Fallas en Presas

 

ESCUELA DE MINAS

FALLAS EN PRESAS (ICOLD)

Existen incidentes que se llegan a generar en presas, las cuales ocasionan severas consecuencias, pudiendo originar fallas en algunas de ellas. Esto representa un problema que se debe tratar de inmediato puesto que puede llegar a provocar la liberación de miles de toneladas sustancias sobre las poblaciones, causar enormes pérdidas humanas y materiales, además de graves daños al medio ambiente, concluyéndose en forma generalizada que las presas no deben fallar. Por ello para el diseño de una presa, se debe, de acuerdo con el Comité Internacional de Grandes Presas (ICOLD por sus siglas en inglés), crear una estructura que resulte lo más económica posible, al tiempo que considera los siguientes aspectos:   Deberá comportarse satisfactoriamente sin deterioro apreciable durante la vida de la

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 presa    No deberá fallar en forma catastrófica catastrófica durante las condiciones más más severas que puedan suceder durante su vida útil

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Estos aspectos se refieren a la estabilidad de las presas, sin embargo se deben contemplar los efectos del acarreo de grandes volúmenes de sólidos que transportan sedimentos, producto del deslizamiento de laderas y árboles derribados que en muchas ocasiones obstruyen afluentes que deben tomarse en cuenta para definir niveles de seguridad de las presas.

Antecedentes de fallas en presas

El objetivo al revisar las principales causas de falla en presas es conocer los factores más importantes que deben tomarse en cuenta al hacer un análisis de riesgo de falla. Los factores relacionados con las causas de falla en presas pueden agruparse como:   Factores hidrológicos: Incluyen frecuencia de avenidas, volumen pico y distribución en

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el tiempo de las avenidas, nivel inicial del embalse antes de recibir la avenida, sedimentos en el embalse, escombros alrededor del de lavertedor, presa y obras oleajede portoma, viento   Factores hidráulicos. Comprenden la capacidad

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compuertas, erosión y falla de tuberías y válvulas

 

  Factores geotécnicos. Abarcan condiciones desfavorables del suelo, tales como capas

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débiles, material fisurado, juntas adversamente orientadas, filtración, tubificación, excesiva presión de poro, asentamientos, inestabilidad de taludes durante vaciados rápidos en el embalse y deslizamiento de taludes en alguna zona de la presa Factores sísmicos. Se refieren a condiciones de estabilidad sísmica de la presa, licuación, grietas inducidas por sismos, oleaje por sismo y presión hidrodinámica Factores estructurales y de construcción. Reúnen diseño estructural inadecuado, malos materiales, errores de construcción y pobre control de calidad Factores operacionales. Integran mantenimiento inapropiado, i napropiado, procedimientos incorrectos de operación, errores humanos y negligencia Otros factores. Implican actos de guerra, sabotaje e impactos accidentales en estructuras (como vehículos, embarcaciones etc.).

Definiciones

Algunas definiciones relacionadas con las presas son:   Seguridad

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Es la capacidad de la estructura, el embalse, y la zona aguas abajo, para llenar los requisitos de comportamiento, durante la vida útil de la presa, relacionados con aspectos ambientales, a mbientales, estructurales, hidráulicos y operacionales.    Durabilidad

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Es la capacidad de la presa para mantenerse a largo plazo; en el caso de estas estructuras adquiere un significado especial, ya que no se puede construir considerando periodos muy  prolongados, de esta manera manera se debe establecer el concepto de vida vida útil en función del costo de la estructura y la relación beneficio-costo de la misma.   Lncidente

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Se define como cualquier falla del comportamiento que puede afectar a corto o largo plazo la operación de la presa y que requiera algún trabajo de mantenimiento.    Accidente

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Es cualquier ocurrencia excepcional que perjudica el comportamiento de la presa que, de no controlarse, podría causar una falla.  

  Riesgo potencial

Se explica usualmente en función de las consecuencias provocadas al ocurrir un accidente, independientemente de su probabilidad de ocurrencia, evaluándose las mismas en función de los requerimientos de evacuación, daño potencial, altura de la presa, etcétera

  Deterioro

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Se precisa como la pérdida de la capacidad que una estructura tiene para comportarse satisfactoriamente a lo largo de su vida útil.    Riesgo efectivo

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El riesgo efectivo se define como la probabilidad de falla, y sólo en caso que se establezca de esa manera, riesgo  efectivo se definirá como el costo esperado de falla en el período de la vida Útil de laelpresa.   Riesgo global de falla en presas

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Es el riesgo de falla de una presa ante la combinación de varios factores que pueden intervenir para que la misma se presente. Analizar con detalle esta situación requiere sin duda una gran cantidad de información, horas-hombre y tiempo para efectuarla, por lo que tradicionalmente los análisis de riesgo se realizan considerando las principales causas de falla, según el tipo de presa que se analice.   Falla

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Se agrupan esencialmente en dos tipos: en el primero se involucran daños o cambios de la estructura, lo que le impide funcionar como es deseado; la segunda es una falla en el comportamiento de la estructura del sistema y aunque la estructura no se ha alterado, el comportamiento límite de dicho sistema se excede y pueden esperarse consecuencias indeseables. La falla en presas incluye daños físicos a la estructura de la cortina y a estructuras adicionales, tales como la obra de excedencias, obra de toma, etc. Puede comprender desde luego pérdidas de vidas, de propiedades o daños y cambios adversos al medio ambiente, aguas abajo de la presa. El comportamiento satisfactorio de un sistema como el que forma una presa está gobernado por variables generalizadas de demanda y suministro. Los eventos de falla implican usualmente la unión de la ocurrencia de cargas excesivas y debilidad en la resistencia de la estructura de la l a presa o posibles errores humanos. Principales Causas De Falla

Muchas veces una falla común es el desfogue normal de agua por el vertedor, el cual debe descargar una vez al menos cada 10 a 20 años, si la presa se diseñó para almacenamiento. La descarga normal por vertedor no es una falla, pero si esta estructura es modificada reduciendo su capacidad, puede ocasionar derrames por la l a corona que son considerados como incidentes y si la cortina se rompe, es una falla. En el caso de descarga de agua por ruptura de la cortina, las causas pueden ser:              

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Efectos naturales como sismos y avenidas Mal diseño o construcción Mala selección de los materiales Envejecimiento y falta de mantenimiento Inestabilidad de cimentación y empotramientos Filtraciones y subpresiones Fallas en equipo mecánico (vertedores)

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  Mal funcionamiento u operación (del vaso y vertedor)

La frecuencia de fallas ha sido reportada por muchos autores y normalmente coinciden en que una tercera parte de las presas colapsa por desbordamiento, es decir, la capacidad de regulación representada por su volumen de súper almacenamiento y la capacidad de descarga por el vertedor no fueron suficientes para evitar que el agua rebasara su corona y ocasionara daños; sigue en proporción fallas en la cimentación que corresponden a falta de capacidad del desplante  para soportar la cortina y asegurar una una estabilidad estructural; y el tercer gran grupo grupo es la ruptura de terraplenes por tubificación y filtraciones en cortinas de tierra Consideraciones de deterioro

El deslizamiento de taludes es la principal causa del deterioro en el embalse y la zona aguas abajo de la presa. Fallas por desbordamiento desbordamiento

En cuanto a fallas de desbordamiento, dicho desbordamiento puede llegar a ser debió a la escasa capacidad del vertedor (usualmente atribuible a estimaciones inapropiadas de las avenidas),

 

evaluaciones deficientes de los gastos picos durante la construcción, demoras durante la misma y operación deficiente o problemas con el equipo de descarga. Gracias a estudiaos realizados en los últimos años por la ICOLD, se muestra que en las últimas décadas las presas de concreto y mampostería no han fallado por desbordamiento, lo cual indica que en este aspecto son mucho más seguras que las de tierra y enrocamiento. Se puede señalar también que las presas de tierra y enrocamiento presentan la relación más alta de falla debido a desbordamientos, presentando una incidencia más o menos constante por década. Al considerar las distintas fallas en presas se puede llegar a las l as siguientes conclusiones:   Se debe prestar gran atención a las avenidas que pueden incidir realmente en una presa

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en particular, y revisar cuidadosa y detalladamente las presas ya construidas, ya que el mayor número de fallas ocurren por insuficiencia en el vertedor.   Debido a la gran incidencia en el deterioro en el cuerpo de la cortina y a la cimentación  por percolación y erosión interna de de la misma, es necesario incrementar significativamente los tratamientos, inyecciones y reparaciones de filtros. filtros .   En los embalses y zonas aguas abajo de las presas, debe darse gran atención a la regularización, protección y refuerzo de drenes para evitar deslizamientos de taludes   En obras accesorias es necesario incrementar el monitoreo, la construcción de drenajes y filtros, y su reparación en las diversas estructuras

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Bibliografía

Mogollón, H. M. (1996). Análisis de riesgo de fallas en presas. ICOLD. México