SEGURIDAD Y RIESGO EN PRESAS

TECNOLOGIA PARA INSTRUMENTACION, MONITOREO Y CONTROL EN PRESAS

Ing. Ph. D. CARLOS CULLAS SOTOMAYOR

1.0 INSTRUMENTACION Y MONITOREOAuscultación de Obras (1/2)

ES EL CONJUNTO DE MÉTODOS DE OBSERVACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UNA DETERMINADA OBRA DE INGENIERÍA , CON EL FIN DE CONTROLAR SUS CONDICIONES DE SEGURIDAD Y PROBAR LA VALIDEZ DE LOS SUPUESTOS Y LOS MÉTODOS DE CÁLCULO

UTILIZADOS EN EL PROYECTO ,VERIFICAR LA NECESIDAD DE LA APLICACIÓN DE MEDIDAS CORRECTIVAS , PROPORCIONA APOYO TÉCNICO

PARA EL DESARROLLO DE NUEVOS CRITERIOS DE DISEÑO ,

Auscultación de Obras(1/2)Abarca el plan de instrumentación,

especificando los instrumentos que se van a instalar. La metodología para su lectura y el mantenimiento de los instrumentos, las frecuencias de lectura, etc. ,incluyendo la definición de valores de referencia para futuras comparaciones con los valores y el establecimiento de rutinas y la frecuencia de las inspecciones visuales.

Instrumentación 

Se refiere al número de dispositivos a instalar en las estructuras y sus fundacionescon el objetivo de monitorear su desempeño a través de la medición de parámetros, cuyosresultados, analizados e interpretados correctamente, evaluarán sus condiciones de seguridad. Dependiendo de la tipología del cierre, tipo de presa y su altura 

MonitoreoEl monitoreo consiste en la observación y

medición de uno o más parámetros para detectar eventuales anomalías. Siendo el objetivo principal obtener información para la supervisión de la seguridad de la estructura durante toda su vida útil , tratando de detectar cualquier posible irregularidad que pueda comprometer su estabilidad y operación .

 

Cantidad y calidad de instrumentaciónLa cantidad de instrumentos para ser instalado en una presa se definen principalmente por los siguientes aspectos básicos:

- Tipo de presa (concreto, tierra, enrocado, etc) - Longitud de la presa (define las secciones de instrumentación) -Altura máxima (baja, media, alta, superalta) -Fundación geológica - Características de materiales del cuerpo de la presa - Etapas de construcción . - Diversas condiciones locales Por lo tanto, es imposible el establecimiento de reglas

predeterminadas que definen la cantidad de instrumentos a ser instalado en una presa.

Selección de Tipos de Instrumentos

Para la selección de los tipos de instrumentos a instalar , se contempla una determinación previa de compatibilidad entre la magnitud del parámetro a medir y la precisión del instrumento a ser elegido . Por ejemplo,para desplazamientos a medir en el orden de 1,0 a 2,0 mm o cm, no es apropiadoinstrumentos con sensibilidad mayor que el desplazamiento esperado o diseñado.

Presas de concretoMediciones necesarias Graveda

dArco

CCR

-flujos de infiltración x x x-supresión de la fundación x x x-asentamiento en fundación x x x.esfuerzos cuerpo de presa x x x-comportamiento térmico del concreto x x x-desplazamientos en la cresta x x x-desplazamiento entre bloques x x x-abertura en juntas entre bloques   x  -presión entre capas de concreto?     x

Presas de enrocado y tierraMediciones necesarias zonific

adaCFRD

Con conducto enterrado

Presiones neutras en el vertedero x x xAsentamientos vertedero x x xDesplazamientos superficiales ( plani - altimétrica )

x x x

Subpressões la fundación x   xFlujos Seepage x x xLos materiales sólidos aducidos por el agua se filtra

x   x

Total de presiones y poropressões interfaces de 

x   x

Desplazamientos diferenciales del perímetro   x  

Desplazamientos en la región entre las losas de hombreras X

  x  

Tensiones internas en la X hormigón   x  La desviación de una cantidad X losa   x  Hace hincapié en la interfase suelo - cemento galería

    x

Los establecimientos a lo largo de la galería     x

Manual de Monitoreo

Antes del inicio del llenado del embalse , será preparado por el Proyectista un "Manual de Supervisión y Monitoreo de las estructuras civiles “ a fin de establecer los procedimientos básicos que deben seguirse en la supervisión de condiciones de seguridad de la obra principal y conexas, su fundacion , en las fases de llenado del embalse y operación .

Instrumentación electrónicaSe refiere a los instrumentos electrónicos ,

que se utilizan típicamente en instrumentación automatizada , donde los sensores deben permitir la lectura a distancia los cuales deben haber sido probados en condiciones reales de campo y para garantizar una vida útil de por lo menos dos décadas. Este es el tiempo de vida de los buenos sensores de cuerda oscilante , como referencia.

Condiciones locales de instrumentación

Teniendo en cuenta que las presas están diseñados y construidos para operar eldurante 50 años o más de importancia relevante es la selección de instrumentosrobusta , pueden garantizar una vida de esta orden. Para este fin , por lo tanto , incluirLa instrumentación de diseño mecánico , hecho de acero inoxidable , fibravidrio, plástico u otros materiales duraderos para garantizar una larga vida útil .

Lectura de datos

-Las lecturas de los instrumentos de una presa deben ser realizadas por personalespecializado y entrenado para esto, ya que se obtienen datos precisossujetos directamente a la calidad y la precisión de los instrumentos.

- Estos deben recibir formación adecuada y estar motivada a través de charlas o cursos periódicos, además , es importante que las mediciones se realicen siempre por el mismo personal de medidores , para mantener bajo control los errores sistemáticos y de manera que actúan como los primeros inspectores visuales , indicando inmediatamente a sus superiores cualquier observación que pudiera encontrarse y advertir cualquier evidencia de comportamiento anómalo de las estructuras .

-Los datos obtenidos serán fácilmente comparados con los obtenidos anteriormente,a fin de detectar anomalías en el comportamiento de la lectura. Lecturassospechas deben ser hechos de nuevo inmediatamente , para su confirmación o modificación .

Frecuencia de los instrumentos de lectura

La frecuencia de la lectura de la instrumentación debe ser adecuado para el seguimientoel comportamiento de las estructuras , las etapas de la construcción de la presa ,primero la operación de llenado de depósito , lo que permite controlar las velocidadesvariación de la medida , teniendo en cuenta la exactitudinstrumentos y la importancia de estas cantidades en la evaluación del desempeñoestructura real .

inicio operación

Desplazamientos superficiales Semanal MensualEl desplazamiento interno Semanal MensualDeformación Semanal MensualPresión total / efectiva 2 semanal Semanal MensualLa presión de poro 2 semana Semanal QuincenalPresión baja semanal 2 semana QuincenalEl nivel de agua Diaria

Presentación de Resultados

Las lecturas de los distintos instrumentos de observación de una presa , luego de ser procesados y representados en tablas y gráficos deben consolidarse en un informe completo de los datos , cuya frecuencia de emisión puede ser de la siguiente manera :

Período constructivo : Mensual Fase de llenado : semanal Primer año de funcionamiento : Trimestral Operación : semestral

Análisis e Interpretación de los resultados de la instrumentación

Un plan de instrumentación , sin un correspondiente análisis periódico y la interpretación resultado sistemático , es inútil , o incluso perjudicial, ya que puede causar una falsa sensación de seguridad en relación con el proyecto.Por lo tanto , se debe realizar el análisis y la interpretación de los resultados de la instrumentación con el objetivo de permitir la detección temprana de cualquier posible anomalía.

El análisis de los datos obtenidos a destiempo puede no permitir detección de anomalías o deficiencias en el comportamiento de la presa , para tomar decisiones importantes y las acciones correctivas , que pueden poner en peligro la seguridad de las estructuras.Los resultados de las lecturas de la instrumentación deben ser examinados por profesionales especializado en este tipo de servicio, y debe hacerse constar en un informetécnico " Análisis de Comportamiento de la Estructuras " ;Este informe debe ser preparado con la misma periodicidad de frecuencia de emisióninformes de lecturas de instrumentación. Se debe analizar los diferentes fenómenos presentes en las estructuras , con la información debida, como : desplazamientos , tensiones , temperaturas , tensiones internas , subpresiones , presión de poros ,filtraciones , materiales sólidos de arrastre con el agua de filtración etc. . , comparando siempre con los valores previsto en el diseño y explicar las diferencias encontradas .

Informes Especiales

Para el caso de los grandes presas o que implica un alto potencial de riesgo ( poblaciones aguas abajo , por ejemplo) , se recomienda que cada 5 años (10 años para los más pequeños) un Consejo de Consultores independientes para llevar a cabo un análisis de los resultados de la auditoría externa proporcionado por la instrumentación , junto con una inspección minuciosa de los Las estructuras de bus y sus fundaciones, dirigidas a re -análisis de los datos de instrumentación , en comparación con los resultados de otras presas , evaluar zonas especiales de interés o reparación de obras finalmente implementados , y establecimiento de nuevas recomendaciones para supervisar las condiciones de seguridad la presa.

Inspecciones de campo (1/2) Las inspecciones visuales del campo deben considerarse como relevante

importanciaen la Evaluación del comportamiento de una presa, complementando la información proporcionado por la instrumentación.

Destacan los siguientes tres tipos básicos de inspección de represas .Inspección de rutina

-Llevada a cabo por el personal de instrumentación, operación y mantenimiento depresa realizado en la inspección visual de visita de rutina a la presa.No requiere de hoja de cálculo detallado para la ejecución. No genera informeespecífica, sino únicamente la existencia de anomalías o problemas encontrados .-Se recomienda que estos técnicos se someten periódicamente a la formaciónacerca de estructuras civiles .

Inspecciones de campo (2/2) Inspecciones periódicas

Se puede llevar a cabo por el personal del titular de la presa o de terceros ,en fechas específicas , dependiendo de la fase de trabajo , y por lo tanto pueden ser utilizados por personal técnico encargado de las lecturas de instrumentación bajo la supervisión de un especialista .

Inspecciones especiales ( o excepcional )Consiste en la observación de los aspectos particulares de la presa y sus estructuras asociadas en condiciones especiales o excepcionales , tales como la reducción del nivel de agua, depósito sedimentos, huaicos o la ocurrencia de cualquier evento o anomalía , a menudo repentino ,que puedan poner en peligro la seguridad de las estructuras y / o la zona de aguas abajo.

.

EQUIPOS DE INSTRUMENTACION

EN PRESAS

Red sismológica en 04 presas,

Estaciones meteorológicas compactas

Piezómetros : tipo Casagrande y eléctricos

Esquema de colocación de celdas de presión y área de registro

Instrumentación de edición de temperatura del concreto, termopar

Medidor de filtraciones, Parshall

Medidor de deformación tridimensional

INSTRUMENTACION EN PRESAS EN EL PERUPRESA CUCHOQUESERA- TIERRA

ZONIFICADA H= 43mPRESA LIMON – CFRD- H=43 mPRESA EL FRAYLE -ARCO- H= 70mPRESA POECHOS -TIERRA ZONIFICADAPRESA CHONTA - CCR- H=98m

Presa Cuchoquesera, Zonificada H=45m

(CORTESIA HC Y ASOCIADOS)

PRESA POECHOS –PECHP-

CONTROL DE INSTRUMENTACION EN PRESA POECHOS

Presa Limón H=43m, CFRD

PRESA LIMON (CORTESIA PEOT)

ubuuiN DE INSTRUMENTOS

PRESA EL FRAYLE

UBICACIÓN DE INSTRUMENTOS

CONTRAFUERTE ESTRIBO IZQUIERDO

Falla del estribo izquierdo de la presa, reparada con contrafuertes de concreto

TIPO DE INSTRUMENTACION PRESA EL FRAILE

CORTESIA ATA CONSULTORES

PRESA CHONTA

SECCIONES DE INSTRUMENTACION

TIPO DE INSTRUMENTACION

2.0 CONTROL DE FUNCIONAMIENTO DE LAS

PRESAS

SEGURIDAD COMO FILOSOFÍA

Condición exenta de daño y riesgo. Seguridad de Presas, es una condición de la

obra que determina la invulnerabilidad ante cualquier peligro que pueda presentarse durante su vida útil hasta su envejecimiento.

 

Riesgo, peligro, vulnerabilidad El Riesgo es una función del peligro y la

vulnerabilidad El Peligro tiene que analizarse y distribuirse de

tal forma que uno tiene que decir que la ocurrencia del peligro esta a un nivel de probabilidad determinada.

La vulnerabilidad analiza la estructura o estructuras como pueden resistir a la ocurrencia de un peligro y como consecuencia esta dado a un nivel de probabilidad

Relación peligro y vulnerabilidadPeligro (P) Vulnerabilidad (V)

Lluvia extrema Aliviadero y riberas Sismo extremo Estabilidad presa Geodinámica Estanqueidad embalse Rotura de presa Inundaciones en poblados Fundación Deformaciones

diferenciales Filtraciones Cuerpo de presa y

fundación Antrópicas. Construcción de puentes, carreteras, Represamientos por empalizada 

MATRIZ DE PELIGRO Y VULNERABILIDAD, INDECIPeligro MuyAlto

Riesgo Alto Riesgo Alto Riesgo Muy Alto Riesgo Muy Alto

Peligro Alto Riesgo Medio Riesgo Medio Riesgo Alto Riesgo Muy Alto

Peligro Medio Riesgo Bajo Riesgo Medio Riesgo Medio Riesgo Alto

Peligro Bajo Riesgo Bajo Riesgo Bajo Riesgo Medio Riesgo Alto

VulnerabilidadBaja

VulnerabilidadMedia

VulnerabilidadAlta

Vulnerabilidad MuyAlta

%)

LEYENDA: Riesgo Bajo (< de 25%) Riesgo Medio (26% al 50%) Riesgo Alto (51% al 75%) Riesgo Muy Alto (76% al 100 %

Condiciones principales de inicio de calculo, en diseño de presa. GENERALES : SER ESTABLE Y SEGURA ANTE CUALQUIER PELIGRO PRESA DE TIERRA:-ESTABILIDAD DE TALUDES, ESTATICA, PSEUDOESTATICA Y DINAMICA,

DEPENDIENDO DE LA MAGNITUD DE LA OBRA- ESTABILIDAD INTERNA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION- ESTABILIDAD EN LAS FILTRACIONES , GRADIENTES MINIMOS DE SALIDA,

MENORES DE 0.1- FILTRACIONES TOTALES DEL 1 - 2% DEL VOLUMEN UTIL- ASENTAMIENTOS MINIMOS DEL 0.5 AL 1% DE SU ALTURA, ECT PRESAS DE CONCRETO- ESTABILIDAD AL VOLTEO Y DESLIZAMIENTO- DRENAJE EN CUERPO DE PRESA Y FUNDACION- ESFUERZOS TENSION Y DEFORMACIONES ACEPTABLES- EVITAR AGRIETAMINETOS , EN BORDES E INTERNOS - CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL CONCRETO

Categoría de riesgo sísmicoPUNTUACION PARA DEFINIR CATEGORIA DERIESGO DE

PRESAS ICOLD,BOLETÍN72(1989),USCOLD1996(PuntosParaCadaCategoríaEnParéntesis)

Contribución al factor de riesgo Extremo Alto Moderado Bajo

CAPACIDADDELEMBALSE(hectómetros-m)

>120(6)

120-1(4)

1-0,01 (2)

<0,01(O)

ALTURADELAPRESA(m)>45(6) 45-30

(4)30-

15(2)

<15(O)

REQUERIMIENTOSDEEVACUACIÓN

(númerode personas)

>1000 (12) 1000-100

(8)100-1 (4) <1

(O)

DAÑOPOTENCIALAGUASABAJO

Alto(12)

Moderado(8)

Bajo(4)

Ninguno(O)

Categoría de riesgo y desempeño dinámicoCategorización del Riesgo

ICOLD, Boletín 72 (1989), USCOLD 1999

FACTOR DE RIESGO

(Puntaje Total)

CATEGORIA DE RIESGO

0-6 I (Baja)7 -18 II (Moderada)19-30 III (Alta)31-36 IV (Extrema)

Sismo Período de retomo T Nivel de desempeño

Sismo Básico deOperación OBE.

50 años ; 200 años• Presa y sistemas asociados sin daños

importantes• Obras no críticas con algún nivel de daño

que no afecte la seguridad delas obras ni de las personas

Sismo MáximoProbable S.M.P.

T = 500 años• Algún nivel de daño en la presa, pero daños

leves en sistemas de seguridad(vertedero, compuertas, etc.)• Daños, incluso severos, en obras no críticas

pero sin afectar la vida de lasPersonas

Sismo Máximo CreíbleS.M.C.

T= 3 000 años• Presa con daños considerables pero sin

colapso ni desembalse

MODELOS MATEMATICOS DE APOYO(PRESA GARRAPON,CFRD H=25m, CORTESIA FLUVIAL SUR INGENIEROS)

Filtraciones en presa CFRD,

Estabilidad en presa CFRD

Análisis de esfuerzos en presa de gravedad, calculo pseudoestático

Modelos en 3D, presa arco-gravedad

(PRESA CHONTA CCR H=98m - CORTESIA ATA CONSULTORES)

Comportamiento dinámico presa arco-gravedad, modelo en 3D (PRESA CHONTA CCR H=98m - CORTESIA ATA CONSULTORES)

3.0 FALLAS y DAÑOS EN PRESAS

REPARACIONES

SUMERSION

30 %

ESTADISTICAS DE LOS ACCIDENTES DE PRESAS DE TIERRA( Según Middlebrooks )

15 %

25 %

15 %

5 %

7 %

5 %CAUSA DESCONOCIDA

VARIOS

FUGA Y SIFONAMIENTO

DESLIZAMIENTO

CONDUCCION

REVESTIMIENTO

ROTURA DE PRESA POR SUMERSION, CORTESIA DR. PH. BARTIN

Vista Panorámica de Cazador II - Obra Concluida

ZONA DE FILTRACIONESDEL EMBALSE

Zona de filtraciones , embalse el Frayle

Embalse Tablachaca, (ELECTROPERU)

Presa Tablachaca (ELECTROPERU)

PRESA TINAJONES -PEOT

ALIVIADERO PRESA POECHOS-VISTA DESDE AGUAS ABAJO DEL ALIVIADERO

CUENCO AMORTIGUADOR DE PRESA POECHOS

SALTO EN SKY DEL ALIVIADERO POECHOS AL CUENCO AMORTIGUADOR

AVANCE DE LA EROSION PRODUCIDA EN EL CUENCO AMORTIGUADOR FUENTE: PECHP

Presa de tierra

Avance de la Erosión en la parte del Cuenco

Orilla1983

a 70 mts

a 50 mts

a 39 mtsa 30 mts

Orilla al 1987

Orilla al 2000Orilla al 2009

Cota 108 msnmCota 103 msnm

Zona Control de Filtración

Pantalla de concreto 50mts

Zona de riesgo

Vista de la Represa Condoroma

Presa Rajucolta H=23m.Homogenea, CORTESIA CESEL INGENIEROS

Presa Garrapón H=23m, CFRD

Vista Panorámica de la Presa de Gallito Ciego

4.0 INSTRUMENTACION EN OBRAS CONEXAS

(TÚNELES)

Prospecciones iniciales(perfil sísmico), túnel 500m

ZONOFICACION DE TIPOS DE ROCAS

Deformaciones en túnel trasandino

Deformaciones en túnel, golpe de montaña (Riesgo geológico)

Deformaciones en túnel , golpe de montaña , sección en herradura

MEDIDAS DE CONVERGENCIA

Medidas de convergencia en túnelesLa cinta extensométrica es una cinta métrica

metálica junto con un sistema que permite ponerla a una cierta tensión constante y un reloj comparador que se puede medir , como mínimo, la décima de milímetro. La cinta debe tensarse para que se aproxime lo más posible a la línea recta entre los puntos de medida.

.

Medidas de convergencia en túneles (2)En una sección generalmente se colocan

entre tres y cinco puntos o clavos de convergencia. Lo más habitual es un punto en clave y otros dos, uno en cada hastial. Lasección de medida debe colocarse y empezarse a medir lo más rápidamente posible tras la excavación, ya que de otro modo se pierden gran parte de las deformaciones producidas.

Medidas de convergencia en túneles (3)La medida de convergencias es una medida

relativa, es decir, sólo se conoce la variación de Distancias entre los puntos de medida, pero no su movimiento real. Todas estas características hacen que las convergencias se usen más bien de forma cualitativa que cuantitativa. Lo que interesa es conocer si la deformación se estabiliza y cuánto tarda en estabilizarse

MEDICIONES DE FORMACION EN 3D, 0VERCORING

GRACIAS