Seguridad de Presas

ALGUNAS IDEAS SOBRE

SEGURIDAD DE PRESAS

FRANCISCO JAVIER SNCHEZ CARO Dr. Ingeniero de Caminos

Coordinador Internacional del Comit Espaol de Grandes Presas

LAS PRESAS EN EL PERU: IMPORTANCIA Y SEGURIDAD

Lima, 25 y 26 de Octubre de 2012

PARTE I:

SEGURIDAD Y PATOLOGA

DE PRESAS

SE PONE COMO EJEMPLO LAS PRESAS DE TIERRAS



MODOS DE FALLO

Seguridad de Presas

MODOS DE FALLO

MODOS DE FALLO

A. Soriano y F. J. Snchez Caro

1.- Sobrevertido

(Insuficiencia frente a la solicitacin hidrolgica).

2.- Inestabilidad de laderas en el vaso

(Insuficiencia de Resistencia al Corte).

3.- Inestabilidad Dinmica

(Insuficiencia ante la solicitacin ssmica).

4.- Erosin 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 (ICOLD)

MODOS DE FALLO

La lucha contra el sobrevertido debe realizarse dejando

resguardos generosos que minimicen la probabilidad de esta

eventualidad (este resguardo puede variar estacionalmente,

incrementndose en los perodos de especial riesgo de

avenidas).

En la actualidad, aunque slo dentro del mbito de la

investigacin, ya se empiezan a contemplar algunas medidas

de proteccin contra el sobrevertido.

SOBREVERTIDO

MODOS DE FALLO

INESTABILIDAD DE LADERAS DEL VASO

La inestabilidad de laderas del vaso es una problemtica

general para cualquier tipo de presa (que siempre debe tenerse

en cuenta) y que excede el alcance que se le pretende dar a

esta presentacin.

MODOS DE FALLO

MODO DE FALLO: SOBREVERTIDO

MODOS DE FALLO

SOBREVERTIDO

MODOS DE FALLO

Longarone antes y despus del desastre de Vaiont (1960)

INESTABILIDAD DE LADERAS DEL VASO

Los incidentes graves (y roturas) en presas de tierras se han

producido casi exclusivamente cuando la cimentacin est

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 plsticos (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 daos

importantes.

Terremotos ms importantes, de magnitudes superiores,

pueden producir en este tipo de presas asientos, ligeras

fisuras, daos superficiales, etc. Pero, en general, no son de

esperar efectos catastrficos.

INESTABILIDAD DINMICA

MODOS DE FALLO

INESTABILIDAD DINMICA

MODOS DE FALLO

Rotura de la presa de LOWER

SAN FERNANDO en California

Un dficit en las condiciones de estabilidad interna y/o de estabilidad tensodeformacional puede inducir la presencia de grietas y fisuras en la propia presa, as como el potencial

incremento de las filtraciones asociadas al cuerpo de presa

y/o cimiento.

En el contexto de la presente exposicin, denominaremos

fisuracin (cracking) de un suelo a la falta de continuidad del mismo, conformada normalmente por una o varias

superficies ms o menos planas, como resultado de un

estado tensodeformacional que excede la resistencia a

traccin del material.

RESTO DE MODOS DE FALLO

MODOS DE FALLO

FISURAS Y AGRIETAMIENTOS

Seguridad de Presas

Seguridad de Presas

DEFORMACIONES

DEFORMACIONES EXCESIVAS

DEFORMACIONES

DEFORMACIONES DE HUMECTACIN (1)

Presa de Rivera de Gata (1990)

PRIMER LLENADO

2 1

Fisura Longitudinal

Filtro AA - Ncleo

DEFORMACIONES

INESTABILIDAD EXTERNA

DEFORMACIONES

MEDIDAS ANTIEROSIN AGUAS ARRIBA

DEFORMACIONES

PROTECCIN CON RIP-RAP

MEDIDAS ANTIEROSIN AGUAS ABAJO

DEFORMACIONES

INESTABILIDAD INTERNA

Seguridad de Presas

Es difcil separar, en ocasiones, los mecanismos

asociados a la estabilidad tensodeformacional de aquellos intrnsecos de la estabilidad interna, ya que, en algunos casos, el proceso de fisuracin se inicia por algn

defecto tensional que desencadena algn fenmeno de

inestabilidad interna. Los procesos de inestabilidad interna pueden resumirse:

Migracin de finos es la falta de estabilidad de un suelo sometido a un gradiente hidrulico, en el que su estructura

granulomtrica no es capaz de retener su porcin fina.

Tubificacin (piping), proceso ms general que es la falta de estabilidad de un suelo por formacin de

conductos (pipes) asociados a la existencia de gradientes

hidrulicos, por procesos de disolucin y/o de erosin

diferencial subsuperficial:



Especial mencin: los materiales solubles (halita, glauberita,

yeso, doloma, caliza, etc) y suelos arcillosos dispersivos

(aquellos que por su naturaleza, normalmente asociada a la

preeminencia de cationes de sodio) son susceptibles a la

defloculacin (dispersin) y, en presencia de gradiente

hidrulico, se produce un proceso erosivo consistente en la

migracin de las pequeas plaquetas individuales de la

arcilla (que son partidas y transportadas por el agua).

Sifonamiento (heaving) es el fenmeno en el cual la presin total y la intersticial se igualan y, entonces, al ser

nula la presin efectiva, el terreno no puede transmitir

acciones. En ingeniera de presas, puede ocurrir en

materiales tipo suelo (fundamentalmente en cimientos de

arenas finas y limos) en el caso de flujos ascensionales.



Erosin interna y tubificacin (piping) a travs del cuerpo de presa y del cimiento

Formacin de

cavidades y

migracin de finos

hacia aguas abajo



Presa de Taibilla: Crter existente aguas arriba



FRACTURACIN HIDRULICA

La presin del agua puede producir la apertura de grietas

subhorizontales a travs del ncleo. Puede estar asociada a

defectos tensionales por cuelgue del ncleo (efecto arco de

los espaldones sobre el ncleo ms deformable), donde se

reducen las tensiones verticales

Este fenmeno tambin se puede producir en los tapices.



Arcilla especialmente plstica en el contacto con los Bloques

de hormign (Presa de Tous)



Tapiz impermeable de la presa de La Loteta


DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS

NO ADECUADAS

Seguridad de Presas

Defecto en filtros y drenes. Es el AIRBAG de las presas

Conducciones atravesando cuerpo de presa NUNCA

Zonas de escaso confinamiento NUNCA

Diseo inadecuado de plintos en PEPHA (CFRD)

Materiales evolutivos bajo pantallas

Uso de geosintticos NUNCA en grandes presas


NO ADECUADAS


Defecto en filtros y drenes. Surgencia de agua, erosin e

inestabilidad asociada

Surgencia de agua

Filtracin no drenada que eleva

la presin intersticial

DEFECTO EN FILTROS Y DRENES


Nunca conductos a presin atravesando el cuerpo de presa

CONDUCCIONES ATRAVESANDO

CUERPO DE PRESA

Fugas de agua y

erosin interna

asociada

Conducto


Nunca conductos a presin atravesando el cuerpo de presa


CUERPO DE PRESA


Los conductos a presin siempre en galera o, al menos,

doble tubo (tubo dentro de tubo)


CUERPO DE PRESA


Las zonas mal compactadas son zonas potenciales de inicio

de un proceso de erosin interna

ZONAS DE ESCASO

CONFINAMIENTO

Filtracin y

erosin interna

asociada

Estructura


ZONAS DE ESCASO

CONFINAMIENTO


ZONAS DE ESCASO

CONFINAMIENTO

Las collares antifiltracin

tampoco son la

panacea porque la

compactacin al

lado de la

estructura se hace

a mano con rana


Presa del Siberio: Grieta entre el plinto y su zapata

DISEO INACEDUADO DE PLINTOS


Rotura de la pantalla asfltica de la Presa de Martn Gonzalo

MATERIALES EVOLUTIVOS


DEFECTOS EN LA PUESTA EN OBRA

Seguridad de Presas

CONSTRUCCIN PROCESO

TRANSITORIO

RGIMEN

PERMANENTE

OSCILACIN

INDUCIDA POR EL

NIVEL DE EMBALSE

DISIPACIN O

DIFUSIN

GENERACIN &

DISIPACIN

Esquema de la evolucin de presiones intersticiales

DEFECTOS DE PUESTA EN OBRA

Merma de Seguridad y Presiones intersticiales

La coronacin asent ms de 3 metros

PRESA DE GIRIBAILE

DEFECTOS DE PUESTA EN OBRA

AUSCULTACIN

Y SEGURIDAD DE PRESAS

Seguridad de Presas

Es la nica herramienta, junto con la INSPECCIN VISUAL

para evaluar la seguridad de una presa.

En una Presa en EXPLOTACIN:

FILTRACIONES

MOVIMIENTOS

AUSCULTACIN

FILTRACIONES RAZONABLES

Seguridad de Presas

En una Presa en EXPLOTACIN:

TURBIDEZ DE FILTRACIONES

DIAGRAMAS Q-H (colorines)


MOVIMIENTOS POSTCONSTRUCTIVOS

RAZONABLES EN PRESAS

Seguridad de Presas

Clements, 1984

o

10

d

t

tlgIA

H

s

EVOLUCIN ASIENTOS DIFERIDOS

Sowers, 1963

Lawton y Lester, 1964 H 0,1 0,3)1(H

s 10-8d

Parkin, 1977

Soydemir y Kjaernsli, 1979

Escollera Excelente

Escollera Media

Escollera Dbil

MOVIMIENTOS

POSTCONSTRUCTIVOS

Snchez Caro, F. J. y Soriano Pea, A. (1999)


MOVIMIENTOS

POSTCONSTRUCTIVOS

Utrillas Serrano, J. L. y Snchez Caro, F. J. (2006)

ASIENTOS

MEDIDOS

ASIENTOS

PRONOSTICADOS

NIVEL DE ALERTA

NIVEL DE ALARMA


MOVIMIENTOS

POSTCONSTRUCTIVOS

PARTE II:

ORGANISMO DE SEGURIDAD

DE PRESAS



El Per es un pas con un gran potencial hdrico, que no es

ptimamente aprovechado, entre otros factores, por las

limitaciones en infraestructura hidrulica existente y del

soporte tcnico que garantice su gestin.

En todos los proyectos de Infraestructura del Per, se hace

una revisin financiera (SNIP) y adicionalmente, de otros

aspectos (ambientales, sociales, etc.).

La diferencia fundamental de los proyectos de presas, en

relacin con otro tipo de infraestructuras es, evidentemente,

las exigencias de SEGURIDAD que implican.

ASPECTOS PREVIOS

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

No existe en el Per un Organismo que se encargue de la

Vigilancia de la Seguridad de las Presas, de carcter eminentemente tcnico, conformado por un equipo de

Inspectores de Presas, quienes se encarguen de:

Revisin, evaluacin y asesoramiento tcnico de todos los proyectos que se formulen (a nivel de Perfil, Factibilidad,

Ingeniera de Detalle).

Anlisis y arbitraje de los aspectos tcnicos de todas las presas en construccin en el Per

Evaluacin de las condiciones tcnicas de las presas que estn en explotacin.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Este Organismo Tcnico debe ser de preferencia estatal y

mejor an 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 autnomo dependiente del

Congreso de la Repblica del Per o de un Colectivo

Ministerial.

Desde el punto de vista operativo, un pas como Per (con

perspectivas firmes de incrementar notablemente el nmero

de Presas), en principio, debera tener unos 1012 expertos o Inspectores de Presas, dirigidos por un Director del

Organismo. Todos ellos deben ser Ingenieros de nacionalidad

peruana.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

El Director del Organismo debe ser un Ingeniero de amplia experiencia, de unos 50 aos de edad, para que dirija este

Organismo por un periodo razonable. Sera bueno que

pudiera, a su vez, cubrir el cargo de Presidente del Comit

Peruano de Grandes Presas, institucin que requiere de una

necesaria reestructuracin que le d un nuevo impulso que

dinamice su ejercicio para ejercer el liderazgo en este campo

de la ingeniera.

Los Inspectores deben ser ingenieros ms jvenes, con edades variables entre los 25 y 45 aos, de tal forma que no se

produzca un vaco generacional; estos profesionales debern

a su vez, reforzar su formacin acadmica en el campo de la

ingeniera de presas y especialidades afines

DE LA ORGANIZACIN

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

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 financiacin de este Organismo,

existen diversas alternativas, estableciendo algn canon:

En etapa de Proyecto: Del presupuesto de los Estudios de Perfil, Factibilidad, Ingeniera de Detalle.

En etapa de Construccin: Del Presupuesto de la Obra y de la Supervisin.

En etapa de Explotacin: De los ingresos por tarifa de agua suministrada y/o de Energa producida.

DEL FINANCIAMIENTO

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Desde el punto de vista del mbito de jurisdiccin, ste

abarcara todas las grandes presas del Per (segn la

definicin de ICOLD) sea cual fuere su titularidad estatal o

privada. Tambin podra plantearse la ampliacin de su mbito

a todo tipo de reservorios o balsas (presas pequeas de

menos de 15 metros de altura).

Los aspectos que deben revisarse en todas las presas del

Per (con responsabilidad del Inspector correspondiente) son

los siguientes:

Seguridad estructural de la presa (y de los elementos de desvo del ro, en caso de presas en construccin o proyecto).

Aspectos geolgicogeotcnicos que condicionan la seguridad de la presa

DE LAS COMPETENCIAS

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Seguridad ante el input hidrolgico (suficiencia de aliviaderos y rganos de desage en situaciones extremas

Fenmeno de El Nio, limitaciones de laminacin por prdida de capacidad debido al problema de sedimentacin,

consideracin de los efectos previsibles del cambio climtico,

estudios de inundabilidad aguas abajo de la presa, etc.)

Seguridad ante el input ssmico

Seguridad de elementos elctricos y de equipos hidromecnicos

Modernizacin y automatizacin de los sistemas de Auscultacin, Instrumentacin, Control y Vigilancia de la

Presa.

DE LAS COMPETENCIAS (cont)

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Seguridad y Sedimentacin 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 LAS COMPETENCIAS (cont)

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Sera adems de gran utilidad si la ANA, ente rector en materia

de gestin de los recursos hdricos en el Per, impulsara la

creacin de este Organismo de Vigilancia de la Seguridad de las Presas- Podra ser mediante una licitacin Internacional (5 aos) que se encargue de asesorar en su implementacin y

se centrase en los siguientes aspectos:

Colaboracin en los aspectos tcnicos y operativos para la puesta en marcha del citado Organismo de Vigilancia de la Seguridad de las Presas, incluyendo la asistencia tcnica a la redaccin de Informes de Seguridad de Presas durante este

perodo transitorio de 5 aos (Poechos, Tinajones, Gallito

Ciego, Condoroma, etc.).

DE LA IMPLEMENTACIN

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Redaccin de una Normativa Tcnica Peruana sobre Seguridad de Presas, acorde con ICOLD.

(El adjudicatario podra incluir un acuerdo para que el Comit

Espaol de Grandes Presas colabore en todo este proceso)

Formacin 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 tecnologa, especialmente en

materia de ingeniera de presas.

o Complementar la formacin del futuro Inspector con este

Master (CNEGP, CICCP y UPM, titulacin homologada).

DE LA IMPLEMENTACIN (cont)

ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Formacin profesional de los futuros Inspectores de Presas en Espaa (aprovechando la realizacin del Master y simultaneando ambos aspectos, con especial dedicacin a los

sistemas SAIH para gestin de presas en explotacin en el

caso de avenidas).

Realizacin, por parte de los futuros Inspectores de Presas de viajes de prcticas por proyectos emblemticos de Espaa visitando distintas presas en ejecucin y operacin.

Cursos y seminarios complementarios en Per, impartidos por profesionales espaoles reconocidos (se puede plantear

inicialmente un curso anual de unas 20 horas lectivas cada

uno). Con la ventaja de que pueden asistir un gran nmero de

profesionales peruanos.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Los posibles temas a tratar seran algunos de los siguientes:

o Proyecto y Construccin de reservorios o balsas

o Sistemas de Irrigacin Tecnificados

o Hidrologa, Presas y Defensa contra avenidas

o Proyecto y Construccin de Grandes Presas de Hormign

o Proyecto y Construccin de Grandes Presas de Tierras

o Aprovechamientos Hidroelctricos

o Auscultacin y Seguridad de Presas

o Normativa Tcnica y Legislacin

o Agua y Salud: Abastecimiento, Saneamiento y Depuracin.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Organizacin y Celebracin en Lima de las I Jornadas Iberoamericanas de Presas. Se podran organizar unas Jornadas en Lima (de tres das, por ejemplo) de mbito

iberoamericano (Espaa, Portugal e Iberoamrica), hacia

finales de 2013 o principios de 2014, bajo el auspicio de la

ICOLD. Se tratara (no sera difcil) que el Presidente de

ICOLD, Excmo. Sr. Adama Nombre, estuviera presente. El

MAGRAMA Espaol apoyara institucionalmente. El Comit

Nacional Espaol y Peruano tendran una participacin activa

en este evento. En estas Jornadas se trataran dos o tres

temas tcnicos; uno de ellos sera, el de Sedimentacin de

Embalses, otro de Seguridad de Presas y un tercero a definir.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

Colaboracin entre Universidades espaolas (preferentemente la Universidad Politcnica de Madrid y la

Universidad Politcnica de Valencia) con Universidades

peruanas (Universidad Nacional de Ingeniera, Universidad

Catlica, Universidad Nacional Agraria La Molina, Universidad

de Piura, etc).

Otros mbitos de colaboracin ms especficos de Seguridad de Presas.


ORGANISMO SEGURIDAD

DE PRESAS

SEGURIDAD DE PRESAS EN

ESPAA

Seguridad de Presas

1905 INSTRUCCIN PARA REDACCIN DE PROYECTOS

DE PANTANOS (primera Normativa Europea)

1960 NORMAS TRANSITORIAS SOBRE VIGILANCIA DE

PRESAS

1967 INSTRUCCIN PARA PROYECTO, CONSTRUCCIN Y

EXPLOTACIN DE GRANDES PRESAS (AN VIGENTE)

1996 REGLAMENTO TCNICO SOBRE SEGURIDAD DE

PRESAS Y EMBALSES

2008 REAL DECRETO 9/2008 SOBRE SEGURIDAD DE

PRESAS Y BALSAS

2012 NORMAS TCNICAS SEGURIDAD DE PRESAS


ESPAA

CLASIFICACIN DE LAS PRESAS EN FUNCIN DEL

RIESGO POTENCIAL

INSPECCIN DE PRESAS DURANTE CONSTRUCCIN Y

PRIMER LLENADO (Plan de puesta en carga)

NORMAS DE EXPLOTACIN Y PLANES DE EMERGENCIA

REVISIONES PERIDICAS DE LA SEGURIDAD DURANTE

LA EXPLOTACIN

COMIT NACIONAL ESPAOL DE GRANDES PRESAS

(CNEGP-SPANCOLD)

GUAS TCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS


ESPAA

SPANCOLD: GUAS TCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

MINISTERIO: GUAS TCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

EL SAIH COMO HERRAMIENTA BSICA DE SEGURIDAD EN EXPLOTACIN

Precipitaciones y aforos

en tiempo real

Prediccin del clima en

prximas horas

Simulacin de operacin

EL SAIH COMO HERRAMIENTA BSICA DE SEGURIDAD EN EXPLOTACIN

EL SAIH SE HA MOSTRADO DE MXIMA UTILIDAD EN

EL CASO DE AVENIDAS ASOCIADAS A LA GOTA FRA

(PREVENCIN DE RIESGOS)

COLABORACIN CON OTROS PASES

CHINA

EUROPA DEL ESTE

HISPANO AMRICA FRICA

PORTUGAL

PRESAS: CONTACTOS ESPAA Y PER

Premier: Excmo. Sr. Yehude Simon Munaro

Ministro Agricultura: Excmo. Sr. Carlos Leyton Muoz

Presidente Reg. La Libertad: Excmo. Sr. Jos Murgia Zannier

Marzo 2009

SPANCOLD ESPAA-PER

MUCHAS GRACIAS



FRANCISCO JAVIER SNCHEZ CARO Dr. Ingeniero de Caminos

Coordinador Internacional del Comit Espaol de Grandes Presas

Seguridad de Presas

Documents

Transcript of Seguridad de Presas