CURSO DE SEGURIDAD DE PRESAS EN AMERICA LATINA

AREQUIPA – JUNIO 2014

Presas en el Perú

Fuente: Ing. Gustavo Ramirez Huaman

Principales presas del Perú

Fuente: Autoridad Nacional de Agua (ANA)

Construcción de presas en el PerúDimensión de la presa

Estudios Contratista Supervisión Monitoreo

Grandes Completos y detallados

Alta calidad y grandes

contratistas

Consultores calificados

Constante

Medianas Los mínimos necesarios

Medianos contratistas

A cargo del propietario o empresa mediana

Sólo al inicio

Pequeñas Los expedientes

son incompletos

Autoconstrucción o a cargo de un

ingeniero

Ninguna Ninguno

Caso: Presa pequeña de Concreto

Caso Dique - Arequipa1- Planteamiento del problema:En el año 2004 se construyó el Dique , para afianzar el sistema de riego de la Comunidad de Chachas – Provincia de Castilla – Arequipa.Al año siguiente de su construcción se produjo una filtración por la cimentación de la presa durante el primer llenado.En el 2005 se reparó la presa pero falló el intento.En esa circunstancia se Contrató a CESEL Ingenieros para resolver el problema a fines del año 2006.

Vista del Dique, año 2006

Ficha técnica del Dique

Altura : 12 mLongitud : 132 mVolumen : 3.5 hm3Uso : Afianzamiento AgrícolaMaterial : Concreto ciclópeo (De gravedad)Clasificación: Presa Pequeña, (h< 15 m)Fallas : Filtraciones por falla de la cimentación.

Calidad del Concreto. Inestable ante eventos sísmicos.

Caso Dique - ArequipaCara posterior del Dique

Caso Dique

Concreto en mal estado

Filtraciones en la base del dique

Caso Dique - Arequipa

Caso Dique - Arequipa2- Diagnostico de la presa:Se convocó a un Panel de especialistas compuesto por:- Diseñador de presas- Hidrogeólogo- Hidráulico- Estructural- Experto en fabricación de concretos.Se realizó la inspección del Dique y levantamiento de información de expediente técnico, cuaderno de obras, testimonios de los trabajadores, etc.

Caso Dique - Arequipa3- Antes de proponer el diseño de la reparación se tenia que entender el origen de la falla, mediante auscultación técnica se detectaron los siguientes problemas:- Defectos de los alcances de los estudios básicos.- Fallas del diseño estructural.- Uso de Mano de obra no calificada.- Falta de una Supervisión apropiada.- Mal procedimiento Constructivo.- Luego de la primera falla se realizó una mala reparación

inicial.

Caso Dique - Arequipa

Laguna , año 2006

Caso Dique de concreto4- Reparación de la PresaPregunta CLAVE: Desechar la presa existente y construir una nueva presa con todas las medidas de seguridad de presas.

CAMPAMENTO

LAGUNA SAN FELIX

DIQUE ACTUAL

POSIBLE REUBICACION DEL DIQUE

ALTERNATIVA DE SOLUCION

Criterios de selección de alternativas

Alternativa Técnica Económica SocialReubicación del Dique Aceptable No cumple No cumpleRecompactación del terreno de fundación del dique No cumple Regular AceptableInstalación de Geomembranas No cumple No cumple No cumpleDentellón de Concreto Regular Aceptable AceptableTrinchera de Material Impermeable Aceptable Aceptable Aceptable

Caso Dique de concreto5- Diseño de la reparación de la presa- Pantalla delantera de concreto, se diseñó una uña

impermeable- Incremento de peso de la presa a raíz del análisis de

estabilidad y estudio sísmico.- Reparación del concreto afectado.- Inyecciones de sellado de la zona de filtraciones.- Diseño de un concreto especial para las reparaciones,

considerando la reacción álcali sílice del agregado.

SOLUCION RECOMENDADA CON GEOTEXTIL

•El dique actual se encuentra estable ante solicitaciones estáticas.

•El dique no es estable en condiciones dinámicas (sismos) 50 años de vida útil, que corresponde a 475 años de periodo de retorno con 10% de probabilidad de excedencia.

•Se ha verificado que la cimentación del dique ha sido afectada por fenómenos de turificación o erosión interna; como consecuencia de la presencia de suelos finos no compactados colocados durante la construcción del dique. Dicha capa de suelo subyace a un relleno de piedras que fue implementado para rellenar la sobrexcavación y controlar el flujo de agua subterránea en la cimentación. Durante la investigación geotécnica se han encontrado cavidades de hasta 10 cm de diámetro originadas durante la operación del embalse. De acuerdo con la información recibida, se conoce que en el mes de abril 2005 se produjo una cavidad en el estribo izquierdo de 1,20 m de altura por 3 m de ancho.

• Las condiciones geotécnicas del material de cimentación ofrecen parámetros de resistencia altos, y baja permeabilidad y compresibilidad; lo que determina que si el dique hubiera sido cimentado directamente sobre dichos materiales, no se habría originado el fenómeno de erosión interna

Conclusiones de la revisión1

-Los ensayos de rotura de probeta de concreto indican baja resistencia del concreto fabricado, lo cual sería la causa principal del deterioro superficial prematuro detectado en la cara inferior aguas abajo del dique . Los ensayos realizados con esclerómetro nos indican que la resistencia es heterogénea e inferior a la resistencia de diseño.

- Existen problemas de filtración debido a la pérdida de material sellador en la juntas de dilatación verticales y por las juntas de construcción horizontales.

- Se observó presencia de aceites en el concreto en la parte baja de la cimentación en la margen izquierda que podrian afectar la calidad del concreto y dañar la cimentación.

- La cuenca de aporte a la Laguna tiene un área de 6,51 km2, un perímetro de 3,72 km y una pendiente de 16%. Su tiempo de concentración es de 0,37 horas.

- Las intensidades de lluvia y la lluvia total son de 67mm/h y 24,8 mm para 100 años de periodo de retorno, respectivamente; y 85 mm/h y 31,5 mm para 1000 años de periodo de retorno, respectivamente.

2Conclusiones de la revisión

•Se ha considerado un número de curva representativo de la cuenca de 72 y con el método de precipitación- descarga usando el hidrograma unitario de NRCS y considerando un aporte de nevados y lagunas cercanas de 0,12 m3/s se ha obtenido un caudal máximo al ingreso de la laguna de 8,72 m3/s para 100 años de periodo de retorno y 12,57 m3/s para 1000 años de periodo de retorno.

•La mayor marca de agua en el vertedero del dique muestra que el máximo caudal descargado fue de 0,172 m3/s.

•El cálculo del caudal descargado por el vertedero muestra que su máxima capacidad de evacuación es de 4,5 m3/s.

•La compuerta de fondo evacua caudales de 1,76 m3/s a 2,31 m3/s con velocidades de salida de 8,4 a 11 m/s, que causan erosión en el canal de salida.

•El tránsito de las avenidas de 100 años y de 1000 años de periodo de retorno muestran que el caudal a la salida del embalse, esto es, en el vertedero de salida sería como máximo 0,22 l/s, con un tirante de 14 cm sobre el vertedero, esto permite concluir que el vertedero tiene capacidad suficiente para evacuar la máxima avenida.

3Conclusiones de la revisión

- El ritmo de sedimentación del embalse se estima lento debido a la configuración del vaso que es de baja actividad geodinámica y no hay evidencias de transporte de sedimentos de magnitud importante.

- El desembalse rápido del dique se ha simulado con varias simplificaciones pero que nos brindan una idea del orden de magnitud del evento hipotético, encontrándose que el ancho y el alto de los volúmenes descargados no sobrepasa ni pone en riesgo las poblaciones del área.

- Las consecuencias directas del colapso hipotético del dique para la Quebrada (800 m), serian la destrucción de toda estructura aguas abajo del dique hasta una altura de 10 m producto de la avenida generada.

- Los efectos del colapso hipotético del Dique sobre las Lagunas de Santa Clara y Santa Teresa son:

-Arrastre de sedimentos desde la quebrada y sedimentación parcial de la cabecera de la laguna Santa Clara.-Sedimentación del vaso de la laguna por aporte de sólidos arrastrados desde la Quebrada .

- Destrucción de los Diques de piedra existentes.

4Conclusiones de la revisión

La alternativa de reparación consiste en:

a) Inyecciones de Consolidación e Impermeabilización.b) Trinchera rellena con material impermeable.c) Espaldón de concreto ciclópeo para dar estabilidad ante los sismos.d) Sellado de juntas de dilatación.e) Sellado de juntas de construcción (Juntas frías).f) Resane de superficie de concreto afectado.g) Drenaje y Subdrenaje en los estribos de la presa.f) Emboquillado de protección a la salida del vertedero.g) Incremento de la longitud de la poza disipadora.

Alternativa seleccionada5

- Implementar las obras correctivas necesarias para asegurar la estabilidad del dique y la eficiencia del sistema.

- Implementar un sistema de advertencia temprana de manera que la gente ascienda a terrenos más elevados en caso de desembalse rápido de la Laguna , siendo suficiente elevarse 10 m por encima de la quebrada y del canal de conducción hacia Nahuira.

- Se recomienda realizar el ensayo alcali-agregado para verificar la afinidad del agregado para formar mezclas de cemento

- Elaborar un estudio de vulnerabilidad mas detallado del sistema de riego Nahuira, con la utilización de fotografías aéreas y restitución aerofotogramétrica de la cuenca y el cauce de la quebrada Quillita.

- Realizar una campaña de aforos que contemple la medición en varios puntos estratégicos como son Salida del dique , salida de la laguna Santa Clara, salida de la laguna Santa Teresa, y Bocatoma Umapalca.

- Realizar la batimetría y levantamiento topográfico de las laguna Santa Teresa y Santa Clara.

- Colocar una estación pluviográfica que mida precipitaciones e intensidades de lluvia

Recomendaciones6

Lecciones aprendidas

1- Debido a la falta de medidas de seguridad en presas se recurrió a un consultor (Panel de especialistas) para reparar la presa existente.2- El impacto de la falta de medidas de seguridad ocasionó un retraso de mas de 2 años en el sistema de riego de la localidad de Chachas.3- El presupuesto de las medidas de remediación superó el costo inicial de la presa.4.- En el año 2008 se ejecutó la reparación del Dique y ha operado sin problemas hasta la fecha.5- En general se debería realizar una evaluación general de las presas, inclusive las presas pequeñas porque son las más propensas a presentar problemas, varios de los cuales se han presentado en este caso.

¡Gracias!