El estudio recomendó dos alternativas para atender

seco con 55 mm. Entre junio y agosto se presenta el

la condición hidrológica actualizada, realzar la

veranillo de mitad de año. La precipitación promedia

presa o restringir el nivel máximo de operación

anual es de 1 800 mm.

del embalse para tener suficiente capacidad de almacenamiento del volumen de agua generado por

5.7.2

la creciente má xima probable. Finalmente se optó por la segunda alternativa, que estableció un nivel

Como parte de los estudios de evaluación de la presa

máximo de operación restringido en 2 057 m s n m,

desarrollados entre 1992 y 1994 se revisó el aspecto

cinco metros por debajo del nivel de la cresta del vertedero.

hidrológico, considerando la información de tres estaciones de precipitación y una limnigráfica. Las precipitaciones promedias en la cuenca para

CUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS

5.7

Est udios hidrológicos

diferentes períodos de retorno se estimaron con

BLANCAS

base en las precipitaciones máximas anuales de 5.7.1

dos horas de duración. La distribución temporal de

Régimen pluviométrico

las precipitaciones de diseño se obtuvo del análisis

El embalse Piedras Blancas, ubicado al nororiente del municipio de Medellín, en la vereda del mismo nombre, es alimentado por las quebradas Piedras Blancas y Chorrillos, con un área de drenaje hasta el sitio de presa de 28,5 km 2 , y por el bombeo de la quebrada La Honda.

de lluvias máximas de dos horas de duración, seleccionando como distribución una envolvente que se comparó con las curvas propuestas por Huff. La precipitación má xima probable se estimó con el método estadístico utilizando valores de K de 12, 12,9, Y 13,8, obteniendo una precipitación total en la cuenca de 169 mm.

Figura 10. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca la quebrada Piedras Blancas. 400 350

300

-; 250 'o .~ 200 .... '0.

'u 150 ~

c..

100 50

• En e

I Feb

M ar

Ab r

M ay

Jun

Jul

Ago

Sep

Oet

Nov

Di e

Inn,onl/"rln

en EPM

proceso precipitación-

cerca del municipio de Zaragoza . Hasta el sitio de la

escorrentía y el cálculo del hidrograma de la cuenca

presa Porce 11 el área de drenaje es de 3 020 km 2, y

se analizaron 10 crecientes con sus correspondientes

hasta la desembocadura en el río Nechí es de 5 227 km 2 •

Para

simulación

del

precipitaciones. Luego al hidrograma unitario se le aplicaron las precipitaciones de diseño para diferentes períodos de retorno y la precipitación

La precipitación promedia anual sobre esta cuenca

máxima

es de 1 960 mm, distribuida en dos períodos, uno

probable,

obteniendo

los

siguientes

húmedo que comprende los meses de abril a

caudales:

octubre y otro seco que se extiende de noviembre a

Tabla 4 . Crecientes de diseño de Piedras Blancas

Caudal

(años)

marzo, siendo octubre el mes más lluvioso, con una precipitación promedia interanual de 293 mm; el mes más seco es enero, con un promedio interanual

(m /s)

2 5 10 25 50 100

de 58 mm.

65 99 122 154 179 203 602

CMP

5.8.2

Régimen pluviométrico en la zona del embalse Poree 111

La cuenca propia del río Porce entre las presas Porce II y Porce III tiene un área de drenaje de 219,7 km 2; el estudio hidrológico se hizo sólo en este tramo teniendo en cuenta además el resultado de los

5.8

CUENCA DEL Río PORCE

5.8.1

Régimen pluviométrico en la zona del embalse Poree 11

estudios de diseño de las presas Porce 11 yTroneras. Un período húmedo y otro seco caracterizan el

régimen pluviométrico de la cuenca del río Porce entre las presas Troneras, Porce 11 y Porce 111; el

La cuenca del río Porce se ubica en la zona central

período húmedo comprende los meses de abril a

del departamento de Antioquia. El río inicialmente

noviembre, siendo septiembre el mes más lluvioso

llamado río Medellín, nace en el municipio de Caldas

con promedio interanual de 297 mm; el período

a 2 700 msnm y se encuentra con el rio Grande en

seco se extiende de diciembre a marzo, siendo enero

Puente Gabino, sitio a partir del cual se llama río

el más seco con un promedio interanual de 47 mm.

Porce, el cual desemboca en el río Nechí a 50 msnm

La precipitación promedia anual es de 2 450 mm.

Figura 11. Variación mensual interanual de la precipitación en la cuenca del río Paree. 400 350 - 300 E

~ 250 e

~ .15..

200 .

·u 150 ~

100

50 O

I Ene

I Feb

Mar

Abr

May

Jun 38

eprr;l

Jul

I Ago

Sep

Oet

Nov

Die

as en EPM

Figura 12. Variación mensual in teranual de la precipitación en la cuenca del río Paree, entre las presas

Troneras, Paree 11 y Paree 111.

400 350

300

~ 250 e

'u 200 E '0.. 'u 150 Q)

100 50 O Ene

Feb

Mar

Abr

May

Ago

Jul

Jun

Sep

Nov

Oel

Die

Estudios hidrológicos de Poree 11

la confluencia del río Grande con el río Medellín; y

Para estos estudios se utilizaron 62 estaciones

estación PP-2, El Mango, esta última ubicada cerca

pluviométricas con un promedio de 26 años de

del sitio de presa de Paree 11.

5.8.3

la última zona va desde la estación RMS-15 hasta la

registro. Se contó también con los datos de 10 estaciones limnigráficas con un promedio de 17

precipitación

años de reg istros.

utilizando los tres métodos tradicionales, el de transposición

máxima

probable se

tormentas,

estimó

considerando

Las tormentas de diseño se estimaron a partir

tormenta de Madden, con un punto de rocío de 2re;

del estudio detallado de las características de

el de maximización de la humedad, considerando

las precipitaciones intensas en la cuenca, tales

tormentas de la zona andina de Venezuela, Panamá

como magnitud, duración crítica y distribuciones

y Hawai con el mismo punto de rocío, y el método

temporales y espaciales. Con base en el análisis de

estad ístico. Los resultados obtenidos con estos

las tormentas que dieron origen a las crecientes

métodos se compararon con las precipitaciones

máximas, se estimó la duración promedia de las

máximas registradas en la cuenca.

tormentas en 24,6 horas. Con esta duración se calcularon mediante polígonos de Thiessen las

creciente

producida

por

precipitación

precipitaciones promedias diarias sobre la cuenca

máxima

probable se determinó mediante un

desde el año 1950 hasta 1988,Iuego se seleccionaron

análisis

precipitación-escorrentía,

utilizando

las precipitaciones promedias máximas anuales y a

un modelo desarrollado por el U.S. Geological

la serie resultante se le hizo un análisis de frecuencia

Survey, denominado "Presea". La escorrentía se

para calcular, mediante la distribución Gumbel de

calculó mediante el método de Philip y su tránsito

probabilidades, la precipitación promedia asociada

en la cuenca se efectuó con el método de la onda

a diferentes períodos de retorno.

cinemática . Una vez calibrados los parámetros que simulan la infiltración y el contenido de humedad

Con el fin de simular las crecientes en la cuenca del

del suelo y las características físicas de la cuenca,

río Paree, esta se dividió en tres zonas, la primera

se empleó el modelo para calcular las crecientes de

desde el nacimiento del río Medellín hasta la estación

diseño hasta el sitio de la presa Paree 11, teniendo

RMS-13, El Hatillo, ubicada en el municipio de

como entradas las precipitaciones de diseño para

Barbosa; la segunda, desde la estación RMS-13 hasta

diferentes períodos de retorno y la precipitación

la estación RMS-15, Gabino, ubicada aguas abajo de

máxima probable. Se consideró una precipitación 39

eprt)

en EPM

antecedente, en cada zona, igual a la precipitación

Para distribuir temporalmente las tormentas de

promedia de los meses de invierno y una evaporación

diseño se escogió la distribución de la tormenta

correspondiente a la promedia mensual que ocurre

del 6 de septiembre del año 1988, por ser una

durante estos meses. Los resultados del modelo en

envolvente de todas las distribuciones estudiadas.

la primera zona fueron el insumo para la segunda, y

En cuanto a la distribución espacial se seleccionó

los de esta última, para la tercera zona hasta el sitio

la correspondiente a la tormenta ocurrida el 4 de

de presa.

septiembre del año 2000, pues con ésta se obtuvo el mayor cubrimiento en toda el área, y por ser una

Las crecientes generadas en la cuenca del río Grande

envolvente de las demás.

se transitaron a través del embalse Riogrande 11, suponiendo que este se encontraba en el nivel

normal de operación. El caudal base para las

con base en los tres métodos tradicionales, el

precipitación máxima probable se estimó

crecientes en Porce 11 fue de 160 m /s, equivalente

estadístico, para precipitaciones con duraciones

al caudal promedio durante los meses de invierno

de 1,2,3,4,5 Y 6 horas y un día, cuyas magnitudes

de los registros disponibles en la estación PP-2. Los

se calcularon asignando a duraciones menores

caudales estimados para los diferentes períodos de

a 6 horas un valor de K entre 8 y 8,6, Y para la

retorno se indican a continuación:

precipitación diaria se utilizó K igual a 10; el de transposición detormentas, empleando la tormenta

Tabla 5. Caudales de diseño de Poree 11

h (años) 2,33 5 10 25 50 100

de Madden, con un punto de rocío de

~u~1

todas las duraciones, y el de maximización de la

(m /s)

humedad, utilizando las eficiencias estimadas para

360

la zona Andina en Venezuela y para las zonas de

400 470

Panamá y Hawai. Las magnitudes promedias de la .~

600 730 900

500

1400

1 000

1 700

2rc para

precipitación máxima probable fueron de 91, 142, 162 Y 191 mm para las duraciones de 1, 2, 3 Y 4 horas respectivamente. Para

la simulación

del

proceso

precipitación-

escorrentía se empleó el modelo HEC-l analizando inicialmente 29 crecientes con caudales máximos y

La creciente máxima probable una vez transitada

las correspondientes a las estaciones PP-2, El Mango,

por el embalse da como resultado en el sitio de

cerca al sitio de la presa Porce 11, y G-2B, Descarga

presa un caudal de 9 020 m 3/s.

Troneras, ubicada aguas abajo de la descarga de la central Troneras. Teniendo en cuenta la forma

5.8.4

Estudios hidrológicos de Poree 111

de las crecientes, la facilidad de definir su flujo base y la ocurrencia de precipitación en las cuatro

La cuenca del río Porce, entre Porce II y Porce 111,

estaciones registradoras de esta variable, el número

cuenta con una sola estación limnigráfica y cuatro

de crecientes se redujo a ocho.

estaciones pi uviométricas. Para obtener las crecientes de diseño, se dividió la Para estimar las precipitaciones de diseño se hizo un

cuenca en tres subcuencas, la primera de las cuales

análisis de frecuencia de precipitaciones máximas

comprende la subcuenca del río Porce entre la presa

anuales para 3,4,5 Y 6 horas de duración promedia

Porce 11 y la confluencia de este río con el Guadalupe,

en la cuenca propia.

la segunda, entre la presa Troneras y la confluencia

.. del río Guadalupe con el Porce y la tercera desde la confluencia común de ambos ríos hasta el sitio de la presa Porce 111; las áreas respectivas de estas subcuencas son: 30,5, 74,2 Y 115 km 2 • Las crecientes de diseño, para definir la capacidad hidráulica de las diferentes estructuras del proyecto, se estimaron combinando las crecientes generadas en la cuenca en estudio, para diferentes períodos de retorno, con algunas crecientes de diseño de las presas Troneras y Porce 11. A tales crecientes se les sumó un flujo base de 177,9 m 3/s, correspondiente al caudal promedio natural de los meses de invierno registrado en la estación PP-3, Playa Dura. Finalmente se obtuvieron los siguientes caudales para diferentes períodos de retorno:

Tabla 6. Caudales de diseño de Poree 1/, Tr (años)

Caudal 3

(m /s)

925

1 060

1 310

100

1 560

500

2140

CMP

11 700

La creciente máxima probable una vez transitada por el embalse da como resultado en el sitio de presa un caudal de 10 847 m 3/s.

_%.(i¡¡Gtmr:t#j.j@i'~_I....

_________________I:.:..;n2.g..:..en:.:..;i..:..e:.:..;río~d...;.e,.!.;p_re.;..s;...;o..;.s_e_n_E_P.;..M

6. SEGURIDAD DE PRESAS El

identificar, evaluar y corregir deficiencias, conservar

evolucionado de tal forma que cada día son más

diseño

construcción

en estado adecuado las estructuras, y atender

altas

retener

oportunamente situaciones de emergencia . Lo

grandes embalses, generando por lo tanto un factor

anterior contribuye a mantener estas estructuras

de riesgo cada vez mayor. Una serie de fallas de

en excelente estado, a proteger la población, la

presas ocurridas en Europa y Estados Unidos entre

infraestructura y el medio ambiente ubicados aguas

tres y cinco décadas atrás (Malpasset, Francia,1959;

abajo, y adicionalmente a apoyar el diseño y la

Vaiont, Italia, 1963; Baldwin Hills y Teton, USA, 1951

construcción de obras de actualización, cuando sea

Y 1976), motivaron en varios países la organización

del caso, contando así con estructuras que cumplen

y legislación que propiciaría el establecimiento

con los más altos estándares internacionales en

de criterios y normatividad tendientes a lograr un

seguridad.

las estructuras

construidas

las

presas

para

riguroso control del comportamiento de estas obras. _Así nació una nueva disciplina de la ingeniería civil,

6.1

la Seguridad de Presas, que agrupa consideraciones

SEGURIDAD DE PRESAS DURANTE DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN

técnicas para ser aplicadas durante el diseño, la construcción y la operación de las presas, así como

En la etapa de diseño se estudian en detalle tanto las

el manejo de las situaciones de emergencia que

características de los materiales para ser empleados

éstas puedan generar.

como material de construcción de las presas, como los existentes en el sitio de fundación de las mismas,

En EPM, funcionarios y directivos conscientes d~~

aspectos que juegan un papel fundamental en la

riesgo que implica ser propietario de este tipo

selección del tipo de presa y en su comportamiento

de estructuras decidieron en 1985 estructurar

durante operación.

formalmente el programa de Seguridad de Presas, a cargo inicialmente de dos equipos de trabajo,

La etapa de construcción de una presa es una fase

uno encargado de recopilar la información en

crítica para su seguridad; la calidad del trabajo

el campo, y otro de evaluar y analizar dicha

juega un papel fundamental para evitar deficiencias

información. Posteriormente, en 1997, a raíz de un

durante la construcción y después de terminada la

proceso de transformación interna de esta Empresa,

obra, que puedan dar origen a deficiencias mayores

se integraron todas las actividades en un solo

durante la etapa de operación.

equipo de trabajo, adscrito al Área Hidrometría e Instrumentación de la Subgerencia Ambiental, en

En EPM, el Área Planeación Generación y la

la Gerencia Generación Energía, equipo que desde

Subgerencia Desarrollo Proyectos Generación se

entonces es responsable de todas las actividades

encargan de la identificación, diseño y construcción

relacionadas con este programa.

de nuevos proyectos, cuya ejecución e interventoría se hacen directamente o mediante contratos con

Para EPM la Seguridad de Presas es un programa

empresas consultoras y contratistas especializadas

principalmente de prevención, orientado a lograr

una operación segura de este tipo de estructuras.

internacionales.

experimentadas,

tanto

nacionales

como

Para cumplir con este objetivo se desarrollan actividades para conocer permanentemente el

A continuación

estado y comportam iento de las presas, orientadas a

aspectos más importantes desde el punto de vista 42

eprt)

se describen algunos de los

de seguridad, que se deben tener en cuenta en el

de las capas que conforman el lleno. En las presas de

diseño y construcción de una presa.

concreto es especialmente importante el control de la temperatura del cuerpo de la presa .

6.1.1

Tratamiento de la fundación Durante la construcción de una presa deben

La fundación, además de soportar el peso de

tomarse todas las precauciones del caso orientadas

la presa, debe ser lo más impermeable posible

a proteger la instrumentación de posibles daños

ante el paso del agua. Teniendo en cuenta que

causados, por ejemplo, por el paso de la maquinaria

normalmente el material de fundación no es

y la caída de objetos pesados, y para que se cumplan

completamente homogéneo, sino que puede estar

estrictamente las especificaciones en cuanto al tipo

compuesto por varias capas de suelo, diferentes

de instrumento, a las pruebas requeridas y a su

tipos de roca, o por una mezcla de ambos, con

procedimiento de instalación, todo lo cual debe

diferencias en cuanto a resistencia y permeabilidad,

quedar debidamente documentado.

es probable encontrar sectores menos resistentes o más permeables, que pueden requerir tratamientos

6.1.3

Llenado del embalse

especiales tales como inyecciones de consolidación o de impermeabilización, colchones impermeables

Esta etapa es el enlace entre la terminación de la

en el lado aguas arriba, o reemplazo de material

obra y la entrada en operación de la presa; es en

en algunos sectores. Es normal que algunos

este momento cuando realmente se pone a prueba

tratamientos definidos en diseño varíen durante la

la estabilidad de la estructura junto con sus estribos

construcción en función de las características que

y fundación, ante la presión ejercida por el agua

se vayan encontrando a medida que se descubre el

del embalse. Las estadísticas indican que el mayor

material sobre el cual se apoyará la presa.

porcentaje de fallas de presas se presenta en esta etapa. Dependiendo del tamaño del embalse y del

6.1.2

Instrumentación

caudal del río que lo abastece, su llenado puede tardar desde varios días hasta años, por ejemplo,

El objetivo de la instrumentación durante diseño

se destaca la alta velocidad del llenado del embalse

es conocer en detalle la condición inicial del sitio,

Playas, el cual se hizo en solo 14 días, mientras que el

con el fin de evaluar los cambios producidos por

embalse Peñol- Guatapé, solo vino a verter después

la presencia de la presa y del embalse asociado,

de 12 años de operación.

especialmente en la zona de los estribos y la fundación. Aunque durante el diseño se instalan algunos instrumentos, la etapa de construcción de una presa es el período propicio para instalar la mayoría de los instrumentos, que posteriormente se emplearán en el seguimiento al comportamiento de la presa durante operación.

El primer llenado camb ia la condición inicial del sitio y la del cuerpo de la presa, pues al producirse la saturación de estos dos medios se propicia la generación de trayectorias de agua, que de no ser controladas, pueden manifestarse como humedades e infiltraciones no deseadas. En esta etapa lo más importante es hacer una inspección visual

Durante la construcción es muy importante lograr un avance seguro de la obra mediante un control estricto de factores tales como el asentamiento de la fundación y del terraplén y la generación de exceso de presiones de poros, lo cual permite en las presas de tierra controlar la velocidad de colocación

exhaustiva, no solo del talud aguas abajo de la presa, sino de una extensa zona aguas abajo de la misma, especialmente en donde por la configuración del embalse se hayan identificado zonas delgadas que pudieran presentar un comportamiento débil ante las fuerzas de filtración.

as en EPM

SEGURIDAD DE PRESAS DURANTE OPERACiÓN

6.2

Con base en lo anterior, los instrumentos se distribuyen en la presa, estribos y fundación, de tal manera que sean sensibles a las variaciones de

La Seguridad de Presas en la etapa de operación comprende

actividades

orientadas

a conocer

permanentemente el estado y comportamiento de estas estructuras, con

el fin

distintos parámetros, entre los cuales se destacan:

de detectar

Infiltración. Las presas, tanto las de tierra como las de concreto no son completamente impermeables,

cualquier

dado que la presencia del embalse genera flujo

deficiencia que pueda afectar la seguridad de la

de agua a través del cuerpo y de su fundación.

presa, para poder tomar las acciones correctivas del

La infiltración es uno de los indicadores más

caso; adicionalmente comprende las actividades

importantes de la condición de operación de este

relacionadas con el manejo de situaciones de

tipo de estructuras, dado que si esta no se da en

emergencia.

forma controlada, puede favorecer el arrastre

oportunamente

desarrollo

o disolución de partículas de suelo, formando A

continuación

actividades

que

describen

componen

las

principales . vacíos internos que debilitan la resistencia de

programa

de - la presa o de su fundación, fenómeno conocido como tubificación 9 , o igualmente grave, puede

Seguridad de Presas en operación en EPM.

causar la obstrucción del sistema de drenaje,

6.2.1

Seguimiento a la instrumentación

generando aumento de las presiones internas. Las infiltraciones se miden con vertederos de aforo

Es a partir de este momento cuando la instrumenta-

instalados a la salida de los sistemas de drenaje

ción empieza a jugar un papel preponderante

de las presas y generalmente se correlacionan con

en el seguimiento al comportamiento de una

el comportamiento del nivel de embalse y de las

presa. El seguimiento a la instrumentación de la's"

lluvias.

presas comprende tanto la toma de lectura de los instrumentos instalados en dichas estructuras,

Presión de poros. El paso del agua a través del

como el almacenamiento, procesamiento, análisis

cuerpo de la presa o de su fundación genera

e interpretación de la información obtenida. Para

presiones internas denominadas

cada instrumento se establece una frecuencia de

poros o presiones intersticiales, que al igual que

lectura de acuerdo con la criticidad del parámetro o

las infiltraciones deben controlarse para garantizar

variable que se va a controlar.

que no afecten la estabilidad de la estructura, y

Un programa eficiente de instrumentación requiere

crítico para verificar el correcto funcionamiento

un conocimiento de los principios geotécnicos

del sistema de drenaje. En el caso de las presas de

básicos, una estimación de los cambios esperados en

concreto permiten controlar la seguridad de la presa

las variables controladas, un conocimiento a fondo

contra subpresión . Estas presiones se miden con

presiones de

en el caso de las presas de tierra, son un indicador

de los detalles constructivos de la presa, así como de

piezómetros, los cuales pueden ser de diferentes

las características de los instrumentos empleados y

tipos, tales como hidráulicos, eléctricos, neumáticos

de su procedimiento de instalación, mantenimiento

o de tubo abierto y generalmente se correlacionan

y calibración.

con las variaciones del nivel del embalse.

Es también

fundamental

tener

muy claro qué hacer con los datos recolectados y entender que cada instrumento debe responder

Nivel freático. La presencia del embalse causa

a una pregunta técnica específica con relación al

cambios en las condiciones del agua subterránea

comportamiento de la presa .

en las zonas adyacentes a la presa, tales como los estribos yzonas delgadas del embalse. Es importante

Pi pin g en ing lés

eprri'

Ing~niería

de presas en EPM

conocer los cambios presentados con respecto a la

durante operación, y se grafican como series de

condición inicial. Su medición se hace en los pozos

tiempo, de tal manera que puedan consultarse

de observación de nivel freático.

y analizarse fácilmente, individuamente o en conjunto, y correlacionarse con otras variables

Deformación. Se presentan por diversas causas tales

para

como consolidación, sismo, variaciones del nivel del

comportamientos

embalse, baja resistencia de los materiales, exceso

permitan:

identificar

tendencias

largo

fuera

esperado,

plazo

que

de esfuerzos, entre otros, y se manifiestan como desplazamientos horizontales o verticales, tanto en la

• Alertar

superficie como en profundidad. Para detectar estos movimientos se emplean diversos instrumentos,

sobre

problema

potencial. • Ayudar en la evaluación de un problema detec-

tales como inclinómetros, extensómetros, medidores de asentamiento, medidores dejunta y péndulos, así

oportunamente

tado. • Comprobar comportamientos esperados defini-

como levantamientos topográficos convencionales.

dos en diseño. • Evaluar la efectividad de las obras de rehabilitación

Aceleración. Con el fin de verificar si ante un sismo

o actualización.

la presa se comporta como se estimó en el diseño,

• Aportar al estado del conocimiento sobre el diseño

en cuanto a frecuencia de vibración y amplitud de

y comportamiento de este tipo de estructuras.

las ondas generadas por este, es importante medir la aceleración de entrada en la roca y la respuesta

Un programa eficiente de instrumentación debe

al sismo en la presa, mediante la instalación de

servir para detectar si una lectura no esperada en

acelerógrafos en ambos sitios. Dada la magnitud

algún instrumento se debe a una condición de carga

de algunas presas como Santa Rita y Porce 11, éstas

extraordinaria, a un funcionamiento inadecuado de

requieren la instalación de más de un acelerógrafo

la estructura, a un mal funcionamiento del equipo, o

en diferentes zonas.

a un error de lectura, transcripción o procesamiento de los datos. Para lo anterior EPM cuenta con una

Temperatura. En presas de concreto de gran

base de datos que contiene los reg istros y series

volumen, como el caso de Porce 11, durante su

de tiempo de los instrumentos instalados en las

construcción se generan altas temperaturas en el

diferentes presas tal como se muestra en las Figuras

concreto, las cuales si no son controladas como es

13 y 14, correspondientes a algunos registros de

debido, pueden generar grietas que debilitan la

piezómetros hidráulicos de la presa Riogrande 11.

estructura. Es por esto que durante construcción se instalan muchos termómetros que posteriormente

En la Figura 14 se puede apreciar, por ejemplo,

se deben seguir leyendo, dado que el proceso

la respuesta de algunos piezómetros debido a

de enfriamiento puede durar varios años y por lo

la disipación de la presión de poros posterior a

tanto su análisis a largo plazo aporta al estado del

la terminación de la construcción del terraplén,

conocimiento del comportamiento de este material.

el ascenso registrado por efecto del llenado del

El análisis de la variación de temperatura debe incluir

embalse y su comportamiento típico después de

siempre una correlación con las deformaciones

varios años de operación.

medidas en la presa.

6.2.2

Inspecciones técnicas

Los registros obtenidos de los diferentes parámetros anteriormente descritos, muchos de ellos desde las

Comprende la inspección visual de los diferentes

etapas de construcción y llenado del embalse, se

componentes de las presas, con el objeto de detectar

almacenan junto con los que se van obteniendo

deficiencias existentes o potenciales que puedan 45

Figura 13. Registro de lecturas de piezómetros hidráulicos CÓDIGO DEL PIEZÓMETRO INFORMACiÓN GENERAL INFORMACiÓN ESTADIsTICA

A-1 Localización : Cota Boquilla = Terraplén , aguas Constante = arriba Lectura máxima Lectura mínima

2244,86 msnm 2,312 kg/cm 2

4,80 kQ/cm

30-may-91

3,70 kQ/cm

20-ago-92

LECTURA (kg/cm 2 )

FECHA

ENTRADA

CABEZA DE PRESiÓN

SALIDA

(m)

COTA PIEZOMÉTRICA

(msnm)

8-may-2008

4,50

21,88

2266,74

12-jun-2008

4,70

23,88

2268,74

27 -jun-2008

4,65

23,38

2268,24

10-jul-2008

4,70

23,88

2268,74

23,88

2268,74

23,88

2268,74

23,88

2268,74

23,88

2268,74

17-jul-2008

4,70

24-jul-2008

4,70

30-jul-2008

4,70

6-ago-2008

4,70

14-ago-2008

4,65

21 -ago-2008

4,60

27 -ago-2008

4,60

4-sep-2008

4,60

10-sep-2008

4,60

18-sep-2008

4,50

24-sep-2008

4,50

4 ,70 4,70

23,38

2268,24

4,60

22,88

2267,74

22 ,88

2267,74

4,60

22,88

2267,74

' 1'

4,40

22,88

2267,74

21,38

2266,24

21,88

2266 ,74

UMBRAL: Lectura máxima SISTEMA DE ALERTA PARA PRESAS 4,80 MENSAJES DE ALERTA SISTEMA DE ALERTA PARA PRESAS

afectar la estabilidad de las obras. Para mantener un

Inspecciones periódicas. Estas inspecciones tienen

estricto control del estado de las presas se ejecutan

como objeto revisar con un mayor nivel de detalle

tres tipos de inspecciones: rutinarias, periódicas

todos los componentes de las presas para verificar

y de emergencia, cuyo alcance se describe a

el estado de las obras e identificar deficiencias

continuación:

existentes o potenciales. Se hacen siguiendo un procedimiento sistemático establecido, con ayuda

Inspecciones rutinarias. El objeto principal de estas

de unos formatos previamente diseñados con base

inspecciones es leer los instrumentos instalados

en las condiciones particulares de cada estructura, y

en cada presa y simultáneamente revisar el estado

tomando fotografías desde puntos fijos establecidos

global de las obras, inspeccionando los sitios más

para el seguimiento, siempre desde el mismo ángulo,

vulnerables previamente identificados en cada presa.

de las zonas definidas como estratégicas para la

Estas inspecciones se hacen semanalmente y están

estabilidad de la presa. Las deficiencias detectadas

a cargo de tecnólogos capacitados en los temas de

durante los recorridos de inspección se califican

seguridad de presas, geotecnia e instrumentación,

mediante una metodología que asigna valores a la

quienes en caso de detectar alguna deficiencia la

severidad de la deficiencia (D G) y a la urgencia con

reportan inmediatamente, ya sea por teléfono, radio

la que debe corregirse (Du)' con base en los cuales

o correo electrónico, a los ingenieros encargados de

se calcula un factor de vulnerabilidad (VM)' que se

su evaluación.

emplea a su vez en el cálculo del nivel de riesgo de 46

Ingeniería de presas en EPM

Figura 14. Series de tiempo de registros de piezómetros hidráulicos y nivel de embalse. 2272 [ 2270 2268 2266

2264 2262

2260 2258

2256 2254

I I

'ó

2252 2250 2248

2246 2244

2242 2240

2238 2236

2234 t

2232 [

PURGA DE PiEZÓMETROS 1. Junio de 1994 2. Abnl21 a mayo 2 de 1997 3. Abril 27 de 2000

-A2

:2:3 A3

-A6

Nivel embalso

2230

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

72tiO.OO 1250.()()

SECCiÓN POR ABSCISA 500

EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLiN E.S.P.

SUBGERENCIA AMBIENTAL

PRESA RIOGRANDE 11 PIEZÓMETROS HIDRÁULICOS A1 @ A7

ÁREA HIDROMETRiA E INSTRUMENTACION

SECCiÓN A - ABSCISA 500

EQUI PO SEGUR IDAD DE PRESAS

Nivel de embalse & Cota piezométrica vs Tiempo

COTA DE INSTALAC iÓN DE LOS PIEZÓMETROS msnm ~ Códig_o _ A-1 A-2 A-3 A-4 Cota de instalación 2244 ,86 2244,79 2245,00 2244,93 ~g_ o _ A-S A-6 A-7 Cota de instalación

2245,21

2244,9 1

FECHA 21 -ocl-08 FIGURA No.

2244,37

cada presa. Esta metodología, desarrollada por La Companhia energética de Minas Gerais - CEMIGdel Brasil, fue adaptada por EPM a las condiciones

La calificación de la severidad varía de 50 a 0,5

particulares de sus presas. La suma de los productos

dependiendo del grado en que afecte toda o parte

de tales valores corresponde a la Condición ó

de la presa, tal como se muestra en la Tabla 7.

Tabla 7. Calificación de la severidad.

Impacto de la deficiencia Afecta seriamente la seguridad de la presa

Afecta significativamente la seguridad global de la presa

Tiene un impacto menor en la seguridad de la presa

Afecta indirectamente la seguridad de la presa

Afecta el funcionamiento de componentes menores o las condiciones de trabajo del personal

Si empeora, la seguridad se puede afectar

Podría indicar un problema, pero la información disponible

muestra que el problema no afecta la seguridad

0,5

Afecta la conservación del patrimonio de la Empresa 47

Ingeniería de presas en EPM

El valor de la urgencia varía entre 2 y 0,5

En las Tablas 9 y lOse presenta la lista de algunas

dependiendo de la urgencia con que deban

deficiencias que pueden afectar las presas de tierra

emprenderse las acciones remediables, tal como

y de concreto con su respectiva asignación de la

se muestra en la Tabla 8.

calificación de la severidad y urgencia.

Tabla 8 . Ca!if¡cación de la urgencia.

Urgencia de la deficiencia

Requ iere seguimiento periódico

2,0 1,5 1,0

Las acciones pueden iniciarse a largo plazo (más de un año)

0,5

Requiere acción inmediata Las acciones se deben programar para el siguiente ciclo

Tabla 9. Posibles deficiencias en presas de tierra DEFICIENCIA

Severidad

Urgencia

50 20 20 10 20 50 20 5 2 10 20 50 20 2 2 0.5 0.5 20 10

2 2 2 1,5 2 2 2 2 2 1,5 2 2 2 1,5 1,5 2 2 2 1,5

10 2

1,5 1,5

50 10

2 1,5

Presas de tierra

Grietas en la cresta perpendiculares al eje de la presa Grietas en la cresta paralelas al eje de la presa Hundimientos Embombamientos Deslizamientos superficiales Deslizamientos profundos Desplazamiento lateral en la cresta Erosión en cárcavas Erosión en surcos Zonas húmedas Afloramientos Afloramiento con arrastre de material Sedimentos en los vertederos de aforo Deficiencias en cunetas Deficiencias en drenajes subsuperficiales Vegetación inapropiada Presencia de animales Deslizam iento en taludes adyacentes al vertedero Deslizamientos o erosión en zonas aledañas al terraplén Afloramientos con o sin arrastre de material, o zonas húmedas en zonas aledañas al terraplén Deficiencias en galerías de drenaje Cambios anormales de las infiltraciones, presiones, deformaciones y otros Falta o daño en la instrumentación

epNJ

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 10. Posibles deficiencias en presas de concreto DEFICIENCIA

Severiaaa DG

Urgencia Du

20 50 50 20 2 10 50

2 2 2 2 0,5 1,5 2

10 2 5 2 6

1,5 2 1,5 1,5 1,5

Presas de concreto

Apertura excesiva de juntas Escalonamiento en juntas Grietas en los bloques de concreto Deficiencias en el alineamiento de la cresta Deterioro del concreto Deterioro de los sellos de junta Inestabilidad en los estribos Humedades o afloramientos sin arrastre de material en los estribos Vegetación inapropiada Deficiencia en el sistema de ventilación en las galerías Deficiencia en el sistema de iluminación en las galerías Mantenimiento deficiente en las galerías Cambios anormales de infiltraciones, subpresión, deformaciones y otros Deficiencia electromecánica de las compuertas del vertedero o descargas de fondo Las inspecciones periódicas están a cargo de

cargo de ingenieros especialistas en geotecnia,

ingenieros civiles y de un tecnólogo en obras civiles.

pero dependiendo de la gravedad de la situación, se

Se hacen con una frecuencia de dos veces al año y

solicita apoyo del personal de otras dependencias

su resultado se documenta en un informe técnico

con experiencia en el tema, o de asesores externos.

anual del estado general de las presas, el cual incluye entre otros listas de chequeo de cada uno de los

6.2.3

Est udios de evaluación y obras de actualización

componentes revisados, los registros fotográficos, el análisis de algunos registros de instrumentación, la calificación de las deficiencias y las recomendaciones

La ingeniería de presas al igual que otras ramas de la

para atender las deficiencias detectadas. Estos

ingeniería civil evoluciona continuamente, haciendo

informes son el insumo para el siguiente programa

que con el tiempo cambien los criterios de diseño,

anual de mantenimiento de las presas.

construcción y operación de estas estructuras. Entre los criterios que más han evolucionado están los

Inspeccion es de emergencia. Se hacen cuando se

hidráulicos, relacionados con el caudal de diseño

presenta algún evento que amenace la seguridad de

requerido para definir la capacidad del vertedero y

la presa como un sismo, una creciente excepcional, o

el borde lib re; así mismo los criterios sísmicos han

cuando se detecte alguna deficiencia técnica grave

avanzado notoriamente con base en los estudios

como tubificación, afloramiento, agrietamiento,

de amenaza sísmica cada vez más precisos debido

desplazamiento, deslizamiento o una deficiencia

a la mayor disponibilidad de eventos sísmicos

por fallas en la operación de compuertas y descargas

instrumentados y a mejores herramientas para el

de fondo, que cause una subida indeseable del

análisis del comportamiento dinámico. Actualmente

nivel del embalse o por el contrario un desembalse

es necesa rio incluir también aspectos sociales y

rápido. En principio estas inspecciones están a

ambientales no considerados en el pasado. 49

ept'l)

en EPM

Con base en lo anterior EPM tiene establecido

Blancas y Troneras, y se encuentra restringida por

estudiar periódicamente cada una de las presas, con

este motivo la operación del embalse Miraflores.

el objetivo de evaluar el cambio en las características geotécnicas y el comportamiento durante operación

Borde libre. Corresponde a la distancia disponible

para compararlo con el estimado en diseño, así

entre el nivel de la cresta del azud del vertedero y el

como analizar su estabilidad estructural estática y

nivel de la cresta de la presa, con el fin de protegerla

dinámica, y verificar el cumplimiento de los criterios

de un desbordamiento, ya sea por asentamiento

vigentes de diseño. Como resultado de estos estudios

durante un sismo o por la ocurrencia de una creciente

puede requerirse la construcción de algunas obras

excepcional. El borde libre puede incrementarse

de actualización, variar las políticas de operación de

aumentando la altura del terraplén o construyendo

los embalses o instalar instrumentación adicional

un muro en concreto reforzado, denominado muro

para mejorar el seguimiento al comportamiento de

parapeto. Se han construido muros parapetos

la estructura.

en las presas Troneras, Piedras Blancas, El Buey y en la zona de refuerzo Dos de la presa Santa Rita.

Estos

estudios

evaluación

involucran

participación de diversas disciplinas de la ingeniería

Adicionalmente en la presa Troneras se realzó el terraplén.

civil, tales como geotecnia, hidrología, hidráulica y sismología, y es necesario revisar y analizar toda

Estabilidad frente a cargas estáticas. Las presas

la información disponible de diseño, construcción

por efecto del embalse y por su peso propio se ven

y operación, considerando todos los registros

sometidas a cargas estáticas que pueden generar

de instrumentación obtenidos en dichas etapas,

en presas de tierra deslizamientos y erosión interna,

incluyendo los registros hidrológicos obtenidos

tanto en el cuerpo de la presa como en su fundación, y

posterior al diseño, y revisar los criterios de diseño y

en presas de concreto su volcamiento, deslizamiento

construcción de la presa a la luz del estado del arfer

o levantamiento. Algunas de las medidas correctivas

con relación a los aspectos claves que inciden en

consisten en construir obras para la estabilización

su seguridad, algunos de los cuales se describen a

de taludes, control de las fuerzas del flujo del agua

continuación:

a través de la presa y mejora de los sistemas de drenaje, entre otras. Se han construido obras para

Capacidad de evacuación del vertedero. El

control de flujo procedente del embalse en las

sobrevertimiento es considerado la primera causa

presas Miraflores, en la zona de refuerzo Uno de la

de falla en presas de tierra, por su capacidad de

presa Santa Rita y en la presa Piedras Blancas.

generar erosión de la cresta y del talud aguas abajo, pero también porque puede causar daños serios

Estabilidad frente a cargas sísmicas. Las ondas

en presas de concreto. Es por lo tanto uno de los

generadas por un sismo pueden afectar todos los

principales aspectos que debe incluir todo estudio

componentes de la presa incluyendo su fundación,

de evaluación de una presa . Las medidas correctivas

vertedero, estructuras subterráneas y equipos,

en caso de identificar que la capacidad del vertedero

deteriorando seriamente la estabilidad de las presas

de una presa es insuficiente, consisten generalmente

de tierra, al causar deficiencias como deformaciones,

en ampliar dicha capacidad, mediante el realce de

deslizamientos,

los muros del vertedero, o en caso de que esto no

que pueden propiciar el sobrevertimiento o la

sea posible o económicamente viable, restringir

generación de grietas transversales a través de las

el nivel máximo de operación del embalse. Se han

cuales se puede producir erosión por efecto de la

construido obras para la ampliación de la capacidad

filtración. Dependiendo del tipo y de las condiciones

de evacuación de los vertederos en las presas Piedras

de saturación de los materiales de la presa o de su

50 ®

eprYJ

volcamientos

asentamientos

fundación, se puede generar también el fenómeno

diferentes fechas. Todos los estudios de evaluación

de licuación del suelo, consistente en la pérdida

han incluido este tipo de análisis.

momentánea de su resistencia, comportándose como un líquido y causando por lo tanto grandes

Identificación de los modos de falla. Es el análisis

deformaciones en la presa.

final con el que debe concluir todo estudio de evaluación, teniendo como premisa que definir

En las presas de concreto un sismo puede activar

un modo de falla no quiere decir necesariamente

deslizamientos a lo largo de planos débiles en

que ésta vaya a ocurrir. El objetivo fundamental es

la fundación o generar esfuerzos cortantes altos

lograr identificar los aspectos más vulnerables en

en la unión de las capas de concreto, causando

cada presa y los sitios críticos para el desarrollo de

deslizamiento de una parte de la presa; también

una falla potencial, así como el mecanismo de inicio

puede generar esfuerzos de tensión en el cuerpo de

correspondiente a cada tipo de falla identificada.

la presa produciendo agrietamientos.

De esta forma las inspecciones de las presas son más precisas, suministran mejor información del

Las medidas correctivas en estos casos consisten

estado de la estructura y es más fácil definir el

principalmente en colocar contrapesos, mejorar

rango del comportamiento esperado tanto para el

los sistemas de drenaje para facilitar la disipación

seguimiento visual como para el instrumental, así

de los excesos de presión de poros generados

como las acciones a seguir en caso de encontrar

durante el sismo, o consolidar los materiales de la

un comportamiento no esperado. Con una buena

fundación mediante inyecciones de cemento. Se

identificación de los modos de falla se logra un

han construido contrapesos en las presas Troneras

programa de seguridad de presas más eficiente y se

y Santa Rita y se ha mejorado el sistema de drenaje

pueden descubrir deficiencias no detectadas antes,

en las presas Miraflores, Piedras Blancas, Santa Rita

aún después de evaluaciones completas, teniendo

y La Fe.

presente la siguiente consideración: "No se encuentra lo que no se busca':

Análisis de flujo. Las presiones internas causadas por el paso del agua a través de las presas de tierra

Hasta la fecha se han realizado estudios de evalua-

pueden ser tan altas que disminuyan los esfuerzos

ción, al menos una vez desde su entrada en ope-

efectivos y por lo tanto la resistencia al corte del

ración, en las presas Piedras Blancas, Troneras,

suelo. Adicionalmente dependiendo de la cabeza

Miraflores, Santa Rita, La Fe, Playas, El Buey,

de presión y de la geometría de la presa, el flujo del

Quebradona y Riogrande 11. Como resultado de estos

agua también produce altos gradientes a la salida,

estudios se han construido obras de actualización

manifestándose con el fenómeno detubificación que

en las presas Troneras y Miraflores (1992), Piedras

puede llegar a causar la falla de la presa. El análisis de

Blancas (1996), Santa Rita (2005), La Fe (2006) y

flujo permite evaluar la magnitud y distribución de

recientemente en la presa El Buey (2007).

las presiones de poros en todo el terraplén, así como el caudal de infiltración y los gradientes a la salida

6.2.4

Actividades de mantenimiento

del sistema de drenaje, para un nivel de embalse dado. El objeto de dicho análisis es comparar los

Son actividades periódicas cuyo objeto es conservar

caudales, presiones de poros y gradientes teóricos

las

estimados en el diseño, con los valores obtenidos

desarrollo de cualquier deficiencia y para facilitar las

durante la etapa de operación con base en los

inspecciones, entre las cuales se destacan:

presas en

buen estado para

prevenir el

registros de la instrumentación instalada en la presa .

El análisis se hace con los registros correspondientes a condiciones similares de nivel de embalse en

0 Retirodecualquiertipodevegetación inapropiada en taludes, cresta y estribos. 51 ®

ep,,?

;

' . >

Seguridad de presas

Ingeniería de presas en EPM

--------------------------------~--

• Poda periódica de la grama de protección de los

6.2.6

Proyectos futuros

taludes de aguas abajo. • Limpieza y reparación de cunetas. • Mantenimiento de la superficie de la cresta libre de hundimientos, acumulación de agua, etc.

Automatización de la instrumentación geotécnica. Aunque el método de adquisición manual de registros, mediante lectura directa, anotación en

• Sellado inmediato de cualquier grieta.

libreta, y posterior digitalización y almacenamiento

• Limpieza de los sistemas de drenaje.

en una base de datos ha dado buenos resultados

• Control de animales que causan daños, tales como

durante muchos años, no puede desconocerse que

hormigas, topos, ganado, entre otros. • Pintura de las casetas de instrumentación, y de las

un sistema automatizado tiene grandes ventajas, entre las cuales figuran:

partes externas de la instrumentación tales como mojones, limnígrafos, tapas de pozos de nivel

• Obtención remota de datos.

freático y piezómetros, etc.

• Seguimiento detallado con base en una mayor

• Purga periódica de los piezómetros hidráulicos. • Limpieza continua de los tanques de aquieta-

frecuencia de toma de lecturas. • Evaluación oportuna del comportamiento de las

miento de los vertederos de aforo.

presas durante situaciones anormales tales como

• Mantenimiento y cambio de las baterías de las

sismo, cambio abrupto del nivel del embalse,

unidades de lectura.

duración prolongada del nivel de embalse alto,

• Mantenimiento a equipos electromecánicos de

entre otras. Flexibilidad

compuertas y descargas de fondo.

múltiples

opciones

programación de la frecuencia de Actividades complementarias al progra-

6.2.5

ma de Seguridad de Presas

toma de

lecturas. • Oportunidad y confiabilidad de la información para toma de decisiones en situaciones de

Adicional a las actividades descritas en los numerales anteriores, EPM hace otras que también contribuyen

emergencia. • Posibilidad de interconexión de instrumentos

con la seguridad de las presas, entre las cuales se destacan:

geotécnicos con instrumentos sísmicos. • Configuración de

umbrales y alarmas

para

identificación de condiciones anormales. • Instalación y operación de una red de estaciones

• Actualización tecnológica.

hidrometeorológicas que apoya el sistema de alerta para detección de crecientes en los ríos que

Como

abastecen los embalses; red que también registra

disponibilidad del tiempo del personal encargado

los niveles del embalse y las precipitaciones en la

de las lecturas, posibilitando mayor dedicación

cuenca.

a otros aspectos relevantes en el seguimiento al

beneficio

adicional

logra

mayor

• Control de erosión y estabilidad de laderas en las

comportamiento de las presas. Con base en lo

orillas de los embalses y ríos que los abastecen.

anterior, en el año 2007 se estudió la posibilidad

• Sondeo batimétrico periódico de embalses para

de automatizar la instrumentación geotécnica en

determinar zonas de depósito de sedimentos.

las presas de tierra clasificadas como grandes,

• Reforestación de orillas de embalse, ríos y

evaluando beneficios y costos, haciendo énfasis en

cuencas.

aspectos tales como tipo y cantidad de instrumen-

Vigilancia mediante cámaras de seguridad y

tos por automatizar, tipo de sensor, sistema de

personal especializado de algunas presas.

adquisición, almacenamiento y transmisión de

• Retiro de detritos, vegetación hidrófita y material

datos.

flotante de los embalses. 52 ®

eptl)

_ns,¡ilíGmer:(éj,liM'S_

Ingeniería de presas en EPM

Para la selección de los equipos que conformarían

Aunque

este

sistema

operó

adecuadamente

el sistema de automatización se tuvieron en cuenta

durante mucho tiempo, se fue saturando debido a

características tales como resistencia a la intemperie,

la gran cantidad de información, ocupando mucha

humedad y corrosión, confiabilidad a largo plazo,

memoria y volviéndose lento; también presentaba

precisión y resolución, facilidad para la instalación,

deficiencias en cuanto a seguridad.

operación y mantenimiento, y adaptación a los equipos y elementos existentes.

Con base en lo anterior, se decidió estructurar un sistema de información más adecuado a las

Con base en el estudio se concluyó que los

necesidades del programa de seguridad de presas

instrumentos factibles de automatizar en cada presa

y acorde con el desarrollo tecnológico, teniendo en

son los indicados en la Tabla 11.

cuenta los siguientes criterios:

Este proyecto no incluyó las presas Porce II y Porce

• Solidez para asegurar la conservación de la

111, dado que estas fueron diseñadas teniendo en

información.

cuenta la automatización de su instrumentación.

• Seguridad para acceder al sistema. • Simplicidad en su operación y mantenimiento.

La implementación del proyecto de automatización

• Expandible según las nuevas necesidades.

de la instrumentación geotécnica en las presas de

• Integración con otros sistemas de información.

EPM inició en el año 2008 con la presa Riogrande 11.

Auditoría

para

registrar

cambios

información .

Sistema de información para seguridad de

• Interfase con el sistema automático de adquisición

presas. Hasta el año 2008 se empleó una base de

de datos y con software especializado para análisis

datos desarrollada en Excel para almacenar, procesar

ingenieril.

y graficar los registros de la instrumentación; una vez ingresados los registros, automáticamente graficaba

Su diseño se concibió mediante módulos para incluir

las series de tiempo, incluyendo en algunos casos

todas las actividades que componen el programa de

el nivel de embalse o las lluvias y dando alertas

Seguridad de Presas en operación, así:

cuando un registro superaba un umbral establecido. También

servía

para

almacenar

documentos

Módulo de instrumentación.

técnicos y administrativos tales como informes

• Módulo de inspecciones técnicas.

de inspecciones técnicas, estudios de evaluación,

• Módulo de documentación.

planes de emergencia, programa anual de trabajo,

• Módulo de planes de emergencias.

presupuesto, informes de gestión, entre otros.

Tabla 11. Instrumentos incluidos en el proyecto de automatización Presa Santa Rita Playas Riogrande 11 Quebradona Miraflores Troneras Piedras Blancas La Fe

TOTAL

Piezómetro Tubo abierto Hidráulico 19

13 O 5 31 20 27 5

120

33 32 51

Pozo de observación

Medidor de infiltraciones

10 3

O 12

O O

1 3

18 9

2 2

186

eprlJ'"

__1I.!luGrm'€J.¡iM.e ___________________I.;,..n:i!,.ge.:...n....,:i.:...e.....:río.;,.......:d.:...e~p_re.;,..s.....:o.....:s....,:e__n....,:E;,..P____M

El módulo de instrumentación captura, almacena,

construcción y actualización, manuales de operación,

procesa y grafica los registros de los instrumentos

planos y esquemas, etc. Contiene las fichas técnicas

instalados en las presas, obtenidos ya sea en forma

de cada presa, compuesta por los datos generales de

manual o automática. Proporciona filtros y reportes

las obras civiles y de los equipos electromecánicos.

específicos de calidad y cantidad de información,

Proporciona filtros y reportes específicos de la

controlando además el cumplimiento del programa

información.

de mediciones de cada presa. También almacena

documentos relacionados con el tema de seguridad

los

de presas tales como manuales de instrumentación,

instrumentos tales como localización, tipo, fecha de

de inspección y de mantenimiento, literatura técnica,

instalación, constantes, fórmula empleada para el

entre otros.

información

las

características

Adicionalmente

almacena

otros

cálculo de las variables, y la información relacionada con mantenimiento o eventos particulares de cada

El módulo

instrumento, tales como cambio de condiciones

actualiza y muestra

de lectura o método de medición, pérdida del

información relacionada con este tema, facilitando

instrumento o dispositivo, purgas, pintura, etc.

.Ia gestión y atención de una eventual emergencia.

Adicionalmente da alertas cuando ocurren eventos

Presenta visualmente las zonas potencialmente

de planes de emergencias almacena,

interactivamente toda

extraordinarios tales como crecientes excepcionales,

inundables con toda la información asociada,

sismos y grandes lluvias o cuando se supere algún

cadenas de llamadas, población e infraestructura

umbral establecido para ciertos instrumentos que

potencialmente afectada, rutas de evacuación y

puedan tener alguna influencia en el cambio del

sitios de concentración, entre otros.

comportamiento de las estructuras.

6.3

PLANES DE EMERGENCIA

El módulo de inspecciones técnicas registra las deficiencias observadas durante los recorridos dEt

Aunque la probabilidad de falla de alguna de las

inspección de las presas y las califica con base en

presas de EPM es baja, teniendo en cuenta que se

el sistema descrito en el numeral 6.2.2, verificando

cuenta con el programa de Seguridad de Presas

la evolución de la vulnerabilidad de cada presa en

descrito en este capítulo, las consecuencias pueden

el tiempo. También proporciona filtros y reportes

ser catastróficas. Por tal motivo, esta entidad y

específicos de las inspecciones y controla el

las poblaciones que pueden resultar afectadas

cumplimiento

por emergencias de esta naturaleza, deben estar

del

programa

inspecciones

técnicas y de la atención de las deficiencias

preparadas

detectadas. Registra los incidentes ocurridos en las

este tipo de eventos, evitando la pérdida de vidas

presas, incluyendo la fecha y una breve descripción

humanas y reduciendo al mínimo el daño a la

del diagnóstico, causas y acciones a seguir. Así mismo

infraestructura, bienes públicos y privados, y medio

registra información relacionada con la construcción

ambiente.

para

proceder efectivamente ante

de obras preventivas o correctivas tales como filtros, llenos, galerías, entre otras. Por último proporciona

La falla de una presa puede constituirse en una

costos de las acciones definidas para atender las

amenaza tan grave para la población como lo

deficiencias.

es un terremoto, una erupción volcánica o un huracán en otras regiones del planeta. Es por ello

El módulo de documentación almacena toda la

que EPM dispone de un mecanismo de prevención

información técnica relacionada con el diseño,

de uso común en otro tipo de desastres, el Plan

construcción y operación de las presas, tales

de Emergencias para Presas, el cual consiste en

como estudios de evaluación, informes de diseño,

un conjunto de medidas preventivas y de acción

epn;l

en EPM

reunidas en dos documentos, el Plan Interno

Crecientes excepcionales. Es el aumento rápido

de Emergencias, y los Planes de Acción Durante

del nivel del río que abastece el embalse por la

Emergencias.

ocurrencia de tormentas intensas en la cuenca aportante. Como consecuencia de una creciente

6.3.1

Plan Interno de Emergencias

excepcional, el embalse puede alcanzar niveles tan altos que genere el paso del agua por encima de la

El Plan Interno de Emergencias (PIDE) tiene por

presa, es decir sobrevertimiento, causando graves

objeto identificar las situaciones o fenómenos que

daños a la estructura, y en el caso de presas de tierra,

amenazan las presas y definir las acciones que

su destrucción por erosión.

deben ejecutar los funcionarios de EPM en caso de detectar alguno de ellos, de forma que se minimice

En el PIDE se identifican las siguientes situa-

la probabilidad de falla y sus daños asociados.

ciones, para estar alerta ante la amenaza de sobrevertimiento:

Situaciones o fenómenos que amenazan las presas

• Período de ve rtimiento del embalse mayor a 15 días.

Sismos. Un sismo es una liberación súbita de energía

• Superación del nivel máximo del embalse o del

acumulada en la corteza terrestre, que se propaga

nivel má ximo de operación en el caso de los

en forma de ondas provocando el movimiento de

embalses restringidos.

la presa. Un sismo puede generar en una presa de

• Superación de la tasa de ascenso máxima diaria

tierra diversas deficiencias, entre las que se destacan

del embalse cuando éste se encuentre en el

licuación, pérdida de borde libre, deslizamientos,

promedio histórico de operación .

grietas y asentamientos, entre otras; en una presa desplazamientos

Deficiencias est ructurales. Criterios de diseño

permanentes, levantamiento, grietas, rotura de

inadecuados, procedimientos constructivos defi-

los sellos de junta, daños en las compuertas, entre

cientes, fatiga y baja calidad de los materiales, así

otros.

como un mantenimiento deficiente, pueden ser la

concreto

puede

generar

causa de defectos o zonas débiles en la presa que en De acuerdo con las recomendaciones del ICOLD,

determinadas condiciones amenazan su seguridad.

estas estructuras pueden sufri r daños si un sismo

En presas de tierra las deficiencias estructurales

se presenta con las siguientes características de

magnitud (M) y distancia entre la presa y el epicentro

las infiltraciones, tubificación, afloramientos de

del sismo (R):

agua, áreas saturadas o húmedas, ebullición de

manifiestan

como

cambios

anormales

arenas, deslizamientos, cárcavas, surcos, grietas y

km M>5 y R<50 km M>6 y R<80 km M>7yR< 125 km M>8 y R<200 km

hundimientos, entre otras. En presas de concreto,

• M>4 y R<25 • • • •

se manifiestan como fugas y filtraciones, aumento de la subpresión, grietas, deterioro del concreto y desplazamiento de las juntas, entre otras. El PIDE establece una alerta cuando:

El PIDE incluye un sistema de información para ubicar

epicentro

del

sismo

determinar

• Se presentealguna de las deficiencias estructurales

preliminarmente si un sismo con las características

descritas anteriormente.

descritas anteriormente puede afectar la seguridad

de alguna presa de EPM.

previamente establecidas para los registros de 55

superen

lecturas

má ximas

mínimas

_#4.!i!iGrmE€J.ji4i."___________________I....n~g....en....i....e_río.;......;..d_e-Lp_re_s_o_s_e_n_E_P_M

instrumentos como piezómetros o pozos de

Humanitario, el conflicto social del país hace

observación instalados en zonas estratégicas para

que estas estructuras sean vulnerables ante tal

la evaluación del comportamiento de la presa, o

situación. El potencial de daño y destrucción de un

en los vertederos de aforo de infiltraciones a la

explosivo depende defactores como el tipo y tamaño

salida del sistema principal de drenaje.

de la carga, el sitio donde se coloque y el elemento empleado como vehículo. Una carga explosiva

Deficiencias de operación. No se deben descartar

puede generar deficiencias como averías en los

errores en la operación de compuertas y otros

componentes eléctricos, hidráulicos o mecánicos,

elementos de la presa, ya que éstos pueden producir

desplome de las estructuras de concreto, huecos,

una apertura incontrolada que ocasione el vaciado

deslizamientos, entre otros.

del embalse, o un cierre incontrolado que produzca aumento rápido del nivel del embalse y posterior

Acciones

ante

situaciones

fenómenos

sobrevertimiento.

amenazantes

El vaciado rápido del embalse incide negativamente

Las acciones definidas en el PIDE en caso de

en la seguridad de las presas de tierra, ya que si la

detectar una situación o fenómeno que amenace la

velocidad de descenso del embalse es mayor que la

seguridad de alguna presa, se indican en el siguiente

velocidad de disipación de las presiones de poros en

esquema.

el suelo, se produce disminución de su resistencia al corte, y puede causar deslizamientos tanto en el

terraplén de la presa como en los taludes adyacentes

correspondientes a cada una de las acciones, y los

al embalse.

funcionarios responsables de ejecutarlas:

Los

datos

nivel

del

embalse

continuación

describen

las

actividades

obtenidos " Detección.Conestaacciónseaseguraqueunevento

diariamente a través de la red hidrometereológica

amenazantesea rápidamenteevaluadoycontrolado.

son la base para establecer una alerta ante la

La persona, ya sea funcionario, contratista o persona

ocurrencia de este tipo de situaciones.

externa a EPM, que detecta un evento se denomina Iniciador de la Emergencia, quien tiene a cargo las

Acciones terroristas.

Aunque

las

presas son

siguientes actividades:

estructuras protegidas por el Derecho Internacional

Manejo de crisis Evaluación corporativa Evaluación técnica Notificación Detección

• Notifica inmediatamente el evento al Centro de

• Notifican al equipo designado para la evaluación

corporativa .

Notificación de Emergencias.

• Diligencia y envía el formato Notificación de

Evaluación corporativa. Con

Eventos en Presas.

• Permanece en contacto y espera instrucciones.

esta

acción

determina si el evento presentado puede generar crisis en EPM y si se requiere la participación de los

Periódicamente EPM capacita a las personas que

altos niveles gerenciales para la toma de decisiones,

pueden actuar como Iniciadores de la Emergencia

es decir, del Equipo de Manejo de Crisis. Esta acción

en temas como componentes de las presas, zonas

está a cargo del gerente del negocio afectado,

más vulnerables, terminología empleada, eventos

Generación Energía ó Metropolitana Aguas, y de los

amenazantes, deficiencias y procedimientos para la

subgerentes de Operación Generación u Operación

notificación de emergencias, entre otros, con el fin

Mantenimiento Aguas y del Subgerente Amb iental.

de lograr una mayor eficiencia en la detección.

Las actividades a cargo de estas personas son las siguientes:

Notificación.

Para

notificar

los

eventos

EPM

dispone de un sitio atendido las 24 horas del día,

• Determinan las peores condiciones probables

denominado Centro de Notificación de Emergencias,

que puedan resultar del evento, anal izan las

el cual funciona en la Sala de Seguridad de su sede

implicaciones para

principal. La recepción de la notificación está a cargo

acciones a seguir.

del funcionario de turno del Centro de Notificación

las

• Aprueban el presupuesto requerido para mitigar

de Emergencias, quien tiene a cargo las siguientes

actividades:

EPM y recomiendan

el evento. • Destinan los recursos' humanos y físicos para atender la emergencia.

• Recibe

notificación

del

Iniciador de

• Notifican, en caso de ser necesario, al Equipo de

Emergencia.

Manejo de Crisis.

• Solicita el diligenciamiento y envío del formato

Manejo de crisis. Con esta acción se establecen y

Notificación de Eventos en Presas.

• Traslada

notificación

los

funcionarios

analizan las consecuencias financieras, políticas,

encargados de la evaluación técnica del evento.

sociales, legales o comerciales del rompimiento

Evaluación técnica. Con esta acción se determina

conformado por los siguientes funcionarios: el

si un evento realmente amenaza la seguridad

Gerente General, los Directores de Energía y Aguas,

de una presa y si se requiere la participación de

el Secretario General, el Director de Finanzas

expertos en el tema de seguridad de presas. Esta

Institucionales, el Director de Servicios Institu-

acción está a cargo del jefe del Área Hidrometría

cionales, el jefe de la unidad de comunicaciones y

e Instrumentación, de los ingenieros del Equipo

el Director de Responsabilidad Empresarial y Medio

Gestión Geotécnica y del jefe de la dependencia

Ambiente. Las principales actividades a cargo de

encargada de la presa afectada . Las actividades a

este equipo de trabajo son las siguientes:

de una presa. El Equipo de Manejo de Crisis está

cargo de estas personas son las siguientes: • Determina y analiza las consecuencias para EPM. • Determinan si el evento compromete la seguridad

• Diseña

de la presa.

implementa

acciones

alternativas

para recuperar a EPM de las consecuencias del rompimiento de la presa.

• Recomiendan las acciones a seguir. • Seleccionan y contratan los asesores requeridos.

• Atiende e informa a los medios de comunicación . • Acciona el PADE, en caso de que el rompimiento 57

. . . iij.liliGBSPij')&1'¡O_

Ingeniería de presas en EPM

de una presa sea altamente probable o inminente,

Miraflores y Troneras, pertenecientes a la Gerencia

avisando a los alcaldes de los municipios ame-

Generación Energía .

nazados y al director del DAPARD'o. Una particularidad de los PADE es que fueron

6.3.2

Plan de Acción Durante Emergencias

desarrollados mediante convenios con entidades especializadas en emergencias como el DAPARD, la

EPM ha previsto que las poblaciones amenazadas

Defensa Civil Colombiana y la Cruz Roja Colombiana.

por una inundación ocasionada por un eventual

Así mismo, fueron elaborados y validados con

rompimiento de una presa, dispongan de un

los

conjunto de medidas preventivas y de acción,

organismos de socorro locales, líderes comuni-

CLOPAD" ,

administraciones

municipales,

descritas en los documentos denominados Planes de

tarios, y con la población en general.

Acción Durante Emergencias (PADE). Dichos planes, diseñados, implementados y puestos en práctica

Cada documento del PADE cuenta con la siguiente

para las presas clasificadas en riesgo alto y medio,

información:

contienen las acciones a cargo de la población, con

concentración, sistema de alerta y alarma, recursos

rutas

evacuación,

SitiOS

el fin de ponerse a salvo, mitigando o evitando las -disponibles para la atención de la emergencia, cadena consecuencias producidas por la falla de una presa . de llamadas, responsabilidades de las entidades y En resumen, el PADE es un plan formal escrito que identifica los procedimientos y acciones que la población ubicada aguas abajo de una presa debe seguir durante la declaración de una emergencia.

personas involucradas, censo de personas, viviendas e infraestructura potencialmente afectada, entre otras.

El desarrollo de los PADE comprende:

Se pretende que con el tiempo estos planes sean incorporados a la vida diaria, pasando a formar parte· ~ · Convocatoria inicial, para presentar el PADE y su alcance y establecer los contactos directos dela rutinade la población amenazada,detal manera entre el equipo técnico y los distintos actores que cuando un evento de este tipo pueda afectar a sociales de cada región. También en esta fase la población, las acciones que deban implementarse se efectúa un trabajo de campo con sistema de para enfrentarlo no sean desconocidas. Además geoposicionamiento global (GPS) para localizar de contar con el documento escrito, las acciones la llanura de inundación y las viviendas e correspondientes se han ejercitado con simulacros, infraestructura en riesgo. de manera que cuando ocurra un evento, todas las • Entrenamiento a la comunidad, para presentar personas involucradas conozcan el rol que deben los resultados del trabajo de campo, validar la jugar. información recolectada y convenir las rutas de evacuación, sitios de concentración y el sistema Por tratarse de una guía de procedimientos y acciones que dependen fundamentalmente de las

de alerta yalarma. • Implementación, para presentar el resultado

características de la presa, de su localización, de las

final del PADE a toda la comunidad involucrada,

características geomorfológicas de la zona aguas

haciendo énfasis en aspectos concertados como:

abajo y de la localización de los sitios poblados,

rutas de evacuación, sitios de concentración,

entre otros, el PADE es específico para cada presa.

cadenas de llamadas, sistemas de alerta y alarma, entre otros. Así mismo, entregar plegables con

Actualmente

PADE

la información anteriormente descrita, efectuar

implementados en las zonas aguas abajo de las

simulacros, instalar vallas y señalar tanto las rutas

presas Santa Rita, Playas, Riogrande 11, Quebradona,

de evacuación como los sitios de concentración.

10 11

EPM

dispone

los

DAPARD: Departa mento Ad mini strati vo del Sistema de Prevenc ión, Atención y Recuperación de Desastres - Gobernación de Antioquia. CLOPAD: Co mi tés Loca les de Prevención y Atención de Desast res

eprlJ

en EPM

A continuación se presentan dos aspectos relevantes de los PADE como son el aviso de la emergencia y los mapas de inundación.

Aviso de la emergencia. En caso de que EPM determine que el rompimiento de una de sus presas es altamente probable o inminente, el PADE es activado avisando inmediatamente a los alcaldes de los municipios que pueden verse afectados y al director del DAPARD. Los organismos de socorro, medios de comunicación y demás entidades involucradas en la emergencia, son notificados por el DAPARD, de acuerdo con la información suministrada por EPM.

Mapas de inundación. Los mapas de inundación contienen la información del área afectada en caso de presentarse el rompimiento de la presa, el nivel que alcanza el agua y el tiempo que tarda en llegar la creciente producida por la inundación a determinados sitios críticos. Estos mapas son un componente fundamental para la elaboración de los PADE. Los mapas de inundación se obtuvieron empleando modelos matemáticos físicamente basados, como el BREACH, para simular el rompimiento de la presa, como el FLDWAV, para transitar la creciente generada por el rompimiento, ambos desarrollados por el National Weather Service (NWS) de los Estados Unidos. Estos se definieron considerando diferentes hipótesis de rompimiento y de descargas máximas, bien sea a través de los vertederos o de las descargas de fondo, dando como resultado áreas de inundación diferentes, ilustradas en los mapas con diferentes colores. La Figura 15 muestra el ejemplo del mapa de inundación correspondiente al rompimiento de la presa Playas.

eptl)'"

t::

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Cl Q (1)

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8 '"o

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(tj, ::J

O' ~ C \:j

creciente del rompimiento

Seco6n

Pb~cisa (Km)

COI~ M\li:ma (msn m)

Q250

$6.35

Q450

Q945

949.55 931.34

Ti~mJ:O a la And'1o

:a~ma

A"ohndldad

(m)

2.50 2.50

292.91 138.68

31 .35 31.55

142.04

23.34

126.80 230.43

4:1.14

(h)

Má~mo M\xma

1.505

9:>6.99

2.50 2.55

1.829

~O . 14

2.55

2336

007 .61

2.55

117.35

2879

910.04 002.24

2.55

267.61

2.55

867 .48

137.16 117.04

3.274 3.804

'"Cl

18.99 19.61 4).04 34.24

874.60

2.55 2.56

8H.67

2.57 2.57

122.83 135.64

822.53

2.59

505.05

19.67 18.98 V .54

CONVENCIONES

838.98

6.051

820.40

2.59

306.02

28.40

- - Rlos

16 17 18 19

&361 &922

818.10

2.62

198.73

a!.lO

822.74

2.72

480.97

34 .74

EMBALSES

7.352

822.86 819.92

2.71

482.19

Jj.86

191.11

3;1.92

LIMITE MUNICIPAL

2.72

20 21

8 167 8585

813.36

2.71

144.17

ZONA DE INUNDACiÓN POR DESCARGA DE LA CRECIENTE DE DISEÑO

n7.30

2.72

195.68

:lB.36 Q30

ZONA DE INUNDACiÓN POR ROMPIMIENTO DE LA PRESA

12 13 14 15

4.324 4.724 <966 .536

7,765

140.82

VAS 19.61

CURVAS DE NIVEL

roVl

oVl ro

:::J

'lJ

S 60

•• lg·tíí(éJir.;itg·~j·t:1[·ij·j&i·"·

Ingeniería de presas en EPM

CARACTERíSTICAS DE LAS PRESAS

En Colombia, EPM es la entidad que posee mayor número de presas con un total de 28, de las cuales

Tabla 13. Presas clasificadas por altura Altura (h)

Cantidad

en diseño. Del total de las presas que están en

h < 15 m

operación y en construcción, 12 de ellas clasifican

15 m < h < 30 m

como grandes, según el criterio de ICOLD, entidad

30 m < h < 60 m

que considera presas grandes aquellas que tienen

60 m < h < 100 m

más de 15 m de altura, o cuyo embalse es mayor a

100 m < h

un millón de metros cúbicos. En las siguientes tablas

Total

25 están en operación, una en construcción y dos

se clasifican las presas que están en operación y construcción, por propósito, altura y tipo:

Tabla 14. Presas clasificadas por tipo Tabla 12. Presas clasificadas por propósito

- - - - - - - "Cantidad '=

Tipo

Propósito

Cantidad

Tierra

Generación de energía

Concreto

Abastecimiento de agua

Enrocado Mixta

Total

Multipropósito Total

A continuación se presenta el listado de todas las presas de EPM en diseño, contrucción y operación:

Tabla 15. Presas en diseño Presa

Año esperado de terminación

Tipo

Altura

(m)

Propósito

Porce IV

2015

Enrocado con cara de concreto

193

Generación de energía

Ituango

2018

Enrocado con núcleo impermeable

220

Generación de energía

Tabla 16. Presa en construcción Presa

Año esperado de terminación

Tipo

Altura (m)

Propósito

Porce 111

2010

Enrocado con cara de concreto

151

Generación de energía

61 ®

epl'Y)

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 17. Presas en operación Presa

Año

Tipo

Captación central Caracolí

1935

Captación central Río Abajo

Altura

(m)

Propósito

Concreto

Generación de energía

1949

Concreto

1,5

Generación de energía

embalse Quebradona

1951

Concreto

Generación de energía

Piedras Blancas

1952

Tierra

Abastecimiento de agua

Captación central Támesis

1954

Concreto

1,5

Generación de energía

Quebradona

1958

Tierra

Generación de energía

Troneras

1962

Tierra

Generación de energía

Tenche

1962

Concreto

16,4

Generación de energía

Captación central Sonsón I y 11

1963

Concreto

14,5

Generación de energía

embalse Piedras Blancas

1963

-' Concreto

Control de crecientes quebrada La Honda

1964

Miraflores

1965

La Fe

Desviación río Grande-

Bombeo quebrada La Honda 6

Abastecimiento de agua

Concreto

Abastecimiento de agua

Tierra

Generación de energía

1973

Tierra

Abastecimiento de agua

1973

Concreto

8,5

Abastecimiento de agua

1976

Tierra

51,5

Generación de energía

Bombeo río Piedras- río Pantanillo

1979

Concreto

Abastecimiento de agua

El Buey

1983

Tierra

Abastecimiento de agua

Desviación río Nechí-río Pajarito

1983 -f'

Tierra

10,5

Generación de energía

Desviación río Pajarito-río Dolores

1983

Tierra

Generación de energía

Desviación río Dolores-río Concepción

1983

Tierra

Generación de energía

Playas

1987

Tierra

Generación de energía

Riogrande 11

1988

Tierra

Generación de energía y

Porce 11

2001

Mixta:

122

Generación de energía

Bombeo río Pantanillo-embalse La Fe Santa Rita

Abastecimiento de agua RCC- Tierra Captación central La Vuelta

2004

Concreto

14,5

Generación de energía

Captación central La Herradura

2004

Concreto

14,5

Generación de energía

La Figura 16 muestra la localización de las grandes presas de EPM, yen las siguientes páginas se incluye la información técnica detallada de cada una de ellas.

La altura descrita co rrespo nde a la de la presa pri ncipa l

62 ®

eptlJ

.i.ii.@.iti·~i·fI[·~i·]fM·~·

Ingeniería de presas en EPM

Figura 16. Localización de las grandes presas de EPM.

AR OlElES

"AN JUAN DE URABA

.NECOClI

GOlFO DE URABA SAN

PEDW~

DE URAP. ...

CORDOBA

MUTATA

SEGOVIA

PEQUE

DABEIBA

(J UR.AMITA

FRONTIN~AÑASGOROAS

ABR!A9UI

SANTANDER CAICEDO

.URRAQ

·eOCORNA SAN LUIS

RISARALDA SAN FRANCISCO

.SOllVAR PUEBLO

RICO BETANIA

ARGELIA

CONVENCIONES

ANDES,

BOYACA NARINO

•

Presa Li mi te M unicipa l Rio

CALDAS

Embalse

63 ®

epn:>

Ingeniería de presas en EPM _ _ _ _ _ _ _ __

7.1 PRESA PIEDRAS BLANCAS

Datos técnicos Propósito

Abastecimiento de agua

Período de construcción

1948 a 1952

Diseñador

Gannet Fleming Corddy & Carpenter Inc. Harrisburg (USA)

Constructor

Explánicas (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

27m 2353,5 msnm

Nivel de la cresta Longitud de la cresta Ancho de la cresta Borde libre normal Volumen

180 m 6m 4,87 m 800000 m3

EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Quebradas Piedras Blancas y Chorrillos, bombeo de la quebrada La Honda

Caudal promedio de entrada

1,2 m 3/s (Incluye el bombeo)

Volumen total

1,07 hm 3 1,07 hm 3 28,5 km 2

Volumen útil Área tributaria VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

467 m3/s 136 m 16 m 2350,06

Longitud del canal Ancho en el azud Nivel de vertimiento DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección cuadrada de 84 m de longitud y 1,83 m de lado

Capacidad

31 m 3/s

eprr;l

Ingeniería de presas en EPM

Figura 17. Planta y sección principal de la presa Piedras Blancas

---@-

~-::--

50!11

-------

PLANTA

2336 2335

Cascajo

Grava arenosa

Mu ro Parapeto

inspección

lim o

Suelo Residual

SECCION PRINCIPAL 66

ep,,?

~'11

Captación

Nivel máxim o de ope ración 23465 msnm

';r~'

l-'-"'-'-='-==~ I

Torre de /

~:iE===:J~' ,,

DETALLE A

2327.61

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Piedras Blancas, localizada

condiciones de drenaje del terraplén, fundación

en el municipio de Guarne, fue la primera presa

yestribos.

departamento de

• Realce de la presa mediante un muro en concreto

Antioquia, cuya construcción generó experiencias

reforzado de 1,5 m de altura para contener la

de tierra

construida

fundamentales que fueron aplicadas en el diseño y

creciente de diseño. • Ampliación de la capacidad hidráulica, mejoras

construcción de las presas posteriores.

estructurales y de drenaje en el vertedero. El embalse es empleado para suministro de agua

• Prolongación de la descarga de fondo.

potable a la zona centro-oriental de la ciudad de

• Automatización de compuertas.

Medellín, tratada en la planta Villa Hermosa, con una capacidad de 0,95 m 3/s y para generación de

Adicionalmente, se actualizó la política de operación

energía eléctrica en la central hidroeléctrica Piedras

del embalse, quedando su

Blancas, con una capacidad efectiva instalada de 5

operación en 2 346,5 msnm, 3,5 m por debajo del

MW, siendo la segunda central hidroeléctrica que

nivel del azud del vertedero.

nivel

máximo de

tuvo la ciudad de Medellín después de la central Santa Elena.

Geotecnia. La presa Piedras Blancas ubicada sobre

Actualizaciones. La presa Piedras Blancas fue

sobre una formación geológica de anfibolitas, roca

diseñada en una época cuando la ingeniería de

metamórfica que se caracteriza por la foliación u

presas no estaba aún muy desarrollada, lo cual

orientación de sus minerales, la cual está constituida

generó después de unos años de operación algunos

predominantemente por hornblenda, un mineral de

comportamientos no esperados que requirieron

color oscuro que le da el tono a la roca, y plagioclasa

varias reformas y actualizaciones.

la quebrada del mismo nombre, fue construida

menor

proporClon.

Por

composición

mineralógica y según las condiciones climáticas, la En el período comprendido entre 1961 y 1985 la

anfibolita se descompone en superficie formando

presa se realzó 1,2 m, quedando el nivel de la cresta

suelos residuales, aunque no tan profundos como

en 2 353,5 msnm; se reparó el filtro principal, se

los de las rocas del Batolito Antioqueño.

construyó una protección superficial en el talud aguas abajo y se realzaron los muros del vertedero.

Los suelos derivados de esta roca, con los cuales se construyó el terraplén,

corresponden a limos

Entre 1985 Y1995, como medida preventiva adicio-

arcillosos cuya humedad natural varía entre 29 y

nal, se restringió la operación del embalse, quedando

56%, el límite líquido entre 32 y 49% Y el índice de

su nivel máximo de operación en 2 342 msnm, ocho

plasticidad entre 3 y 12%.

metros por debajo del nivel del azud del vertedero. El tratamiento de la fundación consistió en la Entre 1992 Y 1994 se estudió en detalle la presa con

remoción de dos tercios de la capa de suelo residual

el fin de revisar su comportamiento geotécnico

y la construcción de una brecha cortaflujo, aguas

y evaluar su respuesta ante un sismo intenso y

arriba del eje de la presa. El terraplén de tipo

condiciones

homogéneo, fue construido con limo producto de

hidrológicas

excepcionales.

Como

resultado de dichos estudios, entre 1995 y 1996 se

la meteorización in situ de la anfibolita, proveniente

construyeron las obras recomendadas consistentes

de los préstamos vecinos al estribo izquierdo y de

en:

las excavaciones del vertedero. Para el control de las infiltraciones, se construyó un pequeño filtro de 2,7 m

• Construcción de un filtro en la pata de la presa,

de altura, localizado a 35 m aguas abajo del eje de la

para sustituir el filtro existente, mejorando las

presa, con un ramal de salida paralelo al conducto 67

.í(.j(.r;Mtt;im(5l['~"'''41'~.

Ingeniería de presas en EPM

de la descarga de fondo, el cual fue reparado en

la creciente de diseño por el embalse, estando éste

1961 y modificado en 1996.

en el nivel 2343,5 msnm y considerando oleaje.

Durante la construcción de la presa se presentaron diversos inconvenientes por el alto contenido de

Sismología. El diseño original de la presa, efectuado en el año 1948, no contempló el aspecto sísmico,

humedad natural del material de préstamo, la

motivo por el cual en 1985 se hizo por primera

presencia de zonas de alta permeabilidad en la

vez un estudio de amenaza sísmica en la zona de

fundación, la estabilidad del estribo izquierdo y el

la presa, el cual fue actualizado entre 1992 y 1994,

desarrollo de altas presiones de poros, entre otros.

como parte de los estudios de evaluación de la presa. Estos estudios indicaron que la fuente de mayor

Hidrología.

incidencia en la aceleración en el sitio de presa es la

actualización desarrollados entre 1992 y 1994 se

Con

base

los

estudios

zona de Benioff, con una aceleración pico de 0,20 g para

revisó la capacidad hidráulica del vertedero, a partir

un período de retorno de 500 años y 0,21 g para un

de lo cual se actualizó para que éste pudiera evacuar

período de retorno de 1 000 años.

un caudal de diseño de 428,6 m /s, correspondiente al 75% de la creciente en el sitio de presa generada - Inst rumentación. La presa Piedras Blancas cuenta por la precipitación máxima probable.

con 49 instrumentos ubicados en el terraplén, la fundación y zonas adyacentes, para medir

El borde libre normal de la presa es de 4,87 m, el

infiltraciones, presiones de poros, niveles freáticos y

cual incluye 1,43 m de altura del muro parapeto,

aceleraciones, tal como se describe en la Tabla 18.

sin embargo, considerando el nivel de restricción de operación del embalse, el borde libre normal

Adicionalmente se hacen ensayos para medir

operativo actual es de 8,43 m y su borde libre

parámetros fisicoquímicos a la salida del colector de

mín imo es de 0,30 m, el cual se obtuvo transitand if drenaje de la presa y se comparan con los valores obtenidos en el embalse.

Tabla lB. Instrumentos en la presa Piedras Blancas Instrumento

Cantidad

Parámetro

Medidor de infiltraciones

Infiltraciones a t ravés del sistema de drenaje

Piezómetro de t ubo abierto

Presiones de poros en la fundación, estribos y terraplén

Pozo de observación

Nivel freático en los estribos y terraplén

Acelerógrafo

Aceleración en roca yen la presa

Ingeniería de presas en EPM

7.2 PRESA QUEBRADONA

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1956 a 1958

Diseñador

Integral S.A. (Colombia) y Gannett Fleming Corddry & Carpenter, Inc. Harrisburg (USA)

Constructor

Suracon Ltda. (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

27m

Nivel de la cresta

2098 msnm 110 m 8m 3m 331 000 m 3

Longitud de la cresta Ancho de la cresta Borde libre normal Volumen EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Quebrada Quebradona y desviación del río Grande

Caudal promedio de entrada Volumen total Volumen útil

13,9 m 3/s 1,93 hm 3 0,54 hm 3

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

150 m 3/s 385 m 26m 2095 msnm

Longitud del canal Ancho en el azud Nivel de vertimiento DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección circular de 2,44 m de

Capacidad

65 m 3/s

diámetro y 271 m de longitud.

71 ®

epl'l)

lIj.i(·t;m¡a·a·fI(·~"·)41·~·

Ingeniería de presas en E FM

Figura 18. Planta y sección principal de la presa Quebradona

N I

-<t

2090

...

PLANTA

66 1}

Nivel norm al 2095 msnm

1 2098

2090

',','

Arena limosa

."...

Roca descompuesta

SECCION PRINCIPAL

72 ®

eprt)

.lS _-:

~lO!ll

Generalidades.

presa

Quebradona

La experiencia obtenida en la construcción de la

Riogrande 1, localizada al norte de Medellín, en el

presa Piedras Blancas fue tenida en cuenta por los

municipio de Santa Rosa de Osos, se emplea para

diseñadores de la presa Quebradona, especialmente

generar energía eléctrica en la central Riogrande 1,

en aspectos importantes tales como el contenido

también conocida como Mocorongo. Aunque su

de humedad natural del material del préstamo, la

capacidad inicialmente instalada fue de 75 MW,

densidad de campo obtenible y la posibilidad de que

distribuida en tres unidades tipo Francis de eje

se desarrollaran altas presiones de poros durante la

vertical, desde 2008 opera como una planta menor

construcción.

con una sola unidad. La preparación de la fundación incluyó el retiro

El embalse se abastece con un pequeño aporte de

de una capa de arcilla en ambos estribos y de un

la quebrada Quebradona y de la desviación del río

depósito de lodo en el lecho del río, quedando la

Grande, a través de un sistema combinado de tubería

presa fundada sobre limo arenoso.

de acero de 1,8 m de diámetro y un canal abierto en concreto de sección trapezoidal, con una capacidad 3

El terraplén está compuesto en su parte central por

total de 31 m / s. Posee dos torres de captación, una

limo arenoso y en los espaldones aguas arriba y

de 22,4 m de altura que alimenta la central a través

aguas abajo por roca descompuesta, materiales que

de un túnel de conducción de 4 650 m de longitud, y

finalmente quedaron con permeabilidades similares

otra de 28,8 m de altura para vaciar el embalse.

debido a la desintegración que sufren los bloques de roca descompuesta durante la compactación.

El vertedero, localizado en el estribo derecho es

Posee aguas arriba una brecha cortaflujo de seis

del tipo canal abierto excavado en roca. La casa de

metros de profundidad y una trinchera de drenaje

máquinas es superficial.

en la pata del talud aguas abajo de ocho metros de profundidad.

En esta presa se tuvo la primera experiencia en construcción de presas de tierra con suelos residuales del Batolito Antioqueño.

El sistema de drenaje cons iste en un manto horizontal de 1,75 m de espesor en la base del talud aguas abajo, que se extiende hacia ambos estribos. Este se

Actualizaciones. La presa Quebradona es una

compone de dos capas de arena que envuelven una

estructura que durante 50 años que lleva en

capa de grava y en su centro cuenta con un colector

operación ha presentado un comportamiento

de 30 cm de diámetro. El manto de drenaje entrega

satisfactorio,

a la trinchera de drenaje en la pata del talud aguas

cuya

abajo, la cual está rellena de canto rodado, grava y

conclusión principal fue que esta presa no requería

arena, y protegida por un filtro compuesto por capas

estudios adicionales ni obras de rehabilitación;

de arena y grava.

evaluación

confirmado realizado

con el

el año

estudio 2006,

sólo fue necesario instalar algunos instrumentos para contar con más registros de presiones de

poros en el terraplén y en la fundación .

comportamiento de esta p resa, que durante la

resalta

como

aspecto

favorable

para

compactación del terraplén el clima estuvo tan seco

Geotecnia. La presa Quebradona se construyó

que la humedad del material fue siempre menor a la

sobre suelos residuales del Batolito Antioqueño,

esperada, obteniéndose como resultado densidades

en su mayoría constituido por cuarzodiorita, y la

secas bastante altas, hasta un 18% por encima de las

conformación del terraplén se hizo con materiales

densidades esperadas según el diseño. De esta forma

procedentes de dicha formación .

la humedad del material de la presa Quebradona es

Ingeniería de presas en EPM

menor que la humedad promedio de los materiales

los aspectos sísmicos de esta presa pueden

que componen todas las otras presas de tierra de

consultarse en la información correspondiente a la

EPM .

presa Riogrande 11.

Hidrología. El vertedero se diseñó para que pudiera

Instrumentación. La presa Quebradona cuenta con

evacuar la creciente generada por la precipitación

31 instrumentos distribuidos en el terraplén y en

máxima probable, siendo ésta de 136,9 m / s,

la fundación, con el objeto de medir infiltraciones,

estando el embalse en el nivel normal de operación

presiones de poros, deformaciones y aceleraciones,

e incluyendo el caudal desviado del río Grande.

tal como se describe en la Tabla 19.

El borde libre normal de la presa es de tres metros

También se afora el sitio donde termina el muro

yel borde libre mínimo de 1,1 m, el cual se obtuvo

izquierdo de la descarga de fondo, para medir

transitando la creciente máxima por el embalse,

algunas infiltraciones no captadas por el colector de

estando éste en el nivel normal de operación, es

drenaje.

decir en 2 095 msnm. Adicionalmente se hacen ensayos para medir Sismología. Dada la cercanía a la presa Riogrande

parámetros fisicoquímicos a la salida del colector de

11, se considera que para la presa Quebradona

drenaje de la presa y se comparan con los valores

aplica la misma amenaza sísmica, por lo tanto,

obtenidos en el embalse.

Tabla 19. Instrumentos en la presa Quebradona Instrumento

Cantidad

Parámetro -f<

Medidor de infiltraciones

Infiltraciones a través de la presa y de la fundación

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en la fundación y en el terraplén

Piezómetro neumático

Presiones de poros en el terraplén

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en el terraplén y fundación de la presa

Punto de control superficial

Movimientos superficiales horizontales y verticales en la presa

Acelerógrafo

Aceleración en la presa

ept'Y)'"

Ingeniería de presas en EPM

7.3 PRESA TRONERAS

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1960 a 1962

Diseñador

Integral S.A. (Colombia) y Gannett Fleming Corddry & Carpenter, Inc. Harrisburg (USA)

Constructor

Brown and Root - Utah, Houston (USA)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

40m

Nivel de la cresta

1 784 msnm

Longitud de la cresta

366 m

Ancho de la cresta

Borde libre normal

9,35 m

Volumen

1 336000 m 3

EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Río Guadalupe y desviación de los ríos: Tenche, Nechí, Pajarito y Dolores

Caudal promedio de entrada

38,7 m 3/ s (Incluye desviaciones)

Volumen total

33,36 hm 3

Volumen útil

21,84hm 3

Área tributaria

396 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

2812m 3/ s ·

Longitud del canal

187,5 m

Ancho en el azud

42m

Nivel de vertimiento

1 775,65 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Derivación en la casa de máquinas, con tubería de 1,6 m de diámetro y válvula de cono fijo

Capacidad

40 m 3/s

77 ®

eplY)

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JI~n~g~ : !niería de presas en EPM Casa de

máquinas

Figura 19. Planta y sección principal de la presa Troneras

D Torre de

Captación

<: /

Puente de

acceso

Muro Parapeto

PLANTA

155

Nivel normal 1775.65 mnsm

Roca descompuesta '."i'.

Roca dura Brecha de impermeabi!izacion

SECClON PRINCIPAL 78

100m

lli.it·t3Mia·~i·GI(·ij·]ª1·~·

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Troneras, ubicada sobre

ante cargas dinámicas y aumentar su estabilidad

el río Guadalupe, en el límite de los municipios de Carolina del Príncipe y Gómez Plata, hace parte de

estática. • Realce de los muros del vertedero para aumentar su capacidad de evacuación.

la infraestructura del complejo hidroeléctrico del río Guadalupe, el cual se compone de cinco centrales:

• Construcción de un manto de drenaje tanto en

Troneras, Guadalupe 111, Guadalupe IV, Pajarito y

la base del realce del terraplén como en la del

Dolores.

contrapeso, para controlar el flujo y el exceso de presiones de poros generadas durante su construcción .

Su diseño se basó en la experiencia adquirida en la construcción de las presas Piedras Blancas y Quebradona, especialmente en lo relativo al

Geotecnia. La presa Troneras es otra de las

desarrollo de exceso de presión de poros durante

estructuras construidas con

construcción, e incluyó dos características impor-

del Batolito Antioqueño, y de manera similar, los

tantes, un filtro chimenea para el control de las

diseñadores tuvieron en cuenta las experiencias

infiltraciones y contrapesos para la estabilización de

anteriores de Piedras Blancas y Quebradona,

los taludes y de la fundación.

especialmente en lo relativo al desarrollo de excesos

suelos

residuales

de presiones de poros durante la construcción del El embalse es empleado para generación de energía

terraplén y a la selección del material de préstamo.

eléctrica en una central superficial del mismo nombre, la cual posee dos unidades generadoras

En esta

con una capacidad efectiva de 40 MW, accionadas

importantes con relación a los anteriores diseños de

presa se introdujeron

modificaciones

por turbinas tipo Francis de eje vertical. El agua una

presas de tierra, tales como un filtro tipo chimenea

vez turbinada en la central Troneras, es captada

para el control de infiltraciones y la colocación de

nuevamente y empleada en las centrales Guadalupe

llenos de contrapeso en los taludes para mejorar la

111, con una capacidad efectiva de 270 MW, y

estabilidad.

Guadalupe IV, con una capacidad efectiva de 202

MW.

El tratamiento para su fundación consistió en retirar solamente algunos depósitos de material aluvial del

Actualizaciones. El diseño de la presa Troneras

fue revisado entre 1989 y 1990, con el fin de actualizarlo a los nuevos criterios, especialmente en lo concerniente al aspecto sísmico e hidrológico. Atendiendo las recomendaciones de dicha revisión, entre 1992 y 1994, se construyeron obras de actualización, consistentes en: • Realce de cuatro metros de altura, constituido por un terraplén de tres metros y un muro en concreto reforzado de un metro, con el fin de contar con un borde libre adecuado para contener crecientes excepcionales y evitar desbordamientos por asentamiento o deslizamiento del terraplén en caso de sismo. • Colocación de un contrapeso en la pata de aguas abajo de la presa, para mejorar su comportamiento

cauce del río, ya que por dificultades constructivas, la extracción del material se limitó a los materiales compresibles compuestos por limos y arcillas orgánicas. Esta situación fue compensada con la colocación, durante su construcción y durante las obras de actualización, de contrapesos de espesor considerable. Troneras es una presa de tierra homogénea, compuesta básicamente por limos arenosos yarenas limosas de origen residual. Cuenta con contrapesos tanto aguas arriba como aguas abajo y una brecha corta flujo en la zona de aguas arriba. Tanto el realce como el contrapeso, construidos entre 1992 y 1994, fueron conformados con limo arenoso. En su zona central, ligeramente desplazado del eje de la presa hacia aguas abajo, se encuentra el filtro 79 ®

eplY)

Ingeniería de presas en EPM

de chimenea vertical que descarga en un colector

identificaron cuatro sistemas de fallas que también

principal. Cuenta además con pozos de alivio de

podrían incidir en el sitio de presa, un sistema con

presión en la fundación y mantos de drenaje en el

dirección NS, paralelo a las fallas Cauca - Romeral y

terraplén .

Palestina, un sistema con dirección NE, que incluye la falla Espíritu Santo, un sistema con dirección NW, en de

su mayor parte dentro del Batolito Antioqueño y un

actualización desarrollados entre 1989 y 1990

sistema con dirección EW, en el cual se encuentran

se revisó la capacidad hidráulica del vertedero, a

las fallas El Machete, Riochico y Santo Domingo.

Hidrología.

Con

base

los

estudios

partir de lo cual se actualizó para que éste pudiera evacuar un caudal de 2 557 m 3/s, correspondiente

El análisis dinámico de la presa se hizo considerando

a la creciente en el sitio de presa generada por la

un período de retorno de 1 000 años para el cual se

precipitación máxima probable.

obtuvieron aceleraciones máximas de 0,30, 0,25, Y 0,15 g, generadas en las fallas El Socorro dentro del

El borde libre normal de la presa es de 9,35 m, el

Batolito Antioqueño, en la zona de subducción y en

cual incluye un metro de altura del muro parapeto

fallas activas más alejadas del sitio de presa tales

y el borde libre mínimo es de 1,35 m, obtenido a-I

como Romeral y Espíritu Santo.

transitar la creciente máxima por el embalse, estando éste en el nivel normal de operación, es decir en

Instrumentación. La presa Troneras cuenta con 33

1 775,65 msnm.

instrumentos ubicados en el terraplén, la fundación y estribos, para medir infiltraciones, presiones de

Sismología. El diseño original de la presa no incluyó análisis dinámico, motivo por el cual entre 1989 y

poros, deformación y aceleraciones, tal como se describe en la Tabla 21.

1990, se hizo un estudio de amenaza sísmica que indicó que el principal aporte de la aceleracl~n

Adicionalmente se obtienen valores de parámetros

en el sitio de presa proviene de la zona de Benioff

fisicoquímicos del agua de infiltración, a la salida del

asociada al fenómeno de subducción de la placa

sistema de drenaje, y se comparan con los valores

de Nazca bajo la placa Suramérica; así mismo, se

obtenidos en el embalse.

Tabla 20. Fallas consideradas en el estudio de sismología de la presa Troneras

Período de

Período de retorno 1000 años a M (g) (Ritcher)

Falla

Distancia horizontal (km)

Distancia hipocentral (km)

Romeral

7,2

0,06

7,5

0,10

Espíritu Santo

7,3

0,11

7,5

0,13

El Socorro

5,5

0,20

6,0

0,28

7,2

0,19

7,5

0,22

Subducción

retorno SOO años a M (g) (Ritcher)

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 21. Instrumentos en la presa Troneras Instrumento

Cantidad

Parámetro Infiltraciones a través del sistema de drenaje

Medidor de infiltraciones Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en la fundación, estribos y terraplén

Punto de control superficial

Movimientos superficiales horizontales y verticales en el terraplén

Acelerógrafo

Acele ración en roca y en la presa

81 ®

epl'l)

lQ.ii.t;t§i@I[;·~j·r:J[·~i·]¡41·~·

Ingeniería de presas en EPM

7.4 PRESA TENCHE

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1960 a 1962

Diseñador

Integral S.A. (Colombia) y Gannett Fleming Corddry & Carpenter, Inc. Harrisbu rg (USA)

Constructor

Norconstruction (Noruega) y Noreno Brasil S.A. (Brasil)

PRESA Tipo

Concreto arco

Altura

16,4 m

Nivel de la cresta

1 810,75 msnm

Longitud de la cresta

41,7

Borde libre normal

5,15 m

Volumen

3 116 m 3

EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Río Tenche y desviaciones de los ríos Nechí, Pajarito y Dolores

Caudal promedio de entrada

16,8m 3/s

Área tributaria

153 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

500 m 3/s

Ancho en el azud

20,6 m

Nivel de vertimiento

1 805,6 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

No tiene

Capacidad

No aplica

83 ®

ep"J

Ingeniería de presas en EPM

Figura 20. Planta y sección principal de la presa Tenche N

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Manto de arci lla

compactado

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Azud de control de nivel ~ ~ agua s abajo

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Rio Tenche

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12m

PLANTA

7.50 18 11.10

Cresta Vertedero

1805.6 1804

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":.'-' 1803

\----~------~--------------------t.'o~-------------------------+.§--------------~------------I

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1797

--.

1794

Roca sana

SECCION TRANSVERSAL PRINCIPAL 84

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Tenche, localizada en el

La fundación fue tratada con una cortina de

municipio de Carolina del Príncipe, aguas abajo de

inyecciones conformada con perforaciones para

la presa Miraflores, hace parte de la infraestructura

lechada de cemento distribuidas a lo largo de la

del complejo hidroeléctrico del río Guadalupe.

fundación de la presa, separadas un metro entre sí,

Es una presa de concreto en arco, empleada para

y con profundidades variables entre tres y nueve

desviar el río Tenche al embalse Troneras a través

metros.

de un túnel de 4,3 km de longitud, con el objeto de aumentar la disponibilidad de agua para el

Instrumentación. Esta presa no posee instrumen-

complejo hidroeléctrico mencionado. El agua del

tación.

río Tenche proviene del embalse Miraflores y de su principal afluente, el río Concepción, el cual recibe adicionalmente las desviaciones de los ríos Nechí, Pajarito y Dolores. Actualizaciones. Con el fin de disponer de más caudal para generación de energía en el complejo hidroeléctrico Guadalupe, aumentando la capacidad hidráulica del túnel Tenche-Troneras de 18,5 a 23,6 m 3/s, en 1992 se revisó la capacidad estructural de la presa Tenche, con el objeto de verificar su resistencia, dada la necesidad de realzar su vertedero para aumentar el nivel normal de operación del embalse Tenche. Los análisis indicaron que estructuralmente la presa no presentaría problemas, por lo tanto en el año 1994 se construyó un realce en concreto de 1,6 m de altura. Aunque la capacidad de evacuación del vertedero disminuyó, esta se consideró suficiente para evacuar la creciente máxima, del orden de 500 m 3/s para un período de retorno de 10 000 años. Geotecnia. La presa Tenche está construida sobre el Batolito Antioqueño, con la particularidad de que en este lugar las rocas tipo cuarzodiorita que afloran en la zona se presentan masivas y poco fracturadas. En el sitio de presa el río alcanzó a erosionar la sobrecapa de suelo, hasta el punto de dejar completamente desnuda la roca en el lecho y estribos de fundación. Esta condición particular permitió desarrollar allí una presa en concreto convencional.

85 @

eprlJ

7.5 PRESA MIRAFLORES

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1962 a 1965

Diseñador

Integral S.A. (Colombia) y Gannett Fleming Corddry & Carpenter, Inc. Harrisburg (USA)

Constructor

Taylor Woodrow Ltd. (Inglaterra)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

55 m

Nivel de la cresta

2064 msnm

Longitud de la cresta

240m

Ancho de la cresta Borde libre normal

m 2 m

Volumen

1 058000 m 3

EMBALSE Fuente de abastecimiento

Río Tenche

Caudal promedio de entrada

4,4 m3/s

Volumen total

138,93 hm 3

Volumen útil

127,04 hm 3

Área tributaria

68,6 km 2

VERTEDERO Tipo

Embud o 13

Capacidad

30 m3/s

Longitud del conducto

466 m

Diámetro superior

Diámetro inferior

2,3 m

Nivel de vertimiento

2062 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección circular de 2,3 m de diámetro y 416 m de longitud.

Capacidad

23,6 m 3/s

Morning -glory en inglés

ept'Y)'"

Ingeniería de presas en EPM

, , Ide la presa Miraflores !J¡ FIgura . 21 . Planta y sección pnnC/pa

¡ ! !

I Caja de empa lm e reforza do 100111 1

PLANTA

'l.t::S;rl=:::!:::¡=::¡

Tubería de concreto reforza do con junta ce mentada

DETALLE A 15

138 Roca, casca"o

Filtro inclinado

y arena Nivel máx imo de operac ión 2057 msnm

".\

-----+----".............. <.5:,/ 2044 Roca

desco mpu es ta

2020

lim o Li mo

< C - - - - - --«:;::::::íperfi l del

Perfi l del terreno

terreno

Roca

IlIlpl

'2000

I II

Pozos I I de alivIo ti 1 l. 11' Roca desco mpuesta 11111

i 11111

.I!IIPI

descompu esta

I~~~~

Roca dura

SECCION PRINCIPAL 88 ®

ept'Y)

2034

Cascajo y arena de río Colector prin cipal

lill[lI f

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Miraflores, ubicada sobre el

• Una trinchera de drenaje profunda, perpendicular

río Tenche en jurisdicción del municipio de Carolina

al colector principal de la presa, para abatir las

del Príncipe, también hace parte de la infraestructura

presiones de poros y la posición de nivel freático

del complejo hidroeléctrico del río Guadalupe.

en el contrapeso, y para capturar algunas aguas procedentes de los estribos.

Fue diseñada entre 1958 y 1962 mientras se construía

• Un drenaje superficial tipo espina de pescado,

la presa Troneras y en ella también se aplicaron

conformado por un colector principal y una serie

las experiencias adquiridas en la construcción de

de ramales, para mejorar la condición de humedad

presas anteriores, incorporando elementos tales

superficial del contrapeso.

como contrapesos en los taludes, mantos y pozos

• Adecuación y reforestación de un derrumbe

de drenaje, filtro chimenea inclinado y taludes

localizado en el talud aguas arriba del estribo

tendidos.

derecho. • Restricción de la operación del embalse en el nivel

El embalse es empleado para aumentar la capacidad

2 057 msnm, para contener crecientes mayores a

de almacenamiento y con ello la capacidad de

la considerada en el diseño original.

generación del complejo hidroeléctrico Guadalupe, Su

Geotecnia. La presa Miraflores es otra de las presas

aprovechamiento se hace descargando el agua del

de tierra construida sobre el Batolito Antioqueño,

embalse nuevamente al río Tenche, mediante la

operación de una válvula de cono con capacidad

inmediatamente después de la presa Troneras y

especialmente durante épocas de estiaje.

composición

cuarzodiorítica.

Fue diseñada

má xima de 23,6 m / s, y posteriormente desviando

también se tuvo en cuenta el desarrollo de altas

las aguas al embalse Troneras mediante un túnel de

presiones de poros durante construcción.

conducción adyacente a la presa Tenche. Esta presa presenta la particularidad que cerca a su Esta es la única presa de EPM que posee un vertedero

contrafuerte derecho pasa la falla Miraflores, con

tipo embudo, cuyo radio en la cresta es de cuatro

rumbo NW, siguiendo la traza de una serie de fallas

metros, el cual no opera actualmente debido a la

que bordean el Batolito con esta dirección.

restricción del nivel máximo del embalse. Aunque la falla no ha tenido ninguna incidencia Actualizaciones. El diseño de la presa Miraflores

directa en la estabilidad de la presa, sí se atribuye

fue revisado simultáneamente con el de la presa

a esta condición la profunda meteorización de la

Troneras, e igualmente actualizado con base en

roca en el estribo derecho y la excesiva circulación

nuevos criterios, especialmente en lo concerniente

de agua subterránea, a tal punto que fue necesaria

al diseño sísmico e hidrológico. Atendiendo las

la construcción de una galería de drenaje en este

recomendaciones de dicha revisión y con el fin de

estribo, como se mencionó anteriormente.

solucionar algunos problemas en la presa y en el estribo derecho, entre 1992 y 1994 se construyeron

Miraflores es una presa de tierra zonificada, en la que

obras de actualización consistentes en:

se destaca una zona central impermeable compuesta básicamente por limo y unos materiales un poco

• Una galería de drenaje compuesta portres ramales

más permeables hacia los espaldones, consistentes

con una longitud total de 190 m, localizada en

en una mezcla de roca descompuesta y limo. En

el estribo derecho, para controlar las aguas que

la pata del talud de aguas abajo se construyó un

se infiltran desde el embalse a través de este

contrapeso con el objeto de mejorar su estabilidad.

estribo.

Ingeniería de presas en EPM

En su zona central tiene un filtro chimenea

Con base en la actualización del diseño de la presa

ligeramente inclinado y desplazado del eje de la

efectuado entre 1989 y 1990, la creciente generada

presa hacia aguas abajo, que descarga en un colector

por la precipitación máxima probable se estimó en

principal. Además de los sistemas de drenaje

1 341 m3/s.

construidos entre 1992 y 1994, la presa Miraflores cuenta con 31 pozos de alivio de presión de 0,6 m

El borde libre normal con base en el diseño orig inal

de diámetro, dispuestos en la zona aguas abajo de la

es de dos metros; sin embargo, considerando el nivel

fundación y mantos de drenaje de 0,3 m de espesor

de restricción de operación del embalse, el borde

en el terraplén aguas abajo del filtro chimenea.

libre normal operativo actual es de siete metros y su borde libre mínimo de 2,43 m, el cual se obtuvo

El tratamiento de la fundación de la presa consistió

transitando la creciente máxima probable por el

en retirar el depósito de material aluvial dispuesto

embalse, estando éste en el nivel de restricción, es

en la zona aguas arriba del filtro chimenea, mientras

decir en 2 057 msnm.

que en la zona aguas abajo, debido a dificultades constructivas

decidió

dejarse,

compensando

esta medida con el aumento del contrapeso para

Sismología.

estudio

amenaza

sísmica

-efectuado entre 1989 y 1990 fue el mismo para

asegurar la estabilidad de la presa . Se destaca que el

las presas Miraflores y Troneras, ya que por su

depósito aluvial que no se retiró, se encuentra muy

proximidad se supuso que el sismo de diseño era

confinado y posee intercalaciones de arcilla, por lo

igual para ambas presas. Los aspectos sísmicos

tanto no es susceptible de licuación.

de la presa Miraflores pueden consultarse en la información correspondiente a la presa Troneras.

Hidrología. El diseño original del vertedero de la presa Miraflores se hizo con baseen una creciente con

Instrumentación.

presa

Miraflores

cuenta

un período de retorno de 100 años; sin embargo, con ' ~ con 131 instrumentos ubicados en el terraplén, el fin de tener un borde libre adecuado para contener

la fundación y estribos, para medir infiltraciones,

crecientes mayores y evitar desbordamiento por

presiones de poros, niveles freáticos, deformaciones

asentamiento o deslizamiento en el terraplén en

y aceleraciones, tal como se describe en la Tabla 20.

caso de sismo, se decidió, desde enero de 1987, restringir la operación del embalse, quedando su

Adicionalmente se obtienen valores de parámetros

nivel máximo en 2 057 msnm, cinco metros por

fisicoquímicos del agua de infiltración, a la salida de

debajo del nivel de la cresta del vertedero.

los diferentes sistemas de drenaje, y se comparan con los valores obtenidos en el embalse.

Tabla 20. Instrumentos en la presa Miraflores

Inst rumento

Cantidad

Parámetro

Medidor de infiltraciones

Infiltraciones a través de los diferentes sistemas de drenaje

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en la fundación, estribos y terraplén

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en la fundación y terraplén

Pozo de observación

Nivel freático en los estribos y terraplén

Punto de control superficial

Movimientos superficiales horizontales y verticales en el terraplén y estribo derecho

Acelerógrafo

Aceleración en roca yen la presa

90 ®

eprlJ

Â®

eprt) 91

7.6 PRESA LA FE

Datos técnicos Propósito

Abastecimiento de agua

Período de construcción

1970 a 1973

Diseñador

Integral S.A. (Colombia)

Constructor

Arquitectos e Ingenieros Asociados y Grandicon Ltda. (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

34m

Nivel de la cresta

2161 msnm

Longitud de la cresta

581 m

Ancho de la cresta

Borde libre normal

5,5 m

Volumen

816000 m3

EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Quebradas Las Palmas, Espíritu Santo, Potreros y Fizebad, desviación del río Buey, bombeo de los ríos Piedras y Pantanillo

Caudal promedio de entrada

4,9 m 3/s (Incluye desviación y bombeos)

Volumen total

14,04 hm 3

Volumen útil

11,72 hm 3

Área tributaria

77,6 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

690 m3/s

Longitud del canal

130 m

Ancho en el azud

30m

Nivel de vertimiento

2155,5 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección circular de 2,5 m de diámetro y 198 m de longitud

Capacidad

40 m 3/s

epl'Y)'"

Ingeniería de presas en EPM

Figura 22. Planta y sección principal de la presa La Fe

\ lUOm

130

PLANTA

200 m al eie de la presa

Caseta de piezo metros

,;\,"'-

Manto de Arena li mosa

impe rm ea i izac ion

SECCION PRINCIPAL 94

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. El embalse La Fe, localizado en el

Instalación de drenajes subsuperficiales en

municipio de El Retiro, es empleado para suministro

el lleno de refuerzo de la margen izquierda y

de agua potable a la zona sur del Valle de Aburrá;

en la zona adyacente a la tubería de bombeo

el agua es tratada en la planta La Ayurá, cuya

Pantanillo-La Fe.

capacidad es de 9,2 m /s. También es empleado

para generación de energía eléctrica en la central hidroeléctrica La Ayurá, con una capacidad efectiva

Reparación y reposición de cunetas en el talud aguas abajo de la presa y llenos de refuerzo.

de 18 MW.

Instalación de instrumentos adicionales para registro de presiones de poros en el terraplén.

Esta presa se construyó para ampliar la capacidad

Geotecnia. La presa La Fe fue construida con y sobre

del antiguo embalse Los Salados, formado por una

suelos residuales de una roca denominada neis, de

pequeña presa de gravedad, terminada en 1967,

origen metamórfico, perteneciente al Grupo Ayurá

actualmente inundada y localizada unos 800 m

Montebello.

aguas arriba de la actual presa La Fe. La composición minera lógica del neis es cuarzo, El vertedero es un canal abierto excavado en roca

feldespato y mica. En condiciones climáticas de alta

revestido en concreto, sin compuertas, con un pozo

precipitación desarrolla un perfil de meteorización

de aquietamiento en el extremo aguas abajo.

con suelos adecuados para fundación y como material de construcción para presas de tierra.

El embalse es alimentado por las quebradas Las Palmas, Espíritu Santo, Potreros y Fizebad;

El sue lo de fundación está constituido por limo

adicionalmente, durante épocas de estiaje es

arcilloso y limo arenoso de baja compresibilidad,

alimentado con las aguas de los ríos Pantanillo,

de co lor pardo amarillo, cuyo espesor varía entre

Piedras y Buey, los dos primeros con sistemas de

un metro en el lecho del río y 30 m en los estribos.

bombeo y el último mediante una desviación hacia

En el lado aguas arriba el suelo residual está

el río Piedras.

cubierto por una capa de depósitos aluviales de aproximadamente 2,5 m de espesor.

La torre de captación es del tipo superficial, de sección circular de 2,8 m de diámetro interior, situada

El terraplén, en la zona de aguas arriba, está

sobre un pozo vertical de 36 m, con tres compuertas

conformado con limo, mientras que en la zona de

deslizantes de 0,91 por 1,83 m.

aguas abajo se compone de una mezcla de limo y roca descompuesta proveniente de la excavación

El túnel de conducción, de 8,6 km de longitud,

del vertedero. Dispone de un sistema de drenaje

tiene sección en forma de herradura de tres metros

constituido por un filtro inclinado, un manto de

cuadrados y una capacidad de 10 m /s.

drenaje sobre el talud aguas abajo y un colector principal.

Actualizaciones. En el año 2001 se hizo una evaluación geotécnica deta ll ada del estado genera l

Sobre ambos estribos de la presa se construyeron

de la presa, yen el añ02005, un estudio de la amenaza

llenos de refuerzo con el fin de aumentar la resistencia

sísmica, análisis dinámico, revisión del borde libre y

de los taludes y controlar las infiltraciones a través

eva luación de la vu lnerabi lidad sísmica de la presa.

de dichas zonas.

Ambos estudios concluyeron que la presa La Fe presentaba un comportamiento satisfactorio, de

Hidrología. El vertedero se diseñó de ta l manera

acuerdo con lo esperado, requiriendo tan sólo la

que pudiera evacuar un cauda l de diseño de 795

construcción de obra s menores ta les como:

m 3/s, correspondiente al 87% de la creciente en el 95

Ingeniería de presas en EPM

sitio de presa generada por la precipitación máxima

Los valores de aceleración horizontal máxima para la

probable.

ocurrencia de sismos en la presa La Fe, con diferentes períodos de retorno se presentan en la Tabla 23.

El borde libre normal de la presa es de 5,5 m y el borde libre mínimo es de 0,17 m, obtenido al transitar por

Instrumentación. La presa La Fe cuenta con 74

el embalse la creciente de diseño, estando éste en el

instrumentos ubicados en el terraplén, fundación

nivel normal de operación, es decir en 2 155,5 msnm

y estribos, para medir infiltraciones, presiones de

y considerando oleaje.

poros, deformaciones y aceleración, tal como se describe en la Tabla 24.

Sismología. El estudio de evaluación desarrollado en el 2005 indicó que la principal fuente de actividad

Adicionalmente se hacen ensayos para medir

sísmica que incide en la presa La Fe es la falla

parámetros fisicoquímicos del agua infiltrada a

Romeral, la cual puede generar sismos cercanos

través de la presa, y se comparan con los valores

por estar sólo a 15 km del sitio de presa.

obtenidos en el embalse.

Tabla 23. Valores de aceleración máxima considerados para la presa La Fe Período de retorno (años)

Sismo

Aceleración horizontal máxima

Sismo básico de operación (580)

200

0,12 g

Sismo máximo probable (SMP)

500

0,16 g

2500

0,30 g

Sismo máximo creíble (SMC)

Tabla 24. Instrumentos en la presa La Fe Instrumento Medidor de infiltraciones

Cantidad

Parámetro

Infiltraciones a través de la presa y del lleno de refuerzo de la margen derecha

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en el terraplén y estribos

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en el terraplén y fundación de la presa

Pozo de observación de

Nivel freático en los estribos

Movimientos superficiales horizontales y verticales en la

nivel freático Punto de control superficial

presa y llenos de refuerzo Acelerógrafo

Aceleración en roca y en la presa

96 ®

eprIJ

eprYJ 97

Â®

Ingeniería de presas en EPM

7.7 PRESA SANTA RITA

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

Primera etapa: 1967 a 1969 Segunda etapa: 1973 a 1976

Diseñador Constructor

Integral S.A. (Colombia) Primera etapa: Impreber (Italia) e Impresit del Pacífico S.A (Perú). Segunda etapa: Entrecanales y Távora S.A (España) y Grandicon Ltda. (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

Presa Principal : 51,S m Presa Aux. 1: 32 m . Presa Aux. 11: 47 m

Nivel de la cresta

1 891,5 msnm

Longitud de la cresta

Presa Principal: 360 m Presa Au x. 1: 230 m. Presa Aux. 11: 220 m

Ancho de la cresta

10 m

Borde libre normal

4,5 m

Volumen

Presa Principal : 3 386000 m 3 Presas Auxiliares I y 11: 2 823 000 m 3

EMBALSE Fuente de abastecimiento

Río Nare

Caudal promedio de entrada

50,3 m 3/s

Volumen total

1 092,13 hm 3

Volumen útil

999,93 hm 3

Área tributaria

1 250 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

1 090 m3/s

Longitud

160 m

Ancho en el azud

80m

Nivel de vertimiento

1 887 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

No está habilitada

Capacidad

No aplica

eprrf

100

·i·i(·G@í@i(3·~i·fI[·~i·)t#14·~·

Ingeniería de presas en EPM

Figura 23. Planta de la presa Santa Rita

\ '~ 1\ \; ~ /

<Xl

00;.

"'r~ ~

<Xl <Xl

R <Xl Caseta de piezó met ros

'" e'

<Xl

\'01 Cl

\ 'OSCl

Ataguia 11

~ 7;;,

Plaza

\'O'OCl \'01 Cl

~<>

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\'O'OCl \'ObCl

1880

180m

PLANTA 101

11II".~M·~i¡M.~@~awna~a~~i~ti.·.~~~~·~CII~~~.~~~~~~'M~.«~••~~~"~________________________________________~I~n~g~e~n~ie~ñ~a~d~epresasenEPAA

Figura 24. Secciones de las presas Principal, Auxiliar I y Auxiliar 11 de Santa Rita

19'_ _

i i

Nivel normal 1887msnm

1891.5 1888

1884

1875 Colector de

1865

Roca I

--Suelo residual

meteorizad a

_ _ _.".--_.:.: 1845 Ataguia

Brecha co rtanujo

~oyroca __

descompuesta

~ccioneSde consolidacion

SECCiÓN PRESA PRINCIPAL - A

Roca

Limo y roca

descompuesta

descompuesta .~.

Nivel normal 1887msnm

Limo

Limoy roca descompuesta

•.-1891.5 ---"nclinado Filtro_ _

--:-::~-------::::======~:::t.--~\.-¡-~;: a" I \ _____ ~o <~o · \ \ ' Brecha cortaflujo

:\¿IJ', o¿'=' o

Residuos roca

~ ': ~I~.

.. '~

roca meteori zada

Limo roca descompuesta

~da

--<: \ ~

_~ . "J

¡'

~~ Roca meteorizada

SECCiÓN PRESA AUXILIAR I - B

1888

Nivel normal 1887rnsnm

. 1891.5

Roca

_ _ _ _~~~ eo~r~iz~ad~a~____ Contrapeso I _m_e~t~ \_\\.ti,\ ~~~;:::in=c~li~na~d~o~~~====~::~~~

Presa etapa I

e Pozos de drenaj_e _

~ dJJJ\\ jjJ~ I~\\

'1//

Li mo arenoso

Roca meteorizada

---50

SECCiÓN PRESA AU XILIAR 11 - C

102

epf'YJ

'00m

·i·i(.r;tmt.j¡[i·~i·n[·ij·l(M·~·

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. Esta presa, componente de la

Durante la primera etapa el vertedero era del tipo

infraestructura de la central Guatapé, hace parte

embudo con descarga a través de un túnel de 4,30 m

del aprovechamiento hidroeléctrico de los ríos

diámetro y 700 m de longitud. En la segunda etapa se

Guatapé y Nare situado al oriente del departamento

clausuró dicho vertedero mediante la construcción

de Antioquia, el cual comprende cuatro centrales:

de un tapón en concreto en el cual se dejaron las

la central Guatapé que aprovecha las aguas del río

previsiones necesarias para la instalación posterior

Nare y descarga al río Guatapé, aguas arriba de la

de una descarga de fondo, y para reemplazar el

central Playas; la central Jaguas que aprovecha las

vertedero tipo embudo se construyó uno excavado

aguas del rio Nare y descarga al embalse Playas;

en roca, revestido en concreto y con descarga libre,

la central San Carlos que aprovecha las aguas del

que termina en un deflector de chorro libre.

río Guatapé, reúne las descargas de las centrales anteriores, así como las aguas del río San Carlos. Las

El embalse asociado a esta presa, denominado Peñol-

centrales Jaguas y San Carlos son propiedad de la

Guatapé, tiene la característica de ser de regulación

empresa ISAGEN S.A.

multianual y uno de los más grandes del país.

Tanto la presa como el desarrollo hidroeléctrico de

Las aguas son conducidas a la casa de máquinas a

la central Guatapé se hicieron en dos etapas; cada

través de dos sistemas paralelos, correspondientes a

etapa comprendió la instalación de cuatro unidades

las dos etapas de construcción de la central; en cada

impulsadas por turbinas tipo Pelton de 70 MW cada

uno de los sistemas el agua es tomada por una torre

una, para una capacidad efectiva de 560 MW.

de captación de 50 m de altura, pasa inicialmente por

Al referirse a la presa Santa Rita, hay que tener en

de 4,9 km hacia la cámara de válvulas y desciende

cuenta que ésta la componen tres llenos mayores

hasta la casa de máquinas por una tubería de

denominados presa Principal, presa Auxiliar I y

presión que se bifurca para alimentar las cuatro

presa Auxiliar II y once llenos menores ubicados en

unidades generadoras, una vez turbinada el agua se

las divisorias de las vertientes de los ríos Guatapé y

evacua por un túnel de descarga de 4,6 km. La casa

Nare. Los llenos Cuatro y Nueve denominados zonas

de máquinas es subterránea y se encuentra a 650 m

bajas, son para cerramiento del embalse dado que la

de profundidad.

un pozo vertical, luego por un túnel de conducción

cima de la montaña está por debajo de la cresta de la presa, y los otros nueve llenos son denominados

Actualizaciones. Como resultado de un estudio de

de refuerzo, porque aunque su nivel superior está

evaluación detallado del comportamiento de esta

por encima del nivel de la cresta de la presa, se

presa desarrollado en 1998, se decidió construir

consideraron zonas delgadas que requerían refuerzo

las obras recomendadas con el fin de mejorar el

para aumentar la trayectoria de las infiltraciones

comportamiento de la presa Au xiliar 11 ante sismo

procedentes del embalse.

intenso, la zona de refuerzo Uno ante infiltraciones, y la zona de refuerzo Dos ante condiciones

La etapa I comprendió la construcción de una presa

hidrológicas excepcionales. En la presa Auxiliar

Principal de 30 m de altura, una presa Au xiliar de 20

11 las obras consistieron en la construcción de un

m de altura y un terraplén de refuerzo. En la etapa

contrapeso de ocho metros de altura en el talud

11 se continuó la construcción de la presa Principal

aguas abajo, de aproximadamente 123 000 m 3,

inmediatamente aguas abajo de la presa de la etapa

combinado con un sistema de drenaje compuesto

1, se construyó la totalidad de la presa Auxiliar I y se

por 18 pozos de 1,3 m de diámetro y 20 m de

continuó la construcción de la presa Auxiliar 11. Los

profundidad, conectados a su vez a un manto de

once llenos menores se construyeron durante la

drenaje de un metro de espesor. En la zona de

etapa 11.

refuerzo Uno se construyeron varios filtros para 103

captar infiltraciones procedentes del embalse y 3

62 200 m de llenos de refuerzo, y en la zona de

de consolidación primarias de 15 m y secundarias de 7 m de profundidad.

refuerzo Dos se construyó un muro en concreto reforzado de 210m de longitud, para elevar su

Las presas Auxiliares I y " quedaron fundadas

borde libre en 1,5 m. Adicionalmente, con el fin de

sobre suelo residual derivado de la cuarzodiorita.

mejorar el seguimiento al comportamiento de las

La presa Auxiliar I posee una brecha cortaflujo de

estructuras descritas y verificar la efectividad de las

menor profundidad que la de la presa Principal, la

obras construidas, se instalaron 48 instrumentos

cual durante construcción sirvió para garantizar

adicionales consistentes en piezómetros de alambre

el retiro de una gran bolsa de arcilla. La segunda

vibratorio, medidores de infiltración, inclinómetros,

etapa de la presa Auxiliar 11 quedó fundada sobre

medidores de asentamientos, puntos de control

el lleno de la primera etapa, el cual fue colocado en

superficial y piezómetros de tubo abierto. La

condiciones difíciles de fundación.

construcción de las obras anteriores estuvo a cargo del consorcio Heymocol-Gamma y se ejecutaron

Las presas se componen de varios materiales

en el período comprendido entre junio de 2004 y

distribuidos por zonas, compuestas fundamental-

mayo de 2005.

mente por roca descompuesta, roca descompuesta y limo, roca blanda y roca dura. La presa Principal

Geotecnia. En el sitio de la presa Santa Rita las

posee además un núcleo en limo, el cual debido al

rocas son principalmente cuarzodiorita y gabro del

fuerte invierno durante su construcción, tuvo que

Batolito Antioqueño, las cuales afloran solamente

mezclarse con roca descompuesta para facilitar su

en el lecho del río Nare; en algunos sitios se

compactación. Los materiales se obtuvieron en

presentan algunos diques intrusivos constituidos

su mayoría de la excavación del vertedero, pero

por granito de grano grueso, con espesores hasta

también de zonas de préstamo localizadas cerca a

de un metro. La descomposición en el sitio d e

los estribos.

presa de las rocas subyacentes ha formado una gruesa capa de suelo residual dispuesta en capas

Hidrología.

horizontales, cuyo espesor varía desde unos pocos

evaluación efectuado en 1998, se revisó la capacidad

Como

resultado

del

estudio

metros hasta 30 m y cuyo suelo predominante

hidráulica del vertedero, transitando por el embalse

corresponde a un limo arenoso de color pardo a

la creciente generada por la precipitación máxima

rojizo de baja plasticidad, con la característica de

probable, suponiendo el nivel del embalse en 1 888

que su densidad y resistencia aumentan con la

msnm, que corresponde al nivel de una creciente

profundidad.

base de 140 m 3/s. El valor obtenido de la creciente en la cola del embalse fue de 3372 m 3/s, la cual una

La segunda etapa de la presa Principal quedó

vez transitada resulta en un caudal de descarga por

fundada sobre el talud aguas abajo de la presa

el vertedero de 1 066 m 3/ s.

de la etapa I y sobre suelo residual, después de retirar la capa superficial y varias bolsas de arcilla encontradas durante la excavación . El estribo derecho quedó fundado sobre suelo residual

El borde libre normal de la presa es de4,s m yel borde libre mínimo de 0,91 m, y de 0,48 considerando el efecto del oleaje.

derivado de la descomposición del gabro y el estribo izquierdo sobre suelo derivado de la

Sismología. En el diseño inicial de la presa Santa Rita

cuarzodiorita. En la zona del lecho del río se retiró

se identificó que estaba localizada en una región de

la capa de material aluvial y algunas rocas aisladas.

actividad sísmica reconocida y que un sismo podría

En la presa Principal se construyó una brecha

ser el evento más peligroso durante su vida útil, sin

cortaflujo de 8 m de profundidad, con inyecciones

embargo el desarrollo del estado del arte en esa 104

eprrl

Ingeniería de presas en EPM

época no permitió hacer una evaluación detallada

de sismos en la presa Santa Rita con diferentes

del riesgo sísmico, ni un análisis del comportamiento

probabilidades de retorno se presentan en la Tabla

dinámico, sino que su diseño se orientó a identificar

25.

los posibles modos de falla de la presa durante un sismo y a adoptar las medidas preventivas en cada

En el caso de la presa Santa Rita se consideró

caso, tales como taludes

suaves en los terraplenes, cortina de drenaje ancha, borde libre conservativo,

conveniente utilizar un período de retorno de

contrapesos altos y un extenso manto de drenaje

estructuras, debido al gran volumen del embalse y a

sobre la fundación del talud aguas abajo.

los efectos que podría generar aguas abajo en caso

2 500 años, valor superior a lo usual en este tipo de

de un colapso. En 1991 se hizo por primera

vez un estudio de

amenaza sísmica en la zona del proyecto, el cual

Instrumentación. La presa Santa Rita cuenta con

fue actualizado con el estudio de evaluación de la

177 instrumentos ubicados la mayoría en las tres

presa en 1998. Los estudios anteriores indicaron

presas, y algunos en las zonas de refuerzo, para medir

que el principal aporte de la aceleración en el sitio

infiltraciones, presiones de poros, deformaciones

de presa proviene de la zona de Benioff asociada al

y aceleración, tal como se describe en la Tabla 26.

fenómeno de subducción de la placa de Nazca bajo

Adicionalmente se obtienen valores de parámetros

la placa Suramérica, con aportes parciales de las

fisicoquímicos del agua de infiltración, a la salida

fallas Cauca-Romeral y la falla Palestina. Los valores

de los drenes de las presas Principal y Auxiliar 1, y se

de aceleración horizontal máxima para la ocurrencia

comparan con los valores obtenidos en el embalse.

Tabla 25. Valores de aceleración máxima considerados para la presa Santa Rita Sismo

Período de retorno (años)

Sismo básico de operación (SBO) Sismo máximo probable (SMP) Sismo máximo creíble (SMC)

Aceleración horizontal máxima

200 500 2500

0,15 9 0,22 9 0,31 9

Tabla 26. Instrumentos en la presa Santa Rita Instrumento Medidor de infiltraciones

Cantidad 13

Parámetro Infiltraciones a través de los sistemas de drenaje de las tres presas y de las zonas bajas Uno y Cuatro. Adicional mente aguas superficiales en la presa Auxiliar I e infiltraciones a través de la zona de refuerzo Ocho

Piezómetro de alambre vibratorio

Presiones de poros en la fundación y terraplén de la presa Auxiliar 11

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en las tres presas

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en la fundación y terraplén de la presa Principal

Pozo de observación

Nivel freático en las zonas de refuerzo

Punto de control superficial

Movimientos superficiales horizontales y verticales en las tres presas y en la zona de refuerzo Uno

Inclinómetro

Deformaciones en profundidad en la presa Auxiliar 11

Medidor de asentamiento

Asentamientos en la presa Auxiliar 11

Acelerógrafo

Aceleración en roca y en las crestas de las tres presas 105

106

••i¡·[,Mia·~i·g[·~i·'m1.~.

Ingeniería de presas en EPM

7.8 PRESA EL BUEY

Datos técnicos Propósito

Abastecimiento de agua

Período de construcción

1981 a 1983

Diseñador

Hidrociviles Ltda. (Colombia)

Constructor

Grandicon Ltda. (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

23 m

Nivel de la cresta

2053 msnm

Longitud de la cresta

47m

Ancho de la cresta

10 m

Borde libre normal

8,9 m

Volumen

75000 m3

EMBALSE Fuente de abastecimiento

Río Buey

Caudal promedio de entrada

8,5 m3/s

Área tributaria

143,1 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

620 m3/s

Longitud

60,5 m

Ancho en el azud

14m

Nivel de vertimiento

2045,1 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección rectangular de 22,7 m 2 y 240 m de longitud

Capacidad estimada

20 m 3/s

107 ®

eprYJ

·i·i(·tim¡[i·~i·GI[·~i·l¡M·~·

Ingeniería de presas en EPM

Figura 25. Planta y sección principal de la presa El Buey /

)

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Cllll

oCl

Ve rtedero

PLANTA

-'""'~'"

"o'"

", A.

w 60 Muro Pa rapeto

2053

2050.30

2050

Nivel normal 2045.63 msnm

Pozo de inspección y renaje

2044

Preataguia

Arena limosa

2038

Filtro inclinado

2037

Roca dura

Arena limosa

Material hetereogeneo

<""

meteo ri zada

Colecto r de drenaje

corta fl ujo

SECCION PRINCIPAL 108

••i(·t;m!a·~i·t5J[·~i·)¡41·~·

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa El Buey, localizada en el

arenoso de tres metros de profundidad y 10m de

municipio de La Ceja, es empleada para aumentar el

ancho en el fondo, a partir de la cual se construyeron

abastecimiento de agua del embalse La Fe. Con esta

tres cortinas de inyecciones.

presa se desvían dos metros cúbicos por segundo de agua del río Buey al río Piedras, mediante un 2

La presa es del tipo zonificada, compuesta en la zona

túnel de conducción de 2 340 m y 10,4 m de

aguas arriba del filtro inclinado por arena limosa, y en

sección; posteriormente en el río Piedras, se captan

la zona aguas abajo, por varios materiales entre los

y bombean cuatro metros cúbicos por segundo

que se destacan una mezcla de roca blanda y roca

de agua que se descargan en la cabecera del río

descompuesta, roca blanda y roca dura. Su sistema

Pantanillo, caudal que fluye por su cauce hasta la

de drenaje se compone de un filtro

estación de bombeo Pantanillo, en donde es enviado

inclinado de 1,5 m de espesor, un manto de drenaje

al embalse La Fe.

en la pata de la presa y un colector de drenaje de

chimenea

dos metros de altura. El vertedero es un canal abierto excavado en roca, revestido en concreto, sin compuertas, con un pozo

Hidrología. El vertedero se diseñó de tal manera que

de aquietamiento en el extremo de aguas abajo.

pudiera evacuar un caudal de diseño de 850 m3/ s, correspondiente al 73% de la creciente generada

Actualizaciones. El diseño de la presa El Buey fue

por la precipitación máxima probable.

revisado en el año 2005, con el fin de actualizarlo a los nuevos criterios, especialmente en lo concerniente

El borde libre normal incluyendo el muro parapeto

al aspecto sísmico. Atendiendo las recomendaciones

es de 8,9 m y el borde libre mínimo es de 1,8 m, el

de dicha revisión, en el año 2007 se construyeron

cual se obtuvo transitando por el embalse el caudal

obras de actualización consistentes en:

de diseño, estando éste en el nivel normal de operación, es decir en 2 045,1 msnm.

• Realce de la presa mediante un muro en concreto reforzado de un metro de altura,

Sismología. El estudio de evaluación desarrollado

con el fin de aumentar su borde libre para

en el año 2005 indicó que la principal fuente de

evitar desbordamientos por asentamiento o

actividad sísmica que incide en la presa El Bueyes

deslizamiento en el terraplén en caso de sismo.

la falla Romeral, la cual genera sismos cercanos por

• Reemplazo del material de lleno detrás del muro

estar a seis kilómetros del sitio de presa.

derecho del vertedero, debido a que presentaba baja densidad. • Mejoras estructurales en la torre de compuertas del conducto de desviación.

Los valores de aceleración horizontal máxima para la ocurrencia de sismos en la presa El Buey, con diferentes períodos se presentan en la Tabla 27.

Geotecnia. Las condiciones geológicas de la presa

Inst rumentación. La

presa El

Buey tiene 29

El Buey son muy similares a las de la presa la Fe.

instrumentos ubicados en el terraplén y la fund ación,

Es un terraplén construido con suelos residuales

para medir presiones de poros y deformaciones, tal

provenientes de una roca metamórfica tipo neis,

como se describe en la Tabla 28.

sobre suelos de la misma formación geológica. El tratamiento de la fundación consistió en retirar

un metro de espesor de material aluvial, quedando la presa apoyada sobre suelo residual. La fundación tiene una brecha cortaflujo conformada con limo 109 @

eprYJ

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 27. Valores de aceleración máxima considerados para la presa El Buey Período de retorno (años)

Sismo

Aceleración horizontal máxima

200 500 2500

Sismo básico de operación (SBO) Sismo máximo probable (SMP) Sismo máximo creíble (SMC)

Tabla 28. Instrumentos en la presa El Buey

Instrumento Piezómetro de tubo abierto Piezómetro neumático Punto de control superficial

Cantidad 4 13 12

Parámetro Presiones de poros en la fundación

y terraplén

Presiones de poros en la fundación y terraplén Movimientos superficiales horizontales y verticales en la presa

110 ti ..

111

112

7.9 PRESA PLAYAS

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1983 a 1987

Diseñador

Sedic Ltda . (Colombia)

Constructor

Mendes Junior S.A. (Brasil), Techint Engineering Company inc. (Argentina), y Conconcreto S.A. (Colombia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

65 m

Nivel de la cresta

987 msnm

Longitud de la cresta

460 m

Ancho de la cresta

12 m

Borde libre normal

12 m

Volumen

2878300 m 3

EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Río Guatapé y descarga del río Nare a través de las centrales hidroeléctricas Guatapé y Jaguas

Volumen total

72,6 m3/s 78,84 hm 3

Volumen útil

49,65 hm 3

Área tributaria

296 km 2

Caudal promedio de entrada

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

2800 m3/s

Longitud

385 m

Ancho en el azud

61 m

Nivel de vertimiento

975 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

No está hab ilitada

Capacidad

No aplica

113

Ingeniería de presas en EPM

Figura 26. Planta y sección principal de la presa Playas

J"q ~()

~ =-:==-::-~ ~

='¡ rr===='=f=====~ :jJ ¿

9SS

Tune l de desviación

compuertas

Tun el de

conducción

PLANTA

134

146

T T Manto drenaj e

Nivel normal 975 msnm --=4',1

95 2

963

.1§L

950

Pozo de inspección

y renaje

.3:/

' ~~-Contrapeso

Contrapeso

Suelo res idual ",

Roca sana

SECCION 114 PRINCIPAL

epl'l)'"

.i.i(·[3Mia·~i·rw[·~i·]4i·~·

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Playas, localizada en

El embalse no posee descarga de fondo; aunque

el municipio de San Rafael, hace parte de la

existe el conducto que formaba parte de la

infraestructura del desarrollo hidroeléctrico del

desviación durante la construcción, éste se cerró en

oriente del

forma definitiva con un tapón de concreto localizado

departamento de Antioquia,

que

aprovecha el potencial hidroeléctrico de los ríos Nare

aguas abajo del pozo de compuertas.

y Guatapé. La central Playas tiene una capacidad efectiva de 201 MW, distribuida en tres unidades

Actualizaciones. En el año 2002 se hizo una

impulsadas por turbinas tipo Francis de eje vertical.

evaluación detallada del estado general de la presa mediante el análisis y evaluación integral

El terraplén de 65 m es alto, comparado con

del comportamiento de toda la instrumentación

las anteriores presas de tierra construidas en

instalada,

Antioquia sobre los materiales del Batolito. Es una

componentes y análisis de flujo, así como la

inspección de

las

detallada

características

todos de

sus

presa moderna, la cual además de los criterios de

evaluación

diseño ya mencionados como el drenaje interno

construcción y operación en relación con los criterios

diseño,

y los contrapesos sobre los llenos, introduce una

actuales de diseño. De dicho estudio se concluyó que

nueva modificación a los diseños en procura de

el estado de la presa era excelenteyque sólo requería

la estabilidad, el borde libre, que en este caso es

de la instalación de instrumentación adicional para

de 12 m de altura entre la cresta del vertedero y la

mejorar el seguimiento a su comportamiento.

cresta del terraplén, lo cual minimiza el riesgo de sobrevertimiento, una de las principales causas de

Geotecnia. El sitio de la presa Playas está localizado

falla en presas de tierra.

en la formación del Batolito Antioqueño, cuya roca predominante es de composición cuarzodiorítica;

La presa se compone de un terraplén principal

ésta varía desde roca muy fracturada y meteorizada,

sobre el lecho del río Guatapé y de un lleno sobre

hasta roca no meteorizada y masiva en la parte más

la cañada de la quebrada denominada La Falla, en el estribo izquierdo. Existen además tres llenos de refuerzo menores, uno sobre el estribo derecho en el lado aguas arriba de la presa, sobre la cañada de la quebrada Culebritas, otro sobre el mismo estribo

profunda, cerca al cauce del río Guatapé, donde aflora puntualmente. La capa de suelo residual varía entre 35 y 40 m, es más gruesa hacia aguas arriba del eje de la presa y está compuesta en su mayoría por limos arenosos y arenas limosas.

del lado aguas abajo, denominado Manto de Aguas Abajo y otro en el contrafuerte izquierdo entre la hoya de la quebrada La Granja y el río Guatapé. El vertedero, localizado en el estribo derecho, es del tipo canal abierto con descarga libre, con un deflector en el extremo aguas abajo, el cual descarga a un pozo de impacto de 35 m de ancho. La captación es una torre sumergida localizada sobre el conducto de desviación con seis entradas, protegidas por rejas coladeras. La casa de máquinas es subterránea a 200 m de profundidad, tiene 86,8 m de longitud, 17,4 m de ancho y 30 m de altura .

La presa en la zona del lecho del río quedó fundada sobre saprolito, compuesto por arenas limosas, con bolas de roca del orden de dos a cuatro metros las cuales fueron retiradas; en los estribos quedó fundada sobre limo arenoso después de retirar una capa superficial de limo arcilloso y material inadecuado de 2,5 m de espesor. También hubo necesidad de retirar un depósito de coluvión en el estribo derecho y un depósito de arcillas en el estribo izquierdo. En esta presa no se construyó brecha cortaflujo ni cortina de inyecciones. El cuerpo principal de la presa está formado por limos arenosos y arenas limosas caracterizados por

115 ®

eprt)

-------- --- ---

Ingeniería de

pres~

en EPM

presentar humedades naturales por encima de la

Sismología. Aunque en la zona se han identificado

humedad óptima del Proctor estándar. Lo anterior

algunas fallas importantes, tales como Palestina, Otú,

sumado a la alta

pluviosidad de la zona y a la

Nus y Balseadero, solamente la última se encuentra

escasez de materiales granulares para incorporar al

en la zona del proyecto hidroeléctrico Playas, pero

terraplén, dificultó su compactación y generó altas

sin influencia en las obras civiles. Localmente se

presiones de poros durante su colocación.

presentan fallas secundarias, tales como Dantas, El Cardal y El Alto Totuma, que junto con la falla

El sistema de drenaje se compone de un dren

Balseadero, constituyen las discontinuidades más

chimenea inclinado de cuatro metros de ancho

importantes. La sismicidad de la zona está catalogada

y extensos mantos de drenaje que cubren toda

como de media a baja y la sismicidad histórica no

la fundación de la presa aguas abajo del dren,

tiene registro de la ocurrencia de sismos mayores a

extendiéndose hacia los estribos y hacia las cañadas

magnitud seis.

de los llenos de refuerzo. El espesor de estos mantos es variable entre un metro en las cañadas y cuatro

Aunque no se tiene registro de los análisis detallados

metros en el lleno de la presa. Adicionalmente . del

comportamiento

dinámico,

adoptaron

se incorporaron a distintas alturas del terraplén

medidas defensivas para enfrentar los efectos

mantos de drenaje para aumentar la consolidación

de un sismo, entre las cuales se destacan: filtro

y la resistencia durante sismo.

grueso tipo chimenea y manto de drenaje con un colector drenante de tres capas en el lecho del río

Con el fin de controlar la filtración en el estribo

para control de grietas, borde libre normal amplio y

izquierdo y para dar salida a las infiltraciones del

corona ancha, ambos de 12 m, para atender posibles

terraplén sobre la cañada de la quebrada La Falla,

asentamientos del terraplén, taludes suaves en la

se construyó una galería de drenaje en la zona

cara aguas arriba, incorporación de los materiales

aguas abajo de dicho estribo, compuesta por tres

más gruesos en la zona del talud aguas arriba, para

..,

ramales con una longitud total de 311 m, de sección

lograr mayores densidades en la zona sujeta a mayor

variable tipo bóveda, protegida con lámina metálica

deformación y confinamiento de los taludes aguas

corrugada y revestida en concreto convencional.

arriba yaguas abajo con contrapesos.

En uno de los ramales se construyó una cortina de drenaje con 98 perforaciones.

Instrumentación. La presa Playas cuenta con 102 instrumentos ubicados en el terraplén, fundación

Hidrología. El vertedero se diseñó de tal manera

y llenos de refuerzo, para medir infiltraciones,

que pudiera evacuar un caudal de 2 800 m 3/s,

presiones de poros, deformaciones y aceleraciones,

correspondiente a la creciente en el sitio de presa

tal como se describe en la Tabla 29.

generada por la precipitación máxima probable. Adicionalmente se obtienen valores de parámetros El borde libre normal es de 12 m y el borde libre mínimo es de 3,5 m sin considerar oleaje.

fisicoquímicos del agua de infiltración, a la salida de los drenes de la presa y de la galería de drenaje y se comparan con los valores obtenidos en el embalse.

De todas las presas de EPM, Playas es la que posee el mayor borde libre normal, en cuya estimación influyó no sólo el criterio hidráulico, si no el nivel del azud definido teniendo en cuenta la restricción de no afectar la cabecera del municipio de San Rafael.

116

eprYJ'"

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 29. Instrumentos en la presa Playas

Instrumento

Cantidad

Medidor de infiltraciones

Parámetro Infiltraciones a través de la presa, a la salida de la galería de drenaje y en la quebrada Sin Nombre

Piezómetro de alambre vibratorio

Presiones de poros en la fundación del terraplén aguas abajo de la presa

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en el terraplén aguas abajo de la presa, en la zona de la galería de drenaje y en el lleno de refuerzo La Granja

Piezómetro neumático

Presiones de poros en los estribos, en la zona de la galería de drenaje y en el lleno de refuerzo La Granja

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en el terraplén y fundación de la

Movimientos superficiales horizontales y verticales

presa, distribuidos en tres secciones Punto de control superficial

en la presa Acelerógrafo

Aceleración en roca yen la presa

117 @

ep,,?

118

.i.ii·t;(#ji@¡[i·~i·g[·~i·]kM·~·

Ingeniería de presas en EPM

7.10 PRESA RIOGRANDE 11

Datos técnicos Propósito

Generación de energía y abastecimiento de agua

Período de construcción

1985 a 1988

Diseñador

Integral S.A. (Colombia)

Constructor

Cubiertas y Mzov S.A. (España) Torno S.P.A. (Italia)

PRESA Tipo

Tierra

Altura

65 m 2280,5 msnm 460 m 10 m 10,5 m 2800000 m 3

Nivel de la cresta Longitud de la cresta Ancho de la cresta Borde libre normal Volumen EMBALSE Fuentes de abastecimiento

Río Grande, río Chico y quebrada Las Ánimas

Caudal promedio de entrada Volumen total Volumen útil Área tributaria

33,4 m3/s 240,58 hm 3 138,96 hm 3 1 041 km 2

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, sin compuertas

Capacidad

2040 m3/s 367 m 40m 2270 msnm

Longitud Ancho en el azud Nivel de vertimiento DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto de sección circular de 3,5 m de diámetro y 896 m de longitud

Capacidad

53 m 3/s

119

- de resas en __ EPM Ingeniena e ¡.;p=:.:::.::...;.... -_---.--:--"'--

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100m

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PLANTA

'" .~~ !'!"O

245

'"u '" o -'"

¡¡¡-

Ataguía principal 6: 1

\\ 1'\ 3:1

Contrapeso

SECCION PRINCIPAL 120 ®

eprlJ

"O '" ", "O

Filtro inclinado

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Riogrande 11, localizada

presa, mediante el análisis y evaluación integral

al nororiente de Medellín, en el municipio de

del comportamiento de toda la instrumentación

Donmatías, hace partedel aprovechamiento múltiple

instalada,

Riogrande 11, constituido por la central La Tasajera,

componentes y análisis de flujo, así como la

cuya capacidad efectiva es de 306 MW; por la central

evaluación

Niquía, con una capacidad efectiva de 19 MW y por

construcción y operación en relación con los

la planta de potabilización de agua Manantiales, con

criterios actuales de diseño. De dicho estudio se

inspección de

las

detallada

de todos

características

sus

diseño,

una capacidad de seis metros cúbicos por segundo,

concluyó que la presa Riogrande 11 presentaba un

empleada para el suministro de agua potable a la

comportamiento satisfactorio, de acuerdo con

zona norte y central del área metropolitana del Valle

lo esperado, por lo tanto no requirió de estudios

de Aburrá. Como beneficios adicionales se incluyen

adicionales, obras de actualización ni instalación de

los originados por la descarga al río Medellín del

instrumentación adicional.

agua turbinada en la central La Tasajera, con la cual se logra además del saneamiento del río Medellín

Geotecnia. La presa Riogrande 11 se localiza a unos

por disolución de las aguas, recreación en el parque

tres kilómetros aguas abajo de la desembocadura

de Las Aguas.

del río Chico al río Grande, en una zona en la que el río presenta un cauce amplio y estable, enmarcado

Riogrande 11 es la presa de tierra más reciente de

por vertientes saprolíticas desarrolladas sobre suelos

EPM y junto con la presa Playas, su antecesora, son

residuales del Batolito Antioqueño, cuya rocas

las presas de tierra más altas de esta entidad, con

predominantes son graníticas, con composición

una altura de 65 m.

variable entre granodiorita y cuarzodiorita. Debido a la abundancia defeldespato,a su intensa fracturación

El vertedero es un canal abierto sin compuertas, excavado en roca, revestido en concreto, con un deflector salto de esquí en el extremo de aguas abajo.

ya las condiciones ambientales de abundante lluvia, estas rocas se meteorizan profundamente formando en el sitio de presa una capa de suelo residual de hasta 40 m de espesor.

La captación es una torre de 44,S m de altura con

Para la fundación de la presa se retiraron en promedio

cuatro bocatomas, dos para alimentar la central

dos metros de espesor de material compuesto por

La Tasajera y dos para la central Niquía. La casa de

depósitos de origen aluvial y coluvial, quedando la

máquinas de la central La Tasajera, en la cual se

presa apoyada sobre suelo residual en el tramo de

alojan tres turbinas tipo Pelton, es una caverna a 660

aguas arriba del filtro y sobre una zona de roca sana

m de profundidad, de 67 m de largo, 17 m de ancho

en el tramo aguas abajo del mismo. Los estribos

y altura máxima de 27 m. La casa de máquinas de la

quedaron también sobre suelo residual, después

central Niquía es superficial y alberga una turbina tipo

de retirar una pequeña bolsa de arcilla en el estribo

Pelton, que descarga a un tanque de compensación,

derecho y una zona de coluvión en el estribo

desde el cual se abastece la conducción de la planta

izquierdo en ambos casos reemplazadas con limo.

de tratamiento Manantiales.

La mayor parte del vertedero quedó fundada sobre roca sana, con una cortina de 31 inyecciones de 15 m

La presa Riogrande

recopiló toda la experiencia

en diseño y construcción de presas de tierra en el

de longitud, con el fin de impermeabilizar la zona de entrada al vertedero.

departamento de Antioquia. La presa de tipo zonificada, consta de un núcleo Actualizaciones. En el año 2004 se hizo una

compuesto en su mayoría por arena limosa, con

evaluación detallada del estado general de la

algunas zonas de limo de baja compresibilidad, con 121

eptlJ'"

".i(·Gtmt.ji[i·~i·fI[·~i·)m1.~.

Ingeniería de presas en EPM

terraplenes estabilizadores aguas arriba yaguas

Sismología. La principal fuente de actividad sísmica

abajo en material misceláneo y unos contrapesos

identificada en la zona de influencia de la presa

en tierra. Los suelos empleados para el terraplén

Riogrande 11 está asociada a la zona de subducción,

presentaron la característica de tener una humedad

la cual se encuentra a una profundidad entre 60 y

natural muy por encima de la humedad óptima

150 km por debajo del sitio de presa y en la que se

obtenida en el ensayo Proctor estándar.

espera la generación de sismos con magnitudes entre 7,2 y 7,5. No se espera mayor aporte de

El sistema de drenaje se compone de un filtro

otras fallas cercanas al sitio de presa, tales como

inclinado, una red de colectores y mantos de drenaje

Donmatías, Rio Chico y La Correa, entre otras.

sobre la fundación. El filtro está ubicado aguas abajo del eje de la presa, con un espesor máximo de cinco

Al igual que para las presas construidas antes de

metros. Tiene en su base un colector de drenaje de 12

Riogrande 11, se aplicaron criterios conservadores

mdeanchopordosmetrosdealtura,elcualdescarga

para resistir las fuerzas sísmicas tales como taludes

a su vez al colector de drenaje principal, ubicado en

suaves en los terraplenes, cortina de drenaje ancha,

el antiguo lecho del río, de 13 m de ancho y altura

borde libre conservativo, contrapesos extensos y

variable entre 1,5 Y 2 m, y termina en una tubería sin

manto de drenaje sobre la fundación del talud aguas

perforar de un metro de diámetro. Adicionalmente

abajo que se extienden hacia los estribos.

aguas abajo del filtro la presa posee tres colectores de drenaje de seis metros de ancho ubicados en las

Instrumentación. La presa Riogrande 11 cuenta con

cañadas principales y un manto de drenaje que se

94 instrumentos distribuidos en varias secciones

extiende por la superficie de la fundación y laderas,

y ubicados en el terraplén, fundación y zonas

con espesor variable entre 1 y 1,5 m, conectados al

adyacentes, con el objeto de medir infiltraciones,

colector principal.

presiones de poros, deformaciones y aceleraciones,

.,.

tal como se describe en la Tabla 30.

Hidrología. El canal en concreto del vertedero se diseñó para evacuar, una vez transitada por el

Para controlar las infiltraciones provenientes del

embalse, la creciente con un período de retorno

embalse a través de los estribos y de unas zonas

de 500 años, capacidad que fue verificada con un

identificadas como delgadas, se aforan varias

modelo físico, encontrándose un valor de 1 440 m / s.

quebradas y nacimientos ubicados aguas abajo del

Adicionalmente se tomaron medidas para evacuar

embalse.

la creciente máxima probable en el sitio de presa de 1 818 m 3/ s por el canal completo del vertedero,

Adicionalmente se hacen ensayos para medir

es decir incluyendo la zona en roca no revestida en

parámetros fisicoquímicos a la salida del colector de

concreto.

drenaje de la presa y se comparan con los valores obtenidos en el embalse.

El borde libre normal de la presa es de 10,5 m y el borde libre mínimo de 1,72 m, obtenido al transitar

En el año 2008 se automatiza ron todos los pozos de

la creciente máxima probable, estando el embalse

observación, el medidor de infiltraciones y nueve

en el nivel normal de operación, es decir en 2270

piezómetros hidráulicos, con transmisión de datos

msnm . El borde libre mínimo varió un poco con

hasta la oficina principal.

relación al definido en el diseño original, el cual era de 2,16 m, con base en un ajuste a la curva de calibración del vertedero obtenida por el Área Hidrometría e Instrumentación en el año 1993.

122 ®

ep,,?

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 30. Instrumentos en la presa Riogrande 11 Instrumento

Cantidad

Medidor de infiltraciones

Parámetro Infiltraciones a través de la presa, a la salida del colector de drenaje

Piezómetro de alambre vibratorio

Presiones de poros en el terraplén, aguas arriba del filtro

Pozo de observación

Posición del nivel freático en los estribos

Piezómetro neumático

Presiones de poros en la zona adyacente a la margen izquierda, aguas abajo del vertedero

Piezómetro hidráulico

Presiones de poros en el terraplén y fundación de la presa, en cuatro secciones de la presa

Punto de control superficial

Acelerógrafo

Aceleración en roca y en la presa

Celda de presión total

Presiones horizontales y verticales totales en la

Movimientos superficiales horizontales y verticales en la presa

parte inferior del núcleo de la presa

123

124

Ingeniería de presas en EPM

7.11 PRESA POReE 11

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

1994 a 2001

Diseñador

Integral S.A. (Colombia)

Constructor

Contrato inicial: Astaldi, Federici, CMC di Ravenna, Recchi (Empresas de Italia), yTopco (Colombia) Contrato final : Conconcreto (Colombia) y Dragados (España)

PRESA Tipo

Mixta: de gravedad tipo RCC y tierra

Altura

122 m

Nivel de la cresta

Presa de RCC: 928 msnm Presa de tierra: 933 msnm

Longitud de la cresta

Presa de RCC: 455 m Presa de tierra: 114 m

Ancho de la cresta

Volumen

Presa de RCC: 1 300 000 m 3 Presa de tierra: 1 485 000 m 3

EMBALSE Fuente de abastecimiento

Río Porce

Caudal promedio de entrada

118,2 m 3/s

Volumen total

231,16 hm 3

Volumen útil

96,18 hm 3

Área tributaria

3020 km 2

Nivel máximo de operación

924,5 msnm

Nivel normal de operación

922,7 msnm

VERTEDERO Tipo

Canal abierto, controlado con cuatro compuertas radiales

Capacidad

3200 m 3/s estando en el nivel normal de operación

Longitud

95 m

Ancho en el azud

56m

Nivel del azud

911,4 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto blindado en la fundación de la presa de RCC, de sección circular de 3,2 m de diámetro y rectangular de 2,5 por 3,2 m, de 110m de longitud.

Capacidad

255 m 3/s (embalse en el nivel 911,4 msnm)

125

epfYJ

Ingeniería de presas en EPM

Figura 28. Planta y sección principal de la presa Parce "

~- z '--85

c;:'].

(a seta de

Operación

PLANTA

65 928.00

l¡

100m

----Z77i?

Co mpuerta rad ial

Nive l normal 922.70 m sn m

911 .40

Vertedero

Galerias

losa de / protecclon

Perfi l aproximado

e roca

SECCI ON PRI NCIPAL 126

eprIJ

Roca sana

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Porce 11, localizada

y hasta la mitad del estribo derecho afloran rocas

departamento de Antioquia, en

tipo cornubianas, mientras que en la mitad superior

jurisdicción de los municipios de Amalfi y Gómez

del estribo derecho está conformada por suelos

Plata, es del tipo mixta, formada por una presa de

residuales del Batolito Antioqueño.

nordeste del

gravedad en concreto compactado con rodillo (RCC) y una presa de tierra que abraza parte de

En el sector de la presa las cornubianas tienen un alto

la de concreto, localizada en la margen derecha.

contenido de cuarzo, por tanto la roca se meteoriza

Incorporada a la presa de RCC se encuentra el

muy poco y aflora en la superficie, mientras

vertedero, la descarga de fondo y la torre de

que la cuarzodiorita del Batolito Antioqueño se

captación.

descompone en suelos profundos, y la roca sana se encuentra a 40 m de profundidad.

Su construcción inició en noviembre de 1994 por un consorcio Colombo Italiano y finalizó en abril

Esta condición permitió diseñar y construir una

de 2001 por un consorcio Colombo Español. Su

presa mixta, con un cuerpo principal de RCC

construcción estuvo suspendida entre enero y

apoyado sobre cornubianas y un terraplén de limos

noviembre de 1999 .

para completar el lleno de la presa sobre la margen derecha, donde por las condiciones de fundación

La presa Porce 11 fue la primera diseñada y construida

no era posible colocar otro tipo de materiales.

en Colombia con la tecnología de RCC, con amplia participación de la ingeniería nacional.

Para controlar la subpresión y las infiltraciones a través de la fundación, la presa cuenta con una

Esta presa forma un embalse empleado para

cortina de inyecciones y una cortina de drenaje. La

generación de energía eléctrica en la central

cortina de inyecciones llena las discontinuidades

subterránea denominada Juan Guillermo Penagos,

de la roca de fundación, creando una barrera para

localizada a 240 m de profundidad, la cual alberga

reducir las infiltraciones. La cortina de drenaje,

tres turbinas Francis, con una capacidad efectiva de

consistente en una línea de drenes dispuestos en la

405 MW.

fundación y en el cuerpo de la presa, aguas abajo de la cortina de inyecciones, colecta el agua que

El vertedero es controlado por cuatro compuertas

logra atravesar la cortina de inyecciones y el cuerpo

radiales de 11 m de ancho por 14 m de altura, de las

mismo de la presa.

cuales las dos centrales poseen solapa para evacuar materiales flotantes en el embalse.

Las perforaciones de la cortina de inyecciones, de 50 m de profundidad aproximadamente, se

Geotecnia.

presa

Porce

presenta

unas

distribuyeron a lo largo de la fundación de la presa,

condiciones geológicas particulares. En el sitio

siguiendo la línea de las galerías en la fundación y

de presa el Batolito Antioqueño se encuentra en

la galería del nivel 820,3 msnm. Las perforaciones

contacto con otras rocas de diferente naturaleza

de la cortina de drenaje de 50 m de profundidad

y origen, desarrollando alrededor de la zona

máxima, se hicieron desde las galerías localizadas

de contacto una franja de rocas denominadas

en los niveles 816,1 Y 820,3 msnm, con inclinación

cornubianas, de varias decenas y hasta centenas de

respecto a la vertical de 15° hacia aguas abajo y

metros de espesor.

cuatro metros de separación.

Esta condición permite que la fundación de la presa

El sistema de drenaje de la presa de RCC está forma-

se presente de manera diferente, dado que sobre

do por un sistema de galerías localizadas tanto en la

la margen izquierda del río, en el lecho del mismo

fundación como en el cuerpo de la presa. Las galerías 127 ®

eprYJ

-----------------------------------Ingeniería de presas en EPM de la fundación se localizan en los estribos, van

931,30 msnm, pero sin sobrepasar la cresta del lleno

paralelas al eje de la presa, son de sección abovedada

de refuerzo.

de tres metros de ancho por tres metros de altura y recolectan las infiltraciones provenientes de la roca

Sismología. La principal sismofuente que incide

de fundación, que a su vez son interceptadas por

en el sitio de presa es la zona de Benioff asociada

la cortina de drenaje. Las galerías del cuerpo de la

al fenómeno de subducción de la placa de Nazca

presa son de sección cuadrada, de tres metros de

bajo la placa Suramérica, con aportes parciales de

lado y también están dispuestas en sentido paralelo

las fallas Cauca-Romeral y Espíritu Santo. El valor

al eje de la presa. Se localizan en los niveles 816,1,

del sismo máximo creíble esperado en el sitio de

820,3, 850,3 Y 889,3 msnm, interconectadas entre

presa, es 0,23 g Y el sismo máximo probable para un

sí con perforaciones de drenaje. Adicionalmente,

período de retorno de 1 000 años, es 0,18 g.

la presa tiene una serie de galerías transversales, aproximadamente normales al eje de la presa, con

Instrumentación. La presa Porce II posee 278

salida en la cara de aguas abajo de la presa, las

instrumentos, para medir infiltraciones, presiones

cuales sirven de acceso al sistema de galerías y para . de poros, deformaciones, temperatura yaceleración, la evacuación de las infiltraciones.

ubicados tanto en el cuerpo de las presas, como en sus fundaciones y zonas adyacentes, tal como se

La presa de tierra, o también llamada lleno de

describe en la Tabla 31.

refuerzo, está conformada con limos arenosos provenientes de suelos residuales de la cuarzo-

Adicionalmente se obtienen valores de parámetros

diorita, los cuales están protegidos por llenos de

fisicoquímicos del agua de infiltración, a la salida

roca tanto aguas arriba como hacia la pata del talud

de los sistemas de drenaje y se comparan con los

de aguas abajo. El sistema de drenaje se compone

valores obtenidos en el embalse.

· to

de un filtro inclinado ubicado aguas abajo del eje de la presa, de cinco metros de espesor, unido a un manto de drenaje de dos metros de espesor sobre la fundación de la presa.

Hidrología. El vertedero se diseñó para una creciente de 10 000 años de período de retorno, lo que equivale a un caudal de 8 000 m 3/s el cual una vez transitado por el embalse resulta en un caudal en el sitio de presa de 5 960 m 3/s, que serían evacuados completamente por el vertedero. En estas condiciones el embalse alcanzaría el nivel 928,23 msnm, quedando un borde libre mínimo de más de un metro, sin sobrepasar el muro parapeto de la cresta de la presa de RCC. Sin embargo, si se llegara a presentar la creciente máxima probable, el vertedero de todas formas podría evacuar 7 820 m 3/s y el resto, 1 200 m 3/s, pasarían por encima de la cresta del muro parapeto de la presa de RCC, alcanzando el embalse el nivel

128

• • i¡·[íjmw¡[;·~jttfl[·~i·]t:M·~·

Ingeniería de presas en EPM

Tabla 31. Instrumentos en la presa Paree" Instrumento

Cantidad

Parámetro

Medidor de infiltraciones

Infiltraciones a través de la presa y de la fundación

Piezómetro de alambre vibratorio

Presiones en la fundación yen el cuerpo de ambas presas

Piezómetro de tubo abierto

Pozo de observación

Niveles freáticos en los estribos

Movimientos horizontales y verticales en la cresta

Punto de control superficial

Presiones en el estribo de la margen izquierda

de la presa, y en el estribo de la margen izquierda Péndulo (directo e invertido)

Verticalidad de la presa de RCC

Extensómetro de posición múltiple

Deformación de la fundación de la presa de RCC

Medidor de asentamiento

Asentamientos del terraplén y fundación de la presa de tierra

Medidor de junta

Apertura o cierre de juntas de contracción de la presa de RCC

Termómetro

106

Temperatura de la presa de RCC

Acelerógrafo

Aceleración en roca yen la presa

129

130

.i.i¡·t;M¡N·~j·mI[·~i·]¡M·~·

Ingeniería de presas en EPM

7.12 PRESA POReE 111

Datos técnicos Propósito

Generación de energía

Período de construcción

2006 a 2010 (En construcción)

Diseñador

Ingetec S.A. (Colombia) y Klohn Crippen (Canadá)

Constructor

Construcoes E - Comercio Camargo Correa S.A (Brasil), Con concreto S.A., Coninsa - Ramón Hache S.A. (Colombia)

PRESA Tipo

Enrocado con cara de concreto"

Altura

151 m

Nivel de la cresta

688 msnm

Longitud de la cresta

400

Ancho de la cresta

Volumen

4342000 m 3

EMBALSE Fuente de abastecim iento

Río Porce

Caudal promedio de entrada

234,8 m 3/s

Volumen total

170 hm 3

Volumen útil

127 hm 3

Área tributaria

3756 km 2

Nivel máximo de operación

680 msnm

Nivel mínimo de operación

635 msnm

Nivel normal de operación

675 msnm

VERTEDERD Tipo

Canal abierto, controlado con cuatro compuertas radiales

Capacidad

11 350 m 3/s

Longitud

730 m

Ancho en el azud

62m

Nivel del azud

664,2 msnm

DESCARGA DE FONDO Descripción

Conducto por el estribo izquierdo, con tramo a presión de 122 m de longitud y sección en baúl de 7 x 7 m, y con tramo a flujo libre de 269 m de longitud y sección en baúl de 7 x 7 m .

Capacidad

174,3 m 3/s

Co ncrete Face Rockfill Da m (C FRD) en in g lés

131

625

I~ \\ ro ro

o m

PLANTA

ro ~

" "a

"O "

i.U

142

I Filtro

Nivel Normal

Cara de concreto

543

Nivel supuesto de roca Lecho del río

11. •

Cortina de inyecc ion es

SECCION PRINCIPAL 132

100

200m

Ingeniería de presas en EPM

Generalidades. La presa Porce 111, actualmente en

La calidad del esquisto como roca de fundación y

construcción, es la primera presa en enrocado con

como material de construcción varía en función

cara de concreto que tendrá EPM. Se localiza en

del contenido de cuarzo. Mientras más porcentaje

los municipios de Amalfi y Anorí y hace parte del

de cuarzo y menos porcentaje de micas y grafito,

aprovechamiento hidroeléctrico del río Porce, el cual

mejora la dureza y la resistencia de la roca.

comprende dos centrales más, Porce II en operación, ubicada aguas arriba, y Porce IV en diseño, ubicada

En las presas de enrocado con cara de concreto

aguas abajo.

el plinto es la estructura que soporta la cara de concreto y garantiza impermeabilidad entre esta

El vertedero será del tipo canal abierto controlado

y la cimentación de la presa. En la presa Porce

por compuertas radiales de 12,5 m de ancho por 16,6 m

111, el plinto quedará cimentado sobre roca del

de alto y estará ubicado en la margen izquierda de

nivel IIB del perfil de meteorización definido por Deere y Patton, y su fundación será sometida a un

la presa.

tratamiento de impermeabilización con inyeccio-

La casa de máquinas será subterránea, aprovechará un salto neto de 322 m y tendrá una capacidad instalada de 660 MW, distribuidos en cuatro unidades tipo Francis.

nes. El plinto externo tendrá un ancho de cuatro metros, mientras que el plinto interno tendrá un ancho variable dependiendo de la calidad de la roca de la fundación. La cara de concreto tendrá un área de 53760 m 2, con

La presa dispondrá de un túnel para descarga de

un espesor variable entre 30 y 66,5 cm.

fondo, la cual estará controlada por una compuerta radial de 2,5 m de ancho por 3,5 m de alto y una

El sistema de drenaje estará compuesto por un filtro

compuerta de ruedas de 2,5 m por 3,5 m; podrá

vertical que se conectará a una capa de drenaje

evacuar un caudal medio de 174,3 m 3/s con el

horizontal por el cauce del río aguas abajo del eje de

embalse en el nivel 609 msnm. Por este conducto se

la presa, y por un sistema de galerías en los estribos

evacuará también el caudal ecológico de 2 m 3/s.

de la presa.

La torre de captación será sumergida y se localizará

La presa será zonificada, diseñada con el criterio de

en el nivel 608,5 msnm en el estribo izquierdo de la

aprovechar los materiales cercanos al sitio de presa

presa.

provenientes fundamentalmente de las excavaciones del vertedero, constituidos básicamente

Geotecnia. La presa del proyecto Porce 111 se está

por esquistos cuarzosos y cuarzo sericíticos de los

construyendo en un valle estrecho en forma de V

niveles IIB y III del perfil de meteorización definido

al norte de la presa Porce 11, por fuera del Batolito

por Deere y Patton. En la Tabla 32 se presenta un

Antioqueño.

cuadro resumen de las zonas de la presa.

La geología del sitio de presa y vertedero está

Hidrología. El vertedero se diseñó para evacuar

la creciente generada por la precipitación máxima

cordillera Central, de edad Paleozoica, constituidas

probable, cuyo valor en el sitio de presa es de 10847

principalmente

m 3/s.

conformada

por

rocas

metamórficas

por esquistos de composición

variable, donde predominan las micas tipo sericita, moscovita y biotita, más algunos feldespatos, grafito y cuarzo en proporción variable.

El borde libre mínimo será de 1,24 m, como resultado de transitar por el embalse la creciente máxima probable.

133

1Q.j(.tíim¡tíHj'mI('~i.li4i.~.

Ingeniería de presas en EPM

Sismología. Las fuentes sísmicas que pueden afectar el proyecto hidroeléctrico Porce 111 son las

sismo máximo probable con período de retorno de 1 000 años (SMP), es de O,24g.

fallas Romera l, Espíritu Santo, Palestina, Salinas y la zona de subducción Nazca-Suramérica, siendo

Instrumentación. La presa Porce 111 tendrá 138

ésta la fuente con mayor contribución a la amenaza

instrumentos ubicados en la presa, fundación y

sísmica del proyecto. El contacto entre estas placas

estribos, para medir infiltraciones, presiones de

se localiza a una profundidad estimada de 80 km

poros, deformaciones y aceleración, tal como se

bajo el sitio del proyecto. La aceleración máxima

describe en la Tab la 33.

horizontal en el sitio de presa correspondiente al

Tabla 32. Zonas de la presa Poree 111 Zona

Tamaño máximo

Descripción

Función

Volumen

(mm)

(m3 )

150

19800

1 000

173000

Filtro fino

15500

------------------------

Protección losa

Material limoso

Protección y

Relleno no seleccionado

confinamiento de la zona 1A 2A

Protección junta perimetral

Soporte de la losa

Filtro semipermeable

199300

Zona de transición

Enrocado procesado

300

137400

Relleno espaldón

Enrocado de mejor

600

1 890400

aguas arriba

calidad del vertedero

Relleno espaldón

Enrocadot lel vertedero

800

530300

Enrocado del vertedero

1 000

1 256500

300

45500

aguas abajo 3D

Relleno espaldón aguas abajo

Filtro chimenea

Material procesado

62000

Drenaje horizontal

Tabla 33. Instrumentos en la presa Poree 111 Instrumento

--------------------

Cantidad

Parámetro

Medidor de infiltraciones

Infiltraciones de la presa y su fundación

Piezómetro de alambre vibratorio

Presiones de poros en la fundación

Piezómetro de tubo abierto

Presiones de poros en la presa, en el espaldón de aguas abajo

Medidor de junta

Movimientos de la junta perimetral y de las juntas de las losas de la cara de concreto Movimientos superficiales horizontales y verticales

Punto de control superficial

Medidores de asentamiento

Desplazamientos verticales internos del relleno

Celdas de asentamiento

Desplazamientos verticales internos del relleno

Acelerógrafo

Aceleración en roca, cresta y espaldón de aguas

en la cresta, cara de concreto y talud de aguas abajo y extensómetro magnético

abajo de la presa 134

Â®

135

epn:>

en EPM

GLOSARIO DE TERMINOLOGíA DE PRESAS Figura 30. Componentes de una presa de tierra

Borde libre mínimo

Borde libre normal

Nivel maximo del embalse

Talud de

Nive l norma l de o eración

Filtro de . Altura de la presa ' \ la presa

Ta lud de Terrapl én

I"""'"~~=-=====-==-==-=~~::::"'===-===-=,, __ ~ ___ \~ _ Brecha

...

Pata de

_ _¿

Colector de

Contrapeso

~n~ _~ -_ -

Superficie original el terreno

Fundación de la presa

Aguas arriba. Zona de la presa del lado del embalse

Brecha cortaflujo. Excavación en la fundación de

a partir del eje de la presa.

la presa, que se llena con material impermeable

Aguas abajo. Zona de la presa del lado opuesto al

fundación, aumentando la trayectoria de éste.

para crear una barrera contra el flujo a través de la embalse a partir del eje de la presa. .~

Capacidad de la descarga de fondo. Capacidad

Altura de presa. Distancia vertical desde el lecho

de evacuación correspondiente al nivel normal de

del río hasta el nivel de la cresta de la presa, sin

operación del embalse, limitada por el dispositivo

incluir muro parapeto.

de control instalado en cada caso.

Área tributaria. Área de la cuenca del río principal

Caudal promedio de entrada. Caudal neto que

que abastece el embalse hasta el sitio de presa. No

entra al embalse incluyendo las desviaciones y

incluye áreas de cuencas de ríos desviados.

bombeos.

Azud. Cresta del vertedero. Corresponde al nivel

Contrapeso. Masa de suelo, roca o mezcla de ambos,

máximo de la superficie sobre la cual fluye el agua

colocada en la pata de los taludes aguas abajo o

y en donde una vez superado el nivel normal del

aguas arriba de una presa, con el fin de aumentar su

embalse inicia el vertimiento.

resistencia ante cargas estáticas y dinámicas.

Borde libre mínimo. Distancia vertical entre el nivel

Cortina de drenaje. Perforaciones verticales o

máximo del embalse y el nivel de la cresta de la

inclinadas, alineadas, para captar y controlar el flujo

presa .

de agua a través de la presa o de su fundación, con el fin de reducir la presión.

Borde libre normal. Distancia vertical entre el nivel normal de operación del embalse y el nivel de la

Cortina de inyecciones. Perforaciones verticales o

cresta de una presa de tierra. Incluye la altura del

inclinadas en las que se inyecta lechada de cemento

muro parapeto cuando es del caso.

a presión, para llenar las discontinuidades de la roca 136

eom

;.;.ln..;.;gi!..:e:;;.n,;;.ie:..:r..:;ía::;...:d:.:::e..!p:;;.r:.:::e::. sa::.s::;...:e:.:n~E:.:..P.:..:M.:...._______________ .C1[.}1.i¡rmDf:1i"jr;msmmgiª1.~.

Figura 31. Componentes de una presa de concreto

Borde libre mínimo

Borde libre norma

Nivel máximo del embalse

-====-

Nivel norm al de operac ión Azud del ve rtedero

Vertedero Ca ra de a ua s

arriba

Ga leri a de drenaje

Altura de la presa Cara de aguas abajo

Cort in a de

de fundación y crear una barrera contra el flujo,

del agua sin producir arrastre del material adyacente

aumentando su trayectoria.

a éste. Este filtro se denomina chimenea cuando se dispone en forma vertical o ligeramente inclinado.

Cresta de la presa. Máxima elevación o nivel de la superficie de la presa, usualmente corresponde a la

Fuente de abastecimiento. Se refiere a la fuente

vía sobre ella, excluyendo cualquier tipo de muro

principal,

parapeto, pasamanos, etc.

embalse.

natural

o artificial, que alimenta el

Epicentro. Punto de la superficie terrestre que

Fundación de la presa. Material inalterado por

corresponde a la proyección del punto interior de la

debajo del nivel de excavación, sobre el cual se

tierra donde se inicia el movimiento sísmico.

apoya la presa.

Estribo. Zona lateral de la ladera sobre la cual se

Infiltración. Flujo de agua a través del cuerpo de la

apoya la presa. Por ejemplo, el estribo derecho es el

presa, de su fundación o de sus estribos, procedente

localizado a mano derecha de un observador parado

del embalse, generado por la cabeza hidráulica de

en la presa, mirando hacia aguas abajo.

este.

Filtro de la presa. Banda de material granular

Licuación.

incorporada a una presa de tierra o enrocado con

generalmente

determinada gradación, para captar y facilitar el flujo

cuando se somete a una carga dinámica que le

137

Condición de

baja

que

sufre

densidad

suelo,

saturado,

."[.i01.i¡md@;"jr;mrmtmt:lik#'~"

Ingeniería de presas en EPM

genere aumento de la presión de poros, hasta una

Presa de enrocado. Presa construida con material

magnitud tal que haga disminuir sus esfuerzos

natural excavado, en la que el 50% o más de su

efectivos, haciendo que el suelo se comporte como

volumen total se compone de roca.

un líquido. Presa de gravedad. Presa de concreto que debe su Longitud de la cresta. Distancia medida a lo

resistencia al deslizamiento y al volcamiento a su

largo del eje de la presa en el nivel superior de su

propio peso.

cuerpo principal, o de la vía en la cresta, de estribo a estribo.

Presa de tierra. Presa construida con material natural excavado, en la que el 50% o más de su volumen

Longitud del vertedero. Distancia entre la cresta

total se compone de suelos finos compactados.

del azud y el inicio del pozo de amortiguamiento o cualquier otra estructura similar.

Presa homogénea. Presa de tierra construida en su totalidad con materiales más o menos uniformes,

Magnitud. Calificación dada a un sismo en función

excepto por la inclusión de algunos filtros o mantos

de la energía liberada, con base en una medida

de drenaje. Se usa para diferenciarla de una presa zonificada.

instrumental. Manto de drenaje. Capa de material drenante colocada directamente sobre la fundación de la presa o en su terraplén.

Presa zonificada. Presa de tierra que incluye zonas compuestas

por materiales seleccionados con

diferente grado de granulometría, permeabilidad y densidad.

Muro parapeto. Muro en concreto reforzad Oj. construido a lo largo de la cresta de la presa del lado de aguas arriba, con el fin de incrementar su borde libre. Nivel freático. Elevación máxima que adquiere un cuerpo de agua subterránea, al alcanzar equilibrio con la presión atmosférica. Nivel máximo del embalse. Nivel de embalse alcanzado al transitar la creciente máxima probable

Presión de poros. Presión que se produce en los vacios de una masa de suelo por efecto del agua, también conocida como presión intersticial. Sección principal de la presa. Sección característica de la presa, generalmente la de mayor altura, trazada por el lecho del río. Sismo básico de operación. Sismo para el cual no se espera ni se acepta ningún tipo de daño estructural y no estructural, en ningún componente de la presa.

o de diseño. Sismo máximo creíble. Sismo para el cual la presa Nivel normal. Nivel de embalse correspondiente al nivel del azud del vertedero cuando éste es no

no debe colapsar ni superar las deformaciones admisibles definidas en diseño.

controlado. También se denomina nivel normal de operación.

Sismo máximo probable. Sismo para el cual se

Pata de la presa. Zona inferior del talud aguas

puede esperar algún tipo de daño estructural menor y no estructural, aún de orden importante, pero que

abajo.

en todo caso no comprometa la seguridad ni la estabilidad de ningún componente de la presa.

138

e.:..;. _ ln.",9:..:. n:..: ie.:..;. rí..::, o..:d:..:e..,¡:p:..:..r.:.. es:.:o:.;:s...;e:..;.n.:...;E :.;.P...:,.M:..:..-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _---J.cn.i>1.i¡rmGl@¡"jr;mr:nmt:'hmi.~.

Subpresión. Presión hidrostática sobre la base de una presa, con dirección hacia arriba, causada por el flujo de agua a través de la fundación debido a la cabeza hidráulica del embalse.

Talud. Superficie inclinada con respecto a la horizontal. Se mide como la relación entre el número de unidades de la distancia horizontal sobre el número correspondiente de unidades de la distancia vertical.

Terraplén. Lleno compactado usualmente con tierra o mezcla de tierra y roca, no confinado, con lados inclinados y con una long itud generalmente mayor que su altura.

Tubificación. Desarrollo progresivo de una erosión interna, en el cuerpo de una presa de tierra o en su fundación, causado por las fuerzas de filtración.

Vertedero. Estructura sobre la cual se descarga el exceso de agua cuando el embalse supera el nivel de la cresta del azud o el nivel normal de operación.

Volumen del terraplén. Incluye el volumen de todos los llenos de la presa, inclusive los construidos en las obras de actualización.

Volumen total. Volumen total de agua almacenado hasta el nivel normal de operación, sin tener en cuenta restricciones de operación del embalse. El dato corresponde a la última batimetría.

Volumen útil del embalse. Volumen de agua almacenado entre el nivel mínimo operativo y el nivel normal de operación.

139

_4.)@[.iij¡i'~iifJMrmt4""I...

__________________ln...:g_e_ni_e_río_ d_e-,-p_re_s_o_s_e_n_E_P_M

ABREVIATURAS a:

Aceleración

CLOPAD:

Comités Locales de Prevención y

CMP:

Creciente Máxima Probable

DAPARD:

Departamento Administrativo del

Atención de Desastres

Sistema de Prevención, Atención y Recuperación de Desastres. DG:

Severidad de la deficiencia

Du:

Urgencia de la deficiencia

Altura

ICOLD:

International Comission on Large Dams (Comisión Internacional de Grandes Presas)

IDEAM:

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (anteriormente denominado HIMAT)

INGEOMINAS: Instituto Colombiano de Geología y Minería

Factor de frecuencia

Magnitud

PADE:

Plan de Acción Durante Emergencia

PIDE:

Plan Interno de Emergencia

PMP:

Precipitación Máxima Probable

Epicentro

RCC:

Roller Compacted Concrete

.,.

(Concreto Compactado con Rodillo) SBO:

Sismo Básico de Operación

SMC:

Sismo Máximo Creíble

SMP:

Sismo Máximo Probable

VM :

Vulnerabilidad

140

en EPM

InnOrllOYlln

UNIDADES mm

milímetro

centímetro

metro

km m

kilómetro

metro cuadrado 2

kilómetro cuadrado

metro cúbico 3

hectómetro cúbico

g!cm

gramo por centímetro cúbico

kg/m

kilogramo por metro cúbico

MPa

megapascal

gramo

l/s

litro por segundo

m/h

metro por hora

metro cúbico por hora

m /s

metro cúbico por segundo

msnm

metro sobre el nivel del mar

grado centígrado

megavatio

tonelada

m /h

141

eprYJ'"

as en EPM

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hidrometeorológica :

geotécnica de la presa La Fe. Medellín, 2002 . ..

Cincuenta

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142

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KLOHN

CRIPPEN

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Proyect o

hidroeléctrico

Proyecto hidroeléctrico Porce 111: Informe de

Riogrande 11: Informe de construcción, tomo

caracterización geotécnica del sitio de presa .

Bogotá D.C., 2002. Documento P3-4.2/ D6-204.

generación de energía, No. 761 .

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Medellín,

27. INTEGRAL

1988.

S.A.

Documentos

Proyecto

técnicos

hidroeléctrico

hidroeléctrico Porce 111: Apéndice 5.1 , Geología

Riogrande 11: Informe de construcción, tomo IV.

y geotecnia para la presa de enrocado con cara

Medellín, 1989.

de concreto y sus obras anexas. Bogotá

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2004. Documento P3-4.2/D29-563.

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geotécnico de la presa de enrocado con cara de concreto y ataguía. Bogotá D.C., 2004.

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energía .

hidroeléctrico Porce 111: Planos de construcción de obras geotécnicas de la presa de enrocado

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con cara de concreto. Bogotá D.C., 2004.

río Grande: Informe final de diseño, volumen

11. 21 . INTEGRAL LTDA. Miraflores dam construction

Medellín,

1994.

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técnicos

generación, No. 739.

reporto Medellín, 1965. Documentos seguridad de presas, No. 552.

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de Medellín.

técnicos generación, No. 767.

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Medellín, 1995. Documentos

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