I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego y Drenaje
Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre
REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LOS PRINCIPALES RIESGOS DE FALLA DETECTADOS EN LAS INSPECCIONES DE SEGURIDAD DE PRESAS
Rafael Antonio Briseño Ramiro1; Gisselle Orozco Bustos2; Mario Francisco Moreno López2
1Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México. C.P. 62550
2Instituto Tecnológico de Zacatepec. Calzada Tecnológico No. 27, Col. Plan de Ayala, Zacatepec de Hidalgo, Morelos. C.P. 62780
Resumen
Las presas aportan beneficios extraordinarios, sin embargo están sujetas a diversas deficiencias o riesgos de falla debido al envejecimiento de las obras, falta de mantenimiento, al cambio del uso de los suelos en la cuenca (deforestación y urbanización), en algunos casos a la invasión y contaminación de los embalses y cauces aguas abajo, lo que eleva el potencial de riesgo al considerar que sí es probable la falla y en caso de suscitarse, las afectaciones ocasionarían daños ambientales, pérdidas económicas e incluso de vidas humanas.
La CONAGUA ha realizado inspecciones de seguridad previas que han permitido identificar los principales tipos de riesgo que presenta cada presa registrada en el Sistema de Seguridad de Presas (SISP), de un total de 5,700 presas nacionales el 63% tienen una cortina homogénea de tierra, 24% de mampostería, 8% de concreto, 3% de muro con respaldo de tierra y 2% de enrocamiento.
Se han reportado del orden de 170 presas clasificadas como de alto riesgo, lo cual representa el 3% de la infraestructura (SISP, 2015). Estas presas son revisadas nuevamente por especialistas para confirmar o modificar el estatus de riesgo; en los casos más graves,
Tipo de Deficiencias
Con objeto de atender las situaciones que producen amenazas, se toma en cuenta cada uno de los aspectos analizados en la inspección de seguridad de la presa, los cuales se han clasificado en los siguientes tipos (Murillo, 2014b):
Riesgo Hidrológico-Hidráulico. Se ve reflejado cuando la obra de excedencias es obstruida o es insuficiente hidráulicamente ante una avenida extraordinaria. Esta situación es grave en presas de tierra, ya que al desbordar por encima de la corona puede erosionar y finalmente colapsar.
Figura 1. Vertedor con capacidad hidráulica insuficiente
Riesgo Estructural. Se puede apreciar cuando la cortina de la presa presenta una grieta, asentamientos o inestabilidad en la obra que pueda provocar un deterioro parcial o total en su estructura. Este problema es frecuente en cortinas de tipo rígido por envejecimiento o bien por deterioro propio.
Figura 2. Presa con agrietamiento en un contrafuerte
Riesgo Geotécnico. Éste depende del tipo de material posiblemente inadecuado en las cortinas de tierra, calidad y/o nula supervisión en su construcción. También, puede ser detectado al encontrar erosiones sobre la cortina, deslizamientos de taludes, una filtración con arrastre de sólidos, madrigueras o raíces de árboles sobre el cuerpo de la cortina, entre otros que pueda generar una tubificación y con esto la falla de la obra.
Figura 3. Presa con falla por tubificación
Riesgo Funcional. Se diagnóstica si el funcionamiento de la presa ha sido alterado y no es el adecuado, si las condiciones del vertedor, corona, obras de toma, y mecanismos electromecánicos no son buenas y su operación no es efectiva, ya sea porque fueron canceladas u obstruidas, comúnmente ocurre por el azolvamiento del vaso que cubre la entrada, invasión del embalse con cultivos y/o por falta de mantenimiento a los mecanismos que los hace inoperables.
Figura 4. Obra de toma inoperante
Riesgo de Ordenamiento Territorial. Se refiere a la invasión de localidades o asentamientos dentro de la zona de influencia de la presa, (aguas abajo del vertedor, de las conducciones o del vaso), lo cual impide su adecuada operación considerada en los diseños originales del aprovechamiento al descargar hacia la población.
Figura 5. Presa con invasión de asentamientos humanos
Riesgo Ambiental. Éste puede contener las condiciones de contaminación en la cuenca o la presencia de descargas puntuales al embalse que comprometen la calidad del agua de forma que no es utilizable para los fines con que fue concebida la presa y representa un foco de infección para las viviendas aledañas.
Figura 6. Embalse de la presa con agua contaminada
Resultados
Derivado de la recopilación de información de los informes de las 100 presas analizadas (SISP, 2015), se muestra la ubicación donde resaltan los estados de San Luis Potosí, Guanajuato y Aguascalientes (Figura 7), en la Figura 8 se identificó el tipo de zona sísmica de acuerdo con la regionalización sísmica de la República Mexicana, el 7% se encuentran localizadas en la zona D (alta), el 4% en las zonas B y C (media) y afortunadamente el 89%
en la zona A (baja).
Aguascalientes Coahulia Chiuahua Durango Guanajuato Jalisco Edo. Mex.
Michoacan N. L.
Oaxaca Puebla Queretaro S. L. P.
Sonora Tamaulipas Zacatecas Chiapas Guerrero veracruz nayarit sinaloa
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Figura 7. Entidad donde se ubican
baja 89%
media 4%
alta 7%
ZONA SÍSMICA DE LAS 100 PRESAS
Figura 8. Clasificación de acuerdo a su regionalización sísmica
La Figura 8 refleja que más del 80% de las presas tiene una antigüedad de más de 20 años, lo que significa que los criterios hidrológicos de diseño han cambiado y a la fecha presentan problemas serios por azolvamiento; 3 presas fueron construidas en el siglo XVIII, 13 en el siglo XIX, 14 presas en las primeras décadas del siglo XX y la principal construcción fue en la época de la Secretaría de Recursos Hidráulicos (SRH) y la Secretaría de Agricultura y Ganadería (SAG) en el periodo de 1947-1976.
En la Figura 9 se muestra que los particulares, hacendados, SAG y SRH fueron los principales diseñadores a cargo de la construcción y supervisión de las obras. También, sobresale la Comisión Nacional de Zonas Áridas (CONAZA) con 8 presas considerando que son obras recientes.
0 5 10 15 20 25 30 35
Número de presas
Periodo (año) AÑO DE TERMINACIÓN
Figura 8. Período de construcción
0 5 10 15 20 25
Número de presas
DISEÑADOR DE LA PRESA
Figura 9. Dependencia o institución a cargo
Las presas fueron construidas para muchos fines útiles (Figura 10) en este caso actualmente la principal es riego y abrevadero. De acuerdo a la clasificación por altura se revisaron 37 presas grandes, 50 presas medianas y 13 presas pequeñas (Figura 11).
1
riego 47
psicultura 1
abrevadero 11
control de avenidas 7
potable 8
recreativo 4
gen electrica 3
recarga acuífero 3
riego y abrevadero 9
riego y control de av. 3
otros 4
Uso actual del agua
Figura 9. Uso actual del agua
13
33
17 17
12
8 0
5 10 15 20 25 30 35
3-4.99 m 5-9.99 m 10-14.99 m 15-19.99 m 20-35 m + de 35 m C L A S I F I C A C I Ó N P O R A L T U R A
Figura 10. Altura máxima de la cortina
En la Figura 11 se muestra el tipo de comportamiento y el material de la cortina de las presas, el 68% son de comportamiento flexible, el 26% son presas rígidas y el 6% son de
PRESAS GRANDES PRESAS
MEDIANAS PRESAS
PEQUEÑAS piscicultura
Uso actual del agua
1 7
2 16
6 25
29
8
2 1 2 1
0 5 10 15 20 25 30 35
MATERIAL Y COMPORTAMIENTO DE LA CORTINA
Figura 11. Material y tipo de cortina
23 14
30
8
3 4
1 3 4 8
2 0
5 10 15 20 25 30 35
OBRA DE EXCEDENCIAS
Figura 12. Tipo de obra de excedencias
Con base en lo reportado en los informes y datos en el SISP se realizó un análisis de cada presa y las anomalías que representan, las posibles causas de falla o situaciones de riesgo en las cortinas, obras de excedencias y de toma o componente.
TIPO FLEXIBLE MIXTA
TIPO RÍGIDA
En la Figura 13 se muestran las principales anomalías en la cortina donde destaca la excesiva vegetación (cortina enmontada), erosiones y filtraciones sobre el cuerpo de la cortina.
erosión, 21%
filtración, 15%
vegetación, 24%
desbordamien to, 8%
deslizamiento, 7%
grieta, 7%
madrigueras /hormigueros,
5%
asentamiento, 9%
tubificación, 0.5%
s/anomalia, 3%
Cortina
Figura 13. Presas con anomalías en la cortina
Las anomalías detectadas en la obra de excedencias (Figura 14), se encontraron principalmente la insuficiencia del área hidráulica, obstrucción o sobreelevación del nivel de la cresta del vertedor, obstrucción con vegetación en la descarga y erosión regresiva.
deterioro de cresta
4%
erosión regresiva
8%
operación obstrucción
15%
grietas 5%
descarga a población
3%
insuficiente 26%
no tiene 7%
s/anomalia 21%
filtraciones 3%
vegetación 8%
Obra de excedencias
Figura 14. Presas con anomalías en la obra de excedencias
En la Figura 15 se evidencia que existen presas con obras de toma que están abandonadas y sin operar, umbral de entrada azolvado y falta de mantenimiento (mecanismos oxidados y con fugas).
inoperante,
11% concreto deteriorado,
2%
azolvada, 11%
s/anomalia, 20%
fugas, 9%
falta de mantenimient
o, 21%
obstruida, 5%
no tiene, 22%
Obra de toma
Figura 15. Presas con anomalías en la obra de toma
La principal anomalía de los embalses es el azolve debido al cambio del uso del suelo en la cuenca, la contaminación por asentamientos y descargas de aguas residuales en los embalses y la invasión del embalse con cultivos o asentamientos humanos (Figura 16).
invasión, 3%
azolvado, 92%
contaminación , 5%
Embalse
Figura 16. Presas con anomalías en el embalse
observadas, siendo la principal la hidrológica con un 37%, Funcional (23%), Estructural (22%), Geotécnico (14%), falta de Ordenamiento Territorial (3%) y Ambiental (1%).
El Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) y el Instituto de Ingeniería de la UNAM (IIUNAM) realizan diversos estudios con el fin de apoyar a la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) en la revisión de presas, dentro de las cuales se realizan los siguientes: estudios hidrológicos para revisar y actualizar la avenida de diseño para un periodo de retorno recomendado por la GASIR; revisar la estabilidad en condición normal, inusual y extrema de las cortinas con problemas estructurales; estudios de geotecnia para obtener propiedades índice y mecánicas de los materiales constitutivos de la cortina;
revisar el funcionamiento y operación actual de las presas, su condición física y políticas de operación existente o en su caso proponer modificaciones requeridas para conservar el nivel de seguridad de la presa en situaciones de emergencia; delimitar las zonas de peligro y mapas de inundación definiendo las áreas, profundidades y velocidades de flujo y proponer medidas de mitigación para reducir las posibles afectaciones a asentamientos humanos y de infraestructura como obras de protección contra inundaciones con base en los resultados de los mapas de peligro por inundación; y para el riesgo ambiental se recomienda diseñar y construir plantas de tratamiento de aguas residuales previo a la descarga en los embalses.
Estructural 22%
Ambiental 1%
Funcional 23%
Hidrológico 37%
Orden territorial
3%
Geotecnico 14%
TIPO DE RIESGO
Figura 17. Tipo de deficiencia o riesgo de falla Conclusiones
Este trabajo presenta las estadísticas de 100 presas en alto riesgo, de ellas 68 son flexibles, 26 rígidas y 6 mixtas. La principal deficiencia detectada es hidráulico-hidrológico con el 37% insuficiencia hidráulica y obturación de las obras de excedencias, Funcional (23%) por
principales anomalías, lo cual servirá de base para establecer las especialidades y estudios requeridos.
Se reconoce al Consultivo Técnico de la CONAGUA y al Gobierno Federal por la prioridad de atender presas en riesgo de falla que pueda tener afectaciones con daños ambientales, pérdidas económicas e incluso de vidas humanas.
Referencias Bibliográficas
CONAGUA. Sistema Informático de Seguridad de Presas (SISP). [consulta en línea] [citado el 6 de noviembre del 2015]. Disponible para World Wide Web:
http://www.conagua.gob.mx/Inicio.aspx
CONAGUA, (2012), “Sistema Informático de Seguridad de Presas (SISP)”, Gerencia de Ingeniería y Normas Técnicas, Subdirección General Técnica, México.
CONAGUA. (1992). Manual sobre inspección, rehabilitación, mantenimiento y conservación de presas. México D.F.: Comisión Nacional del Agua.
Murillo F. R. (2014a).”Detección de anomalías geotécnicas en presas mediante revisiones visuales”, Memorias XXVII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica, Noviembre, Puerto Vallarta, Jalisco. México.
Murillo F. R. (2014b).”Medidas de mitigación para presas en alto riesgo”, XXIII Congreso Nacional de Hidráulica, Octubre, Puerto Vallarta, Jalisco. México.
Murillo F. R. (2012).”Cortinas de presas”, XXII Congreso Nacional de Hidráulica, noviembre, Acapulco, Guerrero. México.
