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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
PerúDimensiónde 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 - Arequipa
1- 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 m
Longitud : 132 m
Volumen : 3.5 hm3
Uso : Afianzamiento Agrícola
Material : 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 - Arequipa
Cara posterior del
Dique
Caso Dique
Concreto en mal
estado
Filtraciones en la base del
dique
Caso Dique - Arequipa
Caso Dique - Arequipa
2- 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 - Arequipa
3- 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 concreto
4- Reparación de la Presa
Pregunta 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 Social
Reubicación del Dique Aceptable No cumple No cumple
Recompactación del terreno de fundación del dique No cumple Regular Aceptable
Instalación de Geomembranas No cumple No cumple No cumple
Dentellón de Concreto Regular Aceptable Aceptable
Trinchera de Material Impermeable Aceptable Aceptable Aceptable
Caso Dique de concreto
5- 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, quecorresponde 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 deturificación o erosión interna; como consecuencia de la presencia de suelos finos nocompactados colocados durante la construcción del dique. Dicha capa de suelo subyace aun relleno de piedras que fue implementado para rellenar la sobrexcavación y controlar elflujo de agua subterránea en la cimentación. Durante la investigación geotécnica se hanencontrado cavidades de hasta 10 cm de diámetro originadas durante la operación delembalse. De acuerdo con la información recibida, se conoce que en el mes de abril 2005se 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 diquehubiera sido cimentado directamente sobre dichos materiales, no se habría originado elfenómeno 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.
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Conclusiones 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.
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Conclusiones 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.
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Conclusiones 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!
