Seguridad de Presas

LAS PRESAS EN EL PERU: IMPORTANCIA Y SEGURIDAD Lima, 25 y 26 de Octubre de 2012

ALGUNAS IDEAS SOBRE SEGURIDAD DE PRESAS

FRANCISCO JAVIER SÁNCHEZ CARO Dr. Ingeniero de Caminos Dr. Coordinador Internacional del Comité Español de Grandes Presas


PARTE I: SEGURIDAD Y PATOLOGÍA DE PRESAS

SE PONE COMO EJEMPLO LAS PRESAS DE TIERRAS

Seguridad de Presas

MODOS DE FALLO

MODOS DE FALLO

MODOS DE FALLO

A. Soriano y F. J. Sánchez Caro

MODOS DE FALLO

MODOS DE FALLO (ICOLD) 1.- Sobrevertido (Insuficiencia frente a la solicitación hidrológica). 2.- Inestabilidad de laderas en el vaso (Insuficiencia de Resistencia al Corte). 3.- Inestabilidad Dinámica (Insuficiencia ante la solicitación sísmica). 4.- Erosión interna del Cuerpo de Presa y/o del Cimiento (Insuficiencia de Estabilidad Interna en Cuerpo de Presa). 5.- Inestabilidad de Taludes de presa pudiendo afectar o no al cimiento (Insuficiencia de Resistencia al Corte)

MODOS DE FALLO

SOBREVERTIDO La lucha contra el sobrevertido debe realizarse dejando resguardos generosos que minimicen la probabilidad de esta eventualidad (este resguardo puede variar estacionalmente, incrementándose en los períodos de especial riesgo de avenidas). En la actualidad, aunque sólo dentro del ámbito de la investigación, ya se empiezan a contemplar algunas medidas de protección contra el sobrevertido.

INESTABILIDAD DE LADERAS DEL VASO La inestabilidad de laderas del vaso es una problemática general para cualquier tipo de presa (que siempre debe tenerse en cuenta) y que excede el alcance que se le pretende dar a esta presentación.

MODOS DE FALLO

MODO DE FALLO: SOBREVERTIDO

MODOS DE FALLO

SOBREVERTIDO

MODOS DE FALLO

INESTABILIDAD DE LADERAS DEL VASO

Longarone antes y después del desastre de Vaiont (1960)

MODOS DE FALLO

INESTABILIDAD DINÁMICA Los incidentes graves (y roturas) en presas de tierras se han producido casi exclusivamente cuando la cimentación está constituida por materiales potencialmente licuables (arenas con pocos finos, gravas arenosas, etc.). Puede afirmarse que, en general, los cuerpos de presa bien construidos con materiales arcillosos y plásticos (como suele ser el caso de este tipo de presas) puede soportar terremotos con aceleraciones pico del orden de 0,15-0,20 g, sin daños importantes. Terremotos más importantes, de magnitudes superiores, pueden producir en este tipo de presas asientos, ligeras fisuras, daños superficiales, etc. Pero, en general, no son de esperar efectos catastróficos.

MODOS DE FALLO

INESTABILIDAD DINÁMICA

Rotura de la presa de LOWER SAN FERNANDO en California

MODOS DE FALLO

RESTO DE MODOS DE FALLO Un déficit en las condiciones de “estabilidad interna” y/o de “estabilidad tensodeformacional” puede inducir la presencia

de grietas y fisuras en la propia presa, así como el potencial incremento de las filtraciones asociadas al cuerpo de presa y/o cimiento. En el contexto de la presente exposición, denominaremos fisuración (“cracking”) de un suelo a la falta de continuidad

del mismo, conformada normalmente por una o varias superficies más o menos planas, como resultado de un estado tensodeformacional que excede la resistencia a tracción del material.

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FISURAS Y AGRIETAMIENTOS

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DEFORMACIONES

DEFORMACIONES

DEFORMACIONES EXCESIVAS

DEFORMACIONES

DEFORMACIONES DE HUMECTACIÓN (1) 1

2

Fisura Longitudinal Filtro AA - Núcleo

Presa de Rivera de Gata (1990) PRIMER LLENADO

DEFORMACIONES

INESTABILIDAD EXTERNA

DEFORMACIONES

MEDIDAS ANTIEROSIÓN AGUAS ARRIBA PROTECCIÓN CON RIP-RAP

DEFORMACIONES

MEDIDAS ANTIEROSIÓN AGUAS ABAJO

DEFORMACIONES

MEDIDAS ANTIEROSIÓN AGUAS ABAJO

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INESTABILIDAD INESTABILIDAD INTERNA

INESTABILIDAD INTERNA

INESTABILIDAD INTERNA INESTABILIDAD Es difícil separar, en ocasiones, los mecanismos asociados a la “estabilidad tensodeformacional” de aquellos intrínsecos de la “estabilidad interna”, ya que, en

algunos casos, el proceso de fisuración se inicia por algún defecto tensional que desencadena algún fenómeno de “inestabilidad interna”. Los procesos de inestabilidad

interna pueden resumirse: Migración de finos es finos es la falta de estabilidad de un suelo sometido a un gradiente hidráulico, en el que su estructura granulométrica no es capaz de retener su porción fina. 



Tubificación (“piping”), proceso más general que es la

falta de estabilidad de un suelo por formación de conductos (pipes) asociados a la existencia de gradientes hidráulicos, por procesos de disolución y/o de erosión


INESTABILIDAD INEST ABILIDAD INTERNA Especial mención: los materiales solubles (halita, solubles (halita, glauberita, yeso, dolomía, caliza, etc) y suelos arcillosos dispersivos (aquellos que por su naturaleza, normalmente asociada a la preeminencia de cationes de sodio) son susceptibles su sceptibles a la defloculación (dispersión) y, y, en presencia de gradiente hidráulico, se produce un proceso erosivo consistente en la migración de las pequeñas plaquetas individuales de la arcilla (que son partidas y transportadas por el agua). 

Sifonamiento (“heaving”) es el fenómeno en el cual la

presión total y la intersticial se igualan y, y, entonces, al ser se r nula la presión efectiva, el terreno no puede transmitir acciones. En ingeniería de presas, puede ocurrir en materiales tipo suelo (fundamentalmente en cimientos de arenas finas y limos) en el caso de flujos ascensionales.


INESTABILIDAD INTERNA Formación de cavidades y migración de finos hacia aguas abajo

Erosión interna y tubificación (“piping”) a través del cuerpo

de presa y del cimiento



Presa de Taibilla: Cráter existente aguas arriba


FRACTURACIÓN HIDRÁULICA La presión del agua puede producir la apertura de grietas subhorizontales a través del núcleo. Puede estar asociada a defectos tensionales por cuelgue del núcleo (efecto arco de los espaldones sobre el núcleo más deformable), donde se reducen las tensiones verticales Este fenómeno también se puede producir en los tapices.


FRACTURACIÓN HIDRÁULICA

Arcilla especialmente plástica en el contacto con los Bloques de hormigón (Presa de Tous)


FRACTURACIÓN HIDRÁULICA

Tapiz impermeable de la presa de La Loteta

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DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS NO ADECUADAS

DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS

DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS NO ADECUADAS  Defecto

en filtros y drenes. Es el AIRBAG de las presas

 Conducciones  Zonas

de escaso confinamiento NUNCA

 Diseño

inadecuado de plintos en PEPHA (CFRD)

 Materiales  Uso

atravesando cuerpo de presa NUNCA

evolutivos bajo pantallas

de geosintéticos NUNCA en grandes presas


DEFECTO EN FILTROS Y DRENES Surgencia de agua

Filtración no drenada que eleva la presión intersticial

Defecto en filtros y drenes. Surgencia de agua, erosión e inestabilidad asociada


CONDUCCIONES ATRAVESANDO CUERPO DE PRESA

Fugas de agua y erosión interna asociada Conducto

Nunca conductos a presión atravesando el cuerpo de presa



Nunca conductos a presión atravesando el cuerpo de presa



Los conductos a presión siempre en galería o, al menos, doble tubo (tubo dentro de tubo)


ZONAS DE ESCASO CONFINAMIENTO

Filtración y erosión interna asociada Estructura

Las zonas mal compactadas son zonas potenciales de inicio de un proceso de erosión interna







Las “collares”

antifiltración tampoco son la panacea porque la compactación al lado de la estructura se hace a mano con “rana”


DISEÑO INACEDUADO DE PLINTOS

Presa del Siberio: Grieta entre el plinto y su zapata


MATERIALES EVOLUTIVOS

Rotura de la pantalla asfáltica de la Presa de Martín Gonzalo

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DEFECTOS EN LA PUESTA EN OBRA

DEFECTOS DE PUESTA EN OBRA

CONSTRUCCIÓN

PROCESO TRANSITORIO

GENERACIÓN & DISIPACIÓN

DISIPACIÓN O DIFUSIÓN

RÉGIMEN PERMANENTE OSCILACIÓN INDUCIDA POR EL NIVEL DE EMBALSE

Esquema de la evolución de presiones intersticiales

DEFECTOS DE PUESTA EN OBRA

PRESA DE GIRIBAILE

Merma de Seguridad y Presiones intersticiales La coronación asentó más de 3 metros

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AUSCULTACIÓN Y SEGURIDAD DE PRESAS

AUSCULTACIÓN

Es la única herramienta, junto con la INSPECCIÓN VISUAL para evaluar la seguridad de una presa. En una Presa en EXPLOTACIÓN:  FILTRACIONES  MOVIMIENTOS

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FILTRACIONES RAZONABLES


En una Presa en EXPLOTACIÓN:  TURBIDEZ

DE FILTRACIONES

 DIAGRAMAS

Q-H (colorines)


Seguridad de Presas

MOVIMIENTOS POSTCONSTRUCTIVOS RAZONABLES EN PRESAS

MOVIMIENTOS POSTCONSTRUCTIVOS

EVOLUCIÓN ASIENTOS DIFERIDOS sd H



s 8d-10 H

IA  lg10



t

Sowers, 1963

to

(1  0,3) · 0,1 

H

Lawton y Lester, 1964 Parkin, 1977 Soydemir y Kjaernsli, 1979

Escollera Excelente Escollera Media Escollera Débil

Clements, 1984


EVOLUCIÓN ASIENTOS DIFERIDOS Sánchez Caro, F. J. y Soriano Peña, A. (1999)


EVOLUCIÓN ASIENTOS DIFERIDOS Sánchez Caro, F. J. y Soriano Peña, A. (1999)


EVOLUCIÓN ASIENTOS DIFERIDOS ASIENTOS MEDIDOS

ASIENTOS PRONOSTICADOS NIVEL DE ALERTA NIVEL DE ALARMA


PARTE II: ORGANISMO DE SEGURIDAD DE PRESAS

ORGANISMO SEGURIDAD DE PRESAS

ASPECTOS PREVIOS El Perú es un país con un gran potencial hídrico, que no es óptimamente aprovechado, entre otros factores, por las limitaciones en infraestructura hidráulica existente y del soporte técnico que garantice su gestión. En todos los proyectos de Infraestructura del Perú, se hace una revisión financiera (SNIP) y adicionalmente, de otros aspectos (ambientales, sociales, etc.). La diferencia fundamental de los proyectos de presas, en relación con otro tipo de infraestructuras es, evidentemente, las exigencias de SEGURIDAD que implican.


ORGANISMO DE SEGURIDAD No existe en el Perú un Organismo que se encargue de la “Vigilancia de la Seguridad de las Presas”, de carácter eminentemente técnico, conformado por un equipo de “Inspectores de Presas”, quienes se encarguen de:  Revisión,

evaluación y asesoramiento técnico de todos los proyectos que se formulen (a nivel de Perfil, Factibilidad, Ingeniería de Detalle).  Análisis

y arbitraje de los aspectos técnicos de todas las presas en construcción en el Perú  Evaluación

de las condiciones técnicas de las presas que están en explotación.


ORGANISMO DE SEGURIDAD Este Organismo Técnico debe ser de preferencia estatal y mejor aún si tuviera cierta independencia para con el MINAG, MINEM y de otros Ministerios con competencias en materia de Presas (y, obviamente, de gobiernos Regionales y locales). Lo ideal es que fuera un Organismo autónomo dependiente del Congreso de la República del Perú o de un Colectivo Ministerial. Desde el punto de vista operativo, un país como Perú (con perspectivas firmes de incrementar notablemente el número de Presas), en principio, debería tener unos 10 12 expertos o Inspectores de Presas, dirigidos por un Director del Organismo. Todos ellos deben ser Ingenieros de nacionalidad peruana.


DE LA ORGANIZACIÓN  El Director del Organismo debe ser un Ingeniero de amplia

experiencia, de unos 50 años de edad, para que dirija este Organismo por un periodo razonable. Sería bueno que pudiera, a su vez, cubrir el cargo de Presidente del Comité Peruano de Grandes Presas, institución que requiere de una necesaria reestructuración que le dé un nuevo impulso que dinamice su ejercicio para ejercer el liderazgo en este campo de la ingeniería.  Los Inspectores deben ser ingenieros más jóvenes, con

edades variables entre los 25 y 45 años, de tal forma que no se produzca un vacío generacional; estos profesionales deberán a su vez, reforzar su formación académica en el campo de la ingeniería de presas y especialidades afines


DEL FINANCIAMIENTO El Director del Organismo y los Inspectores deben estar adecuadamente remunerados, dotados de medios suficientes y con el personal auxiliar correspondiente. Desde el punto de vista de la financiación de este Organismo, existen diversas alternativas, estableciendo algún canon:  En etapa de Proyecto: Del presupuesto de los Estudios de

Perfil, Factibilidad, Ingeniería de Detalle.  En etapa de Construcción: Del Presupuesto de la Obra y

de la Supervisión.  En etapa de Explotación: De los ingresos por tarifa de

agua suministrada y/o de Energía producida.


DE LAS COMPETENCIAS Desde el punto de vista del ámbito de jurisdicción, éste abarcaría todas las grandes presas del Perú (según la definición de ICOLD) sea cual fuere su titularidad estatal o privada. También podría plantearse la ampliación de su ámbito a todo tipo de reservorios o balsas (presas pequeñas de menos de 15 metros de altura). Los aspectos que deben revisarse en todas las presas del Perú (con responsabilidad del Inspector correspondiente) son los siguientes:  Seguridad estructural de la presa (y de los elementos de

desvío del río, en caso de presas en construcción o proyecto).  Aspectos geológico geotécnicos que condicionan la

seguridad de la presa


DE LAS COMPETENCIAS (cont) 

Seguridad ante el “input hidrológico” (suficiencia de

aliviaderos y órganos de desagüe en situaciones extremas “Fenómeno de El Niño”, limitaciones de laminación por

pérdida de capacidad debido al problema de sedimentación, consideración de los efectos previsibles del cambio climático, estudios de inundabilidad aguas abajo de la presa, etc.) 

Seguridad ante el “input sísmico”

 Seguridad de elementos eléctricos y de equipos

hidromecánicos  Modernización y automatización de los sistemas de

Auscultación, Instrumentación, Control y Vigilancia de la Presa.


DE LAS COMPETENCIAS (cont)  Seguridad y Sedimentación del Embalse  Seguridad y Estabilidad de las laderas que conforman la

zona de embalse  Seguridad de Comunicaciones  Seguridad frente a intrusismo, etc (Dam Security)


DE LA IMPLEMENTACIÓN Sería además de gran utilidad si la ANA, ente rector en materia de gestión de los recursos hídricos en el Perú, impulsara la creación de este Organismo de “Vigilancia de la Seguridad de las Presas”- Podría ser mediante una licitación Internacional (5 años) que se encargue de asesorar en su implementación y se centrase en los siguientes aspectos:  Colaboración en los aspectos técnicos y operativos para la puesta en marcha del citado Organismo de “Vigilancia de la Seguridad de las Presas”, incluyendo la asistencia técnica a la

redacción de Informes de Seguridad de Presas durante este período transitorio de 5 años (Poechos, Tinajones, Gallito Ciego, Condoroma, etc.).


DE LA IMPLEMENTACIÓN (cont)  Redacción de una Normativa Técnica Peruana sobre

Seguridad de Presas, acorde con ICOLD. (El adjudicatario podría incluir un acuerdo para que el Comité Español de Grandes Presas colabore en todo este proceso)  Formación de los futuros “Inspectores de Presas” en el “Master Internacional de Seguridad de Presas y Balsas” (que

se celebra en Madrid, durante unos 9 meses), con objeto de: o Facilitar la transferencia de tecnología, especialmente en materia de ingeniería de presas. o Complementar la formación del futuro Inspector con este Master (CNEGP, CICCP y UPM, titulación homologada).


DE LA IMPLEMENTACIÓN (cont)  Formación profesional de los futuros “Inspectores de Presas” en España (aprovechando la realización del Master y

simultaneando ambos aspectos, con especial dedicación a los sistemas SAIH para gestión de presas en explotación en el caso de avenidas).  Realización, por parte de los futuros “Inspectores de Presas” de viajes de prácticas por proyectos emblemáticos de

España visitando distintas presas en ejecución y operación. Cursos y seminarios complementarios en Perú, impartidos por profesionales españoles reconocidos (se puede plantear inicialmente un curso anual de unas 20 horas lectivas cada uno). Con la ventaja de que pueden asistir un gran número de profesionales peruanos. 


DE LA IMPLEMENTACIÓN (cont) Los posibles temas a tratar serían algunos de los siguientes: o Proyecto y Construcción de reservorios o balsas o Sistemas de Irrigación Tecnificados o Hidrología, Presas y Defensa contra avenidas o Proyecto y Construcción de Grandes Presas de Hormigón o Proyecto y Construcción de Grandes Presas de Tierras o Aprovechamientos Hidroeléctricos o Auscultación y Seguridad de Presas o Normativa Técnica y Legislación o Agua y Salud: Abastecimiento, Saneamiento y Depuración.


DE LA IMPLEMENTACIÓN (cont)  Organización y Celebración en Lima de las “I Jornadas Iberoamericanas de Presas”. Se podrían organizar unas

Jornadas en Lima (de tres días, por ejemplo) de ámbito iberoamericano (España, Portugal e Iberoamérica), hacia finales de 2013 o principios de 2014, bajo el auspicio de la ICOLD. Se trataría (no sería difícil) que el Presidente de ICOLD, Excmo. Sr. Adama Nombre, estuviera presente. El MAGRAMA Español apoyaría institucionalmente. El Comité Nacional Español y Peruano tendrían una participación activa en este evento. En estas Jornadas se tratarían dos o tres temas técnicos; uno de ellos sería, el de Sedimentación de Embalses, otro de Seguridad de Presas y un tercero a definir.


DE LA IMPLEMENTACIÓN (cont) Colaboración entre Universidades españolas (preferentemente la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad Politécnica de Valencia) con Universidades peruanas (Universidad Nacional de Ingeniería, Universidad Católica, Universidad Nacional Agraria La Molina, Universidad de Piura, etc). 

Otros ámbitos de colaboración más específicos de Seguridad de Presas. 

Seguridad de Presas

SEGURIDAD DE PRESAS EN ESPAÑA


1905 INSTRUCCIÓN PARA REDACCIÓN DE PROYECTOS DE PANTANOS (primera Normativa Europea) 1960 NORMAS TRANSITORIAS SOBRE VIGILANCIA DE PRESAS 1967 INSTRUCCIÓN PARA PROYECTO, CONSTRUCCIÓN Y EXPLOTACIÓN DE GRANDES PRESAS (AÚN VIGENTE) 1996 REGLAMENTO TÉCNICO SOBRE SEGURIDAD DE PRESAS Y EMBALSES 2008 REAL DECRETO 9/2008 SOBRE SEGURIDAD DE PRESAS Y BALSAS 2012 NORMAS TÉCNICAS SEGURIDAD DE PRESAS


CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS EN FUNCIÓN DEL RIESGO POTENCIAL INSPECCIÓN DE PRESAS DURANTE CONSTRUCCIÓN Y PRIMER LLENADO (Plan de puesta en carga) NORMAS DE EXPLOTACIÓN Y PLANES DE EMERGENCIA REVISIONES PERIÓDICAS DE LA SEGURIDAD DURANTE LA EXPLOTACIÓN COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS (CNEGP-SPANCOLD) GUÍAS TÉCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

SPANCOLD: GUÍAS TÉCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

MINISTERIO: GUÍAS TÉCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

EL SAIH COMO HERRAMIENTA BÁSICA DE SEGURIDAD EN EXPLOTACIÓN

Precipitaciones y aforos en tiempo real Predicción del clima en próximas horas Simulación de operación

EL SAIH COMO HERRAMIENTA BÁSICA DE SEGURIDAD EN EXPLOTACIÓN

EL SAIH SE HA MOSTRADO DE MÁXIMA UTILIDAD EN EL CASO DE AVENIDAS ASOCIADAS A LA GOTA FRÍA (PREVENCIÓN DE RIESGOS)

COLABORACIÓN CON OTROS PAÍSES

PORTUGAL

EUROPA DEL ESTE CHINA

HISPANO AMÉRICA

ÁFRICA

PRESAS: CONTACTOS ESPAÑA Y PERÚ Marzo 2009

 Premier:

Excmo. Sr. Yehude Simon Munaro  Ministro Agricultura: Excmo. Sr. Sr. Carlos Leyton Muñoz  Presidente Reg. La Libertad: Excmo. Sr. Sr. José Murgia Zannier

SPANCOLD ESPAÑA-PERÚ

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