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• Luis Alberto Cabrera Carvajal

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Riesgo de falla en presas.

• 1. Introducción • 2. Presas en el mundo

Análisis de Riesgo de Falla en Presas

Dr. Humberto Marengo Mogollón Febrero de 2011

Riesgo de Falla en Presas

"Nada en el mundo es más flexible que el agua.

Pero cuando ataca lo firme y fuerte, nada puede

resistirla porque nada puede cambiarla".

Lao Tzu

Riesgo de falla en presas

“Es más fácil entender el movimiento de los astros que el del agua” (Galileo Galilei)

“En cuanto al agua; vale más la experiencia que la razón” (Leonardo da Vinci)

Riesgo de Falla en Presas

Las presas hoy en día causan una gran controversia para su construcción y desarrollo desde el punto de vista social, ambiental y económico.

Se desplazan personas. Se contamina el área inundada por los embalses. Se tienen costos que superan en promedio el 30% de lo presupuestado.

Riesgo de Falla en Presas

Parece paradójico por otra parte que diversos organismos a nivel mundial impulsen seriamente la construcción de proyectos que suministren energía con fuentes renovables; el tratado de Kyoto ha establecido la necesidad de reducir: Proyectos que generen energía con fuentes contaminantes. Emisiones de contaminantes fósiles a la atmósfera, imponiendo cuotas a cumplir y emitir el concepto de “bonos verdes”.

Riesgo de falla en presas

A pesar de la controversia:

La energía hidroeléctrica contribuye con el 20% de la generación de energía en el mundo. Han evitado el consumo de 22 mil millones de barriles de petróleo en el mundo. 64 países dependen de la generación hidroeléctrica.

“Vine, ví y………….. fui conquistado”. (Franklin D. Roosevelt)

Riesgo de falla en presas

En términos generales, en el mundo hay 100,000

grandes presas; se han

registrado 36,000 para el inventario global. 22,000 construidas en China.

6,600 construidas en EEUU. 4,300 en India. 2,700 en Japón. México 4,083 que son 3255 pequeñas y 828 grandes presas (Grandes presas CFE 53).

Riesgo de falla en presas

Tierra

FLEXIBLES

Enrocamiento Materiales Graduados Gravedad

RÍGIDAS

Arco Machones y contrafuertes

Riesgo de falla en presas

Hay 15,800 reportadas para fines estadísticos, la distribución es:

Tierra y Enrocamiento

Concreto y Mampostería

10 650 (67.4%)

5150 (32.6%)

Tierra

Enrocamiento

Gravedad

Arcilla

Concreto

Mampostería

9 890

760

3 970

760

280

140

(62.6%)

(4.8%)

(25.1%)

(4.8%)

(1.8%)

(0.9%)

Riesgo de falla en presas.

Las obras hidráulicas se inician cuando el hombre se propone dominar los escurrimientos de los ríos, para protegerse de sus crecientes y aprovecharlos para su beneficio.

La primera presa construida fue SAAD-EL KAFARA, en el Valle del Nilo, en el año 2500 A.C.

Riesgo de falla en presas.

La construcción de presas fue evolucionando, muchas de ellas fallaron pero se perfeccionaron para construirse con los elementos que les dan la seguridad y funcionalidad con la que hoy las conocemos. Se transforma la agricultura de riego.

Riesgo de falla en presas

Diferencias En los Escurrimientos Ocurren variaciones significativas en el tiempo y el espacio.

Después de intensas precipitaciones (generalmente debidas a ciclones), ocurren grandes períodos de estiaje (sequías).

Riesgo de falla en presas.

Se han construido y se requieren para: Modificar la desigual distribución en el tiempo. Con los Acueductos y las Conducciones, la mala distribución en el espacio.

Riesgo de falla en presas

Indudablemente guardar el agua cuando hay para utilizarla cuando se necesita. El control de avenidas con la consecuente protección a vidas y propiedades. Utilizarla y distribuirla por medio de canales en distritos de riego y acueductos. Generar energía eléctrica tan vital hoy en día. Las presas a pesar de la controversia, hoy en día son muestra de desarrollo regional o nacional en muchos países del mundo.

Riesgo de falla en presas

PRESA ITAIPÚ EN EL RÍO PARANÁ; 15,500 MW INSTALADOS

Riesgo de falla en presas.

Tres gargantas: Altura

H= 181 m.

Superficie

A= 25,900 has.

Afectación inicial

846,000 personas.

Afectación final

3,000, 000 personas.

Capacidad inicial

18,200 MW; (26x700MW).

Capacidad total

22,400 MW

Costo

25,000 Mills de Dólares.

PRESAS CONSTRUIDAS EN MÉXICO

La Ingeniería de Presas y las Obras Hidráulicas SUMINISTRO DE AGUA

Mejorar eficiencia en el uso de agua

En zonas áridas: recargar los acuíferos

Reciclar las aguas industriales

Almacenarla y conservarla

Riesgo de falla en presas

El hombre y el ingeniero cuando del agua se trata, se enfrenta a tres problemas básicos a resolver: Calidad.

Escasez. Exceso de la misma.

Riesgo de falla en presas

La población mundial se incrementa a un ritmo tal que cada 10 años hay 1000 millones de seres humanos adicionales a los que debemos darles:

Vivienda Infraestructura Trabajo Agua Energía

Riesgo de falla en presas

Agua Utilizada Distribución

4% de la población utiliza de 300 a 400 litros por habitante/día. 67% de la población utiliza menos de 50 litros por habitante/día. 1400 litros se requieren incrementar al día por habitante/día.

Riesgo de falla en presas.

Recursos Hidráulicos Las poblaciones se desarrollan en donde existen pocos recursos hidráulicos. En México el 80 % de la población se asienta donde existen el 20% de los recursos hidráulicos y viceversa.

Colorado (1867)

Vertiente Interior Volumen Medio Anual Total

6 293 Mm3 Yaqui (5259)

Nazas*

Vertiente del Golfo

(2508)

El Fuerte (13635)

Sinaloa

Bravo

Volumen Medio Anual Total

(7640)

256 738 Mm3

San Fernando

(1113)

(4520)*

Aguanaval

Culiacan

Soto La Marina

(2087)

San Lorenzo

Panuco

(1661)

(19087)

Acaponeta (1362)

Tuxpan (2579) Cazones

Santiago (16519)*

(1459)

Ameca (1573)

Lerma

Armeria

Tecolutla

Candelaria

(5908)

(901)

(1620)

Coahuayana (1579)

Vertiente del Pacífico

Balsas

Usumacinta

(24944)

Volumen Medio Anual Total

Papagayo

128 454 Mm3

(4386)

Ometepc (5843)

Grijalva (125818)* Tehuantepec Verde (2606) (4799)

Suchiate (2648)

Unidades en Mm3, Fuente: Estadísticas del Agua en México,2003. * Ambos Ríos.

Nacional 410, 000 Mm3

Hondo (738)

Riesgo de falla en presas.

En México las presas almacenan cerca de 150,000 Mm³ (del orden del 35% del escurrimiento). Aquí, cabría hacer mención de la imperiosa necesidad que tenemos para tratar de ofrecer muchos más proyectos que nos permitan regular el agua y entregarla con la calidad y cantidad con la que la requerimos en un futuro cercano.

Riesgo de falla en presas

Las presas en México pertenecen al gobierno a través de:

La Comisión Nacional del Agua. La Comisión Federal de Electricidad. La entonces Secretaría de Agricultura y Ganadería. Muchas presas pequeñas fueron construidas por particulares y sin duda no están reportadas para fines estadísticos.

Riesgo de falla en presas

Presas Construidas en México

Dependencia

Años

Número de presas con altura mayor a 15 m.

-

90

1926

173

Secretaría de Recursos Hidráulicos

1947-1976

100

Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos

1976-1988

130

Comisión Federal de Electricidad

1937-2004

53

Privadas para Riego Comisión Nacional de Irrigación

Riesgo de falla en presas

En 1889 se instaló en Batopilas, Chihuahua, la primera hidroeléctrica en México (22 kilowatts de potencia) y 20 años después las presas de Tenango, Necaxa (31 500 kilowatts) y Los Leyes (éstas con materiales graduados), para la Mexican Light and Power Company. La construcción de la presa La Boquilla, Chihuahua, inició en 1910.

C.H. BOQUILLA (1910)

C.H. NECAXA (1909)

Riesgo de falla en presas Presa

Infiernillo, Guerrero

Río

Balsas

Año

1963

Propósito

Generación y control de avenidas

Riesgo de falla en presas Presa

Ambrosio Figueroa, Guerrero

Río

Papagayo

Año

1964

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas

Presa

Plutarco Elías Calles, Sonora

Río

Yaqui

Año

1964

Propósito Generación y control de avenidas Presa

Netzhualcoyotl, Chiapas.

Río

Grijalva

Año

1964

Propósito Generación y control de avenidas

Riesgo de falla en presas Presa

La Angostura, Chiapas

Río

Grijalva

Año

1975

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas Presa

Chicoasén, Chiapas.

Río

Grijalva

Año

1980

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas

Presa

Peñitas, Chiapas.

Río

Grijalva

Año

1987

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas Presa

El Caracol, Gro.

Río

Balsas

Año

1988

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas

Presa

Aguamilpa, Nayarit

Río

Santiago

Año

1994

Propósito

Generación

Riesgo de falla en presas

Presa

Zimapán, Hidalgo, Querétaro

Río

Moctezuma

Año

1995

Propósito Generación

Riesgo de falla en presas

Presa

Huites, Sinaloa

Río

Fuerte

Año

1996

Propósito

Generación, Irrigación

Riesgo de falla en presas

• 1. Introducción • 2. Presas en el mundo

Consideraciones de seguridad

Según el Comité Internacional de Grandes (ICOLD,1995), se define como falla o ruptura:

presas

“El colapso o movimiento de una parte de la presa que no puede retener el agua”.

Fallas en Presas

Los antecedentes de publicaciones del ICOLD (1974 Y 1983), plantearon dos preguntas interesantes: 1.

¿Cuales son los principales procesos o mecanismos que causan incidentes?

2. ¿Que progresos se han hecho en términos generales en los últimos años para evitarlos?.

52

Fallas en Presas

La filosofía de estas aseveraciones se refiere a la estabilidad de las presas, no obstante cabe preguntarse si se consideran:

Avenidas excepcionales que contemplan los efectos del acarreo de grandes volúmenes de sólidos que transportan sedimentos. Sismos de gran intensidad. Deficiencias estructurales en el diseño y construcción

53

Fallas en Presas

La respuesta debe darse en el sentido de que para un alto rango de avenidas y sismos considerados como “máximos creíbles” La seguridad de presas debe garantizarse sin exceder desde el punto de vista económico las medidas de seguridad.

54

Fallas en Presas

La seguridad de presas ha despertado una preocupación plenamente justificada a nivel mundial. La súbita liberación de miles de toneladas de agua sobre asentamientos humanos puede causar enormes pérdidas humanas y materiales, además de graves daños al medio ambiente.

La seguridad de presas depende principalmente de tres factores: Diseño Calidad de construcción Mantenimiento - operación.

Fallas en Presas

Diseño. Los criterios usuales de factores de seguridad, empleados a la fecha, están empezando a ser cuestionados, usándose cada vez más los criterios probabilísticos, los cuales son más científicos y en los que está inherente el concepto de confiabilidad.

Es importante señalar que debe implantarse un panel que revise el diseño del consultor o grupo que lo efectúa y que lo haga oportunamente.

56

Fallas en Presas

Construcción. Es probablemente el aspecto más difícil de todos, ya que en la mayoría de ellas, existen compromisos políticos y sociales que obligan a cumplir un programa en tiempo y costo que en muchas ocasiones no son compatibles con la calidad requerida en las bases de diseño. Además el aspecto de supervisión presenta variaciones o cambios aún en los mismos países e instituciones.

Mantenimiento y operación. El grupo diseñador y consultor, así como el supervisor deben formar parte del comité de inspección de las presas que se están revisando, ya que conocen y están íntimamente ligados al proyecto y los detalles que lo componen; lamentablemente estos aspectos pocas veces se toman en cuenta.

57

Fallas en Presas

Las lecciones aprendidas sobre fallas de presas en el pasado, proporcionan información valiosa para los diseñadores que buscan garantizar la seguridad de las estructuras actuales.

De los análisis de fallas de las 15800 presas que se tienen para fines estadísticos: Se encontraron 107 casos de falla totales: 61 fallas ocurrieron por desbordamiento: Durante la construcción 11 presas de tierra (T y E) y enrocamiento y 2 en presas de concreto y gravedad (C y G) fallaron. De los otros 48, 7 ocurrieron por un mal funcionamiento de compuertas y 5 por la falla de una presa aguas arriba.

Se reportaron 1105 casos de deterioro. Se indican 107 casos de falla ( 107/15800 = 0.6772 %) Se señalaron 145 incidentes hidráulicos; 43 en T y E (43/145 =30) y 18 % en C y G (18/145=12.4 %). Se podría esperar la falla de 0.006772*100000=677 presas en el mundo: totalmente inadmisible

En resumen: Número de presas..................15,800 No. presas con deterioro..........1,105 No. fallas totales..........................107 No. incidentes hidráulicos............145 Incidentes en T y E........................88 Incidentes en C y G.......................57

No. fallas por desbordamiento.......61 No. fallas en T y E..........................43 No. fallas en C y G.........................18 Relación fallas por desbordamiento .........................................61/107= 57 % Considerando factores hidráulicos: T y E.................................43/145=30% C y G...............................18/145=12.4%

Causas de las Fallas en Presas

Las tres principales causas de falla en las presas son: El desbordamiento. La erosión interna. El debilitamiento de la cimentación.

FALLAS EN PRESAS EN EL MUNDO

Desbordamiento

La presa South Fork, Johnstown, en 1889.

La presa Lower Otay en 1916.

Desbordamiento

En 1972 fue la presa Canyon Lake en Rapid City, USA. En china, en 1975 fallaron las presas, Baquio, Shimantan y otras más pequeñas.

Desbordamiento

La presa Oros en construcción en Brasil en 1960. La presa Panshet en la India en 1961. La presa Sempor en Indonesia en 1967. La presa Marun localizada en Irán en 1993.

Erosión Interna

La migración de materiales y el consecuente desarrollo de vacíos son tan graduales que no permiten ser detectados hasta que se encuentran muy avanzados.

Una causa común de falla ha sido la perforación regresiva (tubificación), por fugas debidas a gradientes hidráulicos controlados inadecuadamente, lo cual ocurre con frecuencia a lo largo de ductos enterrados y en los puntos de contacto con estructuras y cimentaciones

Erosión Interna

Los suelos de arcilla dispersiva pueden tener resistencia especialmente baja a la erosión, la falla de la presa Nahal Oz en Israel en 2001 se le atribuyó este tipo de debilitamiento.

Igualmente la presa Zeyzoun en Siria falló en 2002.

Erosión Interna

A este fenómeno se le atribuyó la falla de la presa Sheffield en California en 1925 y la presa Van Norman también en California, USA en 1971.

Erosión Interna

Por otro lado las fuerzas sísmicas han provocado la licuefacción de los materiales no cohesivos de grano fino en los terraplenes y en las zonas de cimentación; en México en el 2010, el canal de Mexicali falló por esta condición.

Presa Teton Fue una presa de relleno de tierra de 123 metros de altura construida sobre el río Teton, en Idaho. La investigación de la brecha posterior a la falla reveló fracturas muy abiertas en las caras de la trinchera clave del apoyo derecho, la cual tenía un relleno de limo eólico frágil y altamente erosionable. La roca bajo la capa de inyección del fondo no estaba bien sellada.

Presa Teton

La excavación, revisión y prueba de la cimentación permitieron entender los mecanismos de la falla, la cual resultó en la erosión y el colapso del relleno desprotegido de la trinchera clave.

Debilitamiento de la Cimentación

En cuanto a fallas de cimentaciones que han sido asociadas con accidentes y fallas de presas de concreto incluyen planos débiles.

Debilitamiento de la Cimentación

Entre los casos mas notables se encuentran la presa Austin en Pennsylvania en 1911.

Debilitamiento de la Cimentación

La presa Tigra en la India en 1917. La presa Saint Francis en California en 1928

Presa Campos Novos

Se encuentra ubicada sobre el río Canoas en el estado de Santa Catarina, Brasil. Fue inaugurada en el 2007 con una altura 202 m, lo que a convierte en la tercera presa más alta es su tipo en el mundo.

Presa Malpasset Construida sobre el río Reyran en el sudeste de Francia, era una presa de concreto tipo arco de 66.5 metros de altura, cimentada principalmente sobre gnéis, pero con tendencia esquistosa en el apoyo izquierdo y en la parte inferior del apoyo derecho.

Presa Malpasset

FALLAS DE PRESAS EN MÉXICO

88

Fallas en Presas Mexicanas

NÚMERO DE PRESAS CLASIFICADAS SEGÚN SU ALTURA DE CORTINA 1600 1422 1400

828 GRANDES PRESAS

No.

1200 1000

P

BORDOS

GRANDES

800

726

R E

600

S

400

A

200

S

491

439

175

109

66

12

5

0 150

Fallas en Presas Mexicanas

PROPIETARIOS DE LAS PRESAS EN MÉXICO

Particulares 863 Presas Asociación de Usuarios 1225 Presas

26.08 % 37.02 %

Gobienos Estatales 316 Presas

9.54 %

CILA 5 Presas

0.15 %

En la base de datos se tienen 3308 registros con propietario 25.50 % CFE 56 Presas CNA 844 Presas

1.69 %

Fallas en Presas Mexicanas

Deslizamientos. El dique Pescaditos en Temascal (Presidente Alemán) y El Estribón (Jalisco). Flujo de Agua. El dique Laguna (Sistema Necaxa) y La Escondida Tamaulipas.

P. TEMASCAL, OAX.

P. LA ESCONDIDA, TAMPS.

95

Fallas en Presas Mexicanas

Erosión de taludes. Debido al oleaje, se presentó pérdida parcial del enrocamiento; en la presa Abelardo Rodríguez (Sonora) y El Azúcar (Tamaulipas).

P. EL AZUCAR, TAMPS.

96

Fallas en Presas Mexicanas

Presa Piedra Blanca, Coah. Primera Falla, 1999.

Fallas en Presas Mexicanas

Presa Piedra Blanca, Coah. Segunda Falla, 2007.

Fallas en Presas Mexicanas

Desbordamiento. La presa del Conejo debido al desbordamiento de la presa de La Llave en Irapuato.

Fugas en conductos enterrados. En la presa Santa Ana, se sospecha que la falla por tubificación fue por esta causa.

99

Incidentes en México La Venta Gro. En 1967 se presentó una avenida de 11,800 m3/s que provocó el desbordamiento de la presa y la inundación de la casa de máquinas.

C.H. LA VENTA, GRO. (1964)

Incidentes en México El Infiernillo Mich. En octubre de 1967 se presentó una avenida de 25,200 m3/s que causó cavitación en los vertedores.

C.H. INFIERNILLO, GRO. (1964)

102

Estado Actual de las Presas

Hay varias presas en México que han alcanzado su vida útil o están cerca de hacerlo y a la fecha presentan problemas serios por azolvamiento.

Esto, reduce necesariamente su capacidad de regulación y ocasionan sobre la cortina empujes estáticos y dinámicos (por sismos de gran intensidad) no considerados en el diseño original.

Hay varias presas que fueron diseñadas hace más de 30 o 40 años, en las que las condiciones hidrológicas han cambiado o bien los criterios de diseño, no corresponden a los actuales. 103

Estado Actual de las Presas

Como ejemplo pueden mencionarse las presas Mazatepec (Pue.), Santa Rosa (Jal.) y otras.

PRESA TUXPANGO, VER

Tuxpango (Ver.),

PRESA SANTA ROSA, JAL. 104

Estado Actual de las Presas

Presa Malpaso, Zac. Modificación y obstrucción de las obras de excedencias.

Presa Ojocalientillo, Ags. Obstrucción de los vertedores por parte de los usuarios

Estado Actual de las Presas

Presa La Ventilla, SLP. Falla de las presas debido a obstrucciones de los vertedores.

Presa Ateto, Zac. Riesgos de falla debido a la falta u obstrucciones de los vertedores.

Estado Actual de las Presas

Presa Madín, Méx. Desarrollo de asentamientos humanos y zonas recreativas aguas abajo de las cortinas.

Presa El Capulín, Méx.

Estado Actual de las Presas

Necesidad de almacenar agua por arriba de los niveles establecidos, mediante la colocación de agujas

Presa Marte R. Gómez, Tamps. Vertedor de cresta libre con agujas

Estado Actual de las Presas

En las presas con embalses grandes el riesgo es mayor, ya que el retiro de las agujas puede llevar un tiempo bastante largo y durante esta maniobra la ocurrencia de una avenida extraordinaria podría presentarse antes de retirar todas las agujas

Presa Marte R. Gómez, Tamps. Retiro de agujas en un vertedor de cresta libre

Estado Actual de las Presas

Falta de información hidrológica durante la etapa de diseño En presas que tienen más de 30 años en operación, no es raro que se presenten avenidas mayores a la de diseño, ya que éstas se estimaron con poca información y por métodos que en la actualidad han sido mejorados

Presa El Portillo II, (Cuxtepequez), Chis.

Estado Actual de las Presas

Presa La Fronteriza, Ciudad Juárez, Chih.

Puesta fuera de servicio

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

En 1990 del 11 al 22 de agosto se presentó una avenida de 5,300 m3/s y la elevación máxima del agua en el embalse fue la 102.60 msnm.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Los eventos relevantes de la avenida de 1990 fueron: Se inundó el recinto entre la ataguía y la presa retrasándose la construcción por no haberse terminado la pantalla impermeable. No se había terminado la ataguía aguas abajo.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Se presentó un caído de 20,000 m3 de roca en el túnel no. 2 que provocó un golpe de ariete de 250 m de altura el cual salió por la lumbrera de cierre provisional, afortunadamente la misma sobrepresión y el gran caudal ayudaron a retirar el material producto del derrumbe.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Durante el estiaje de 1991 se efectuaron amplias reparaciones en ambos túneles que llevó a colocar anclaje y concreto lanzado en una longitud promedio de 330 m en cada túnel. Esta acción sin duda permitió soportar con éxito el evento de 1992.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Avenidas de 1992: El fenómeno del Niño produjo lluvias inusualmente persistentes en la mayor parte de la cuenca del río Santiago.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Se presentaron dos avenidas extraordinarias: Ambas fueron mayores que el máximo registrado en 50 años anteriores. El agua rebasó la ataguía de 55 m y se almacenó en el recinto comprendido entre la ataguía y la cortina.

Esta condición no estaba prevista en el diseño de la ataguía y puso en entredicho su estabilidad. Por otra parte causó estragos en la cortina que estaba parcialmente cubierta con losas de concreto.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Las condiciones de la presa en las obras de contención eran: Las losas de concreto estaban colocadas hasta la elevación 94 msnm. La cara de la presa estaba protegida con un riego de asfalto hasta la cota 120 msnm. De la 120 a la 124 estaba protegida con plástico en espera de ser protegida con asfalto.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

La primer avenida extraordinaria abarcó del 16 al 20 de enero. Se presentó un gasto pico instantáneo de 10,880 m3/s que corresponde a un gasto máximo medio diario de 9,334 m3 /s. El nivel del río aumentó de la elevación 70 msnm el día 15 a la cota 86 el día 17 y alcanzó la cota 99 el día 18.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

El ritmo del agua creció en su ritmo de ascenso y aparecieron lloraderos a través de la ataguía a la elevación 108 msnm.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

A fin de evitar el colapso de la estructura, se tomó la decisión de de abrir un tajo en la corona del dique fusible. El cual empezó a degradarse y el agua entró al recinto como estaba previsto.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Durante la avenida el nivel del río alcanzó la elevación 75 msnm aguas abajo y el agua estuvo a punto de entrar al túnel de desfogue en construcción lo cual hubiera provocado la inundación de la caverna donde se aloja la casa de máquinas. Para evitar esto se sobreelevó urgentemente un muro de contención que evitó esta situación.

Incidentes en México

C.H. AGUAMILPA, NAY. ( TUNELES DE DESVIO )

125

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

La segunda avenida se presentó en la noche del día 25 de enero con un gasto máximo de 7,700 m3/s alcanzando el río la cota 112.40 msnm entrando nuevamente en el recinto de manera franca por el bordo fusible (cota 108). A partir del día 27, el río descendió hasta alcanzar el nivel habitual del río.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Comportamiento de la ataguía: El agua se almacenó en el lado aguas abajo de la ataguía, lo cual no estaba previsto en el diseño original. El nivel máximo de agua que se alcanzó fue la 123.60 msnm.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Deformaciones: La deformación máxima de la ataguía fue de 15 cm en el centro y la zona donde se ubica el aluvión; estos asentamientos se incrementaron en 5cm en el siguiente mes. Las inundaciones produjeron un retraso cercano a tres meses en la construcción de las obras del proyecto.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

La decisión de haber construido el dique fusible permitió no perder la ataguía aguas arriba, recuperar la obra de desvío y tener el retraso de solo unos meses en el programa de construcción de la obra contra la posibilidad de haber perdido más de un año de construcción.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Riesgo de falla por desbordamiento: Al analizar la información hidrológica actualizada, se encontró que el mínimo error cuadrático corresponde a la distribución Doble Gumbel. Cabe hacer notar que el gasto original de diseño de 6,770 m3 /s corresponde a un Tr=25 años y no a 50 años como originalmente se había considerado.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Riesgo de falla por desbordamiento: La probabilidad de que se presente este gasto es de: P=1- 1/Tr=0.96 La probabilidad de falla real es de: PF= 1-0.96=0.04 Este es el nivel de referencia a emplearse en el análisis.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Función de comportamiento ante avenidas:

La función básica de comportamiento se adoptó como: Fu= Hp-hg ; donde: Fu: es la función de comportamiento Hp: la altura de la presa (que es un valor fijo). hg: el nivel máximo obtenido al transitar las avenidas asociadas a distintos valores iniciales ho del vaso de almacenamiento.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Condiciones constructivas: Los túneles de desvío se construyeron con una sección media de b=8.00m (total de 16.00m). Se consideró un coeficiente de rugosidad de Manning n=0.0375.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Al considerar solo los tramos de portales de entrada, salida y algunos tramos en los que se colocó concreto lanzado, se obtuvo una condición equivalente de rugosidad neq=0.0232 La rugosidad equivalente conjunta real en los túneles al considerar la longitud total excavada en roca y los tramos antes dichos, tuvo un valor real neqr=0.0326.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

La función de comportamiento se expresó como: Fu= Hp-hg = Hp- [Qp2 (0.0000476/b2.40)+ 0.776694n2/b3.7337+ Qp(-0.00185/b0.7047+ 0.085n2/b1.511)+2.1642b0.999+0.00252n2b0.71139]

Esta expresión corresponde al margen de seguridad para el análisis de riesgo.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Resultados obtenidos: Al aplicar la distribución Doble Gumbel, se encontró que el Tr real del sistema (con las condiciones constructivas antes dichas) es de 126 años. PF=0.007913; =2.4133 n=0.0327; b= 8.544m QP= 8,518 m3/s Tr= 126 años

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Esta probabilidad de falla es 5 veces inferior a la de referencia de 0.04 obtenido como punto de comparación en el análisis determinístico. Es decir, en la realidad al hacer un análisis probabilístico, se incrementa la seguridad real del conjunto al pasar de un período de retorno supuesto de 50 años a uno conjunto de 126 años.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

El gasto pico se incrementó realmente del original de diseño QP= 6,700 m3/s. A uno de QP= 8,518 m3/s cuyo incremento es de un 27%

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Al representar las condiciones finales en el embalse se tienen las siguientes condiciones: Gasto pico: QP= 9,334 m3/s; Tr=311 años. Una elevación máxima a la 123.60 msnm. Las condiciones de falla son: PF=0.003218;  =2.7255; n =0.0327; b = 8.676m

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

El período de recurrencia conjunto real que se presentó en el sitio es de 327 años, el cual es 13 veces superior al de referencia original. Es decir el fenómeno natural fue significativamente superior a cualquier previsión posible hecha o tomada por los ingenieros. La falla era inevitable en estas condiciones.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Lo que se puede hacer sin duda es colocar además de los tratamientos de roca necesarios por condiciones geotécnicas, medidas simples. Una de ellas es colar una plantilla de concreto hidráulico de regularización en el piso que permite tener mucha limpieza en la obra y mejorar significativamente el coeficiente de rugosidad conjunto del desvío.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

• El coeficiente de rugosidad equivalente del proyecto pasa a ser de neqr=0.0326 a n=0.0292 • Sí además se coloca concreto lanzado en toda la sección del túnel, lo cual es complicado pero factible, la rugosidad equivalente pasa a ser neq=0.0252. • El ancho inicial del túnel viene a ser 8.33m al reducir un promedio de 7.5 cm a cada lado del túnel.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

El sistema trabaja con estos valores: Para neq=0.0252, b=8.559m PF=0.002312; =2.8392; QP= 9,617 m3/s El periodo de recurrencia y la probabilidad de falla se incrementa un 12.9% y alcanza un valor de 433 años.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Respecto al análisis de Aguamilpa en particular, se encontró que: En enero de 1992 el fenómeno meteorológico del Niño, causó serias perturbaciones en el occidente de México. En Aguamilpa se presentaron dos avenidas extraordinarias que produjeron inundaciones del recinto comprendido entre la ataguía y la cortina.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Se puede concluir respecto a este tema que: Las dos avenidas extraordinarias pusieron en evidencia el excelente comportamiento de la presa en lo que a permeabilidad se refiere. La alteración de la cara fue notoria en algunas zonas, pero jamás se puso en duda la integridad de la cortina. La inclusión del dique fusible en las últimas etapas del diseño, salvó la ataguía de un desbordamiento incontrolado que muy probablemente hubiera provocado su colapso. Gracias a que la presa había alcanzado una altura considerable, se evitaron daños serios en la planicie de Nayarit.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Respecto al análisis probabilístico se puede concluir que: La probabilidad de falla real del sistema conjunto arroja un valor de falla 5 veces inferior al obtenido con el criterio determinístico. Las condiciones de falla reales que se presentaron en el sitio es de 327 años, el cual es 13 veces superior al de referencia original. El fenómeno natural fue significativamente superior a cualquier previsión posible hecha o tomada por los ingenieros.

La falla era inevitable en estas condiciones.

Riesgo de Falla en El P.H. Aguamilpa

Con solo colocar concreto hidráulico en la plantilla se incrementaba la seguridad un 3.9% y pasa de 126 a 168 años. Al colocar además concreto lanzado en las paredes de los túneles, el incremento en seguridad que se logra es de un 12.9% y alcanza un valor de 433 años. Estas medidas deberán generalizarse en el diseño y construcción de presas, ya que son simples, ofrecen condiciones constructivas seguras y limpias y además permiten incrementar significativamente la seguridad de nuestras obras.

Conclusiones

1. El mayor número de deterioros ocurre en presas de tierra y enrocamiento. 2. La mayor incidencia en cuanto a fallas se refiere es por desbordamiento ante avenidas con un 61 de 107, de las cuales 43 ocurrieron en presas de tierra y enrocamiento y 18 en presas de concreto.

Conclusiones

3. Ante las fallas por desbordamiento, es urgente revisar las presas en construcción y operación que no hayan tomado en cuenta para el diseño una base de riesgo de falla. 4. Se requiere establecer un criterio que permita construidas con un alto riesgo potencial de falla.

identificar presas

5. Se deben utilizar índices y parámetros de referencia para comparar los análisis teóricos.

Conclusiones

6. Es urgente normar la seguridad de presas. 7. Como en otros países sucede, debe establecerse desde el punto de vista institucional y necesariamente, con organismos independientes que tengan la, ejecutividad necesaria para que se corrijan los aspectos negativos encontrados en las inspecciones y análisis de detalle. 8, Habrá que revisar cuidadosamente el ordenamiento territorial en el país para tomar varias decisiones que son urgentes para garantizar vidas y propiedades que son invaluables.

“LA GRATITUD ES LA MEMORIA DEL CORAZÓN” (LAO TSE)