CONSIDERACIONES
SÍSMICAS PARA EL DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA Y PROCEDIMIENTO
A SEGUIR PARA EVALUAR EL COMPORTAMIENTO DE LAS OBRAS, DESPUÉS DE
OCURRIR UN SISMO
Ing. Diego Ferrer Fernández
RESUMEN
La construcción de una presa introduce
importantes modificaciones en el medio ambiente, por cuanto se obstruye
el cauce de un río para formar un embalse, el cual cubre una gran
extensión de terreno hacia área aguas arriba, con la consecuente
saturación de los terrenos que sirven de vaso de almacenamiento.
Los cauces de los ríos, sobre los
cuales se construyen las presas, por lo general, han sido formados por
fallas geológicas, las que han facilitado la generación de
los mismos. El desplazamiento brusco de dicha falla, ocasionado por un
movimiento sísmico, o el desplazamiento paulatino de ésta,
si es activa, pueden ocasionar graves daños a la presa, inclusive
su colapso. Por otra parte, al ocurrir un movimiento sísmico, se
producen una serie de efectos como serían: vibraciones fuertes,
tanto en el cuerpo de la presa, como en las fundaciones que la soportan;
formación de olas que pueden sobrepasar la cresta de la presa; deslizamiento
de las laderas saturadas del embalse, provocando su descenso y caída
brusca dentro del embalse, con el consiguiente desplazamiento de agua embalsada
y su rebose sobre la cresta de la presa, así como también
otros efectos en las estructuras complementarias.
En el presente artículo, se resumen
los estudios requeridos, así como los procedimientos a seguir en
el diseño y construcción de presas de tierra, a fin de evitar
que los problemas antes señalados, las afecten, en caso de ocurrir
un sismo. Para complementar el trabajo, se describen los estudios realizados
en la Presa Dos Cerritos ubicada aguas arriba de la población de
El Tocuyo y en la Presa la Honda, de 140 m de altura, ubicada sobre el
río Uribante, la cual se encuentra a 20 km. de la Falla Boconó,
considerada la más activa de Venezuela.
Culmina el artículo,
con el procedimiento que se debe seguir, para evaluar el comportamiento
de las obras, en caso de que ocurra un sismo.
ACTIVIDAD SÍSMICA
EN VENEZUELA
En Venezuela existe un sistema
de fallas geológicas, algunas de las cuales son responsables de
la mayor parte de los sismos ocurridos. Una de las fallas más importantes,
no solo por su extensión, sino por su actividad, es la falla de
Boconó; la cual se extiende desde Los Andes meridionales hasta el
Caribe, siguiendo aproximadamente la dirección de la Cordillera
Andina y continúa por la Cordillera de La Costa, hasta internarse
en el mar Caribe, donde recibe el nombre de fallas del Caribe o de San
Sebastián, a unos pocos kilómetros al norte del Litoral Central.
Ver Fig. N° 1.
Con este sistema de fallas,
que ha tenido períodos recurrentes de actividad desde el Cretáceo
hasta nuestros días, se relacionan una serie de fallas menores,
producidas por ajustes posteriores. (Ref. 1).

Hacia el este de la falla de Boconó,
se encuentra el sistema de fallas del El Pilar, ubicado entre el Macizo
Oriental y La Península de Araya-Paria, que continúa hacia
el este, pasando al sur del sistema de montañas ubicado al norte
de Trinidad. A este sistema de fallas sigue en importancia, la de Boconó,
y a los movimientos de este sistema, se deben los sísmos ocurridos
en el pasado en la Península de Araya-Paria, en las islas de Margarita,
Cubagua y Coche y en el norte de Trinidad, así como el ocurrido
recientemente en Cumaná y Cariaco.

El sistema de fallas antes
mencionado, está asociado a la los movimientos de la placa del Caribe,
según puede observarse en la figura N° 2.
Entre los años 1.967,
que fue cuando ocurrió el sismo de Caracas y el año 1.966,
se han registrado 6.289 sismos, de los cuales, 132 han sido con una magnitud
Ritcher mayor de 5, cuya distribución a lo largo del sistema de
fallas antes mencionado, se ilustra en la figura N° 3. (Ref. 2)

Como quiera que la mayoría de los
sitios donde pueden construirse presas en Venezuela, están ubicados
a lo largo de las cordilleras antes mencionadas, precisamente las más
afectadas por los movimientos sísmicos, aunado al hecho de que los
cauces de los ríos sobre los cuales se construyen las presas, por
lo general, han sido formados por fallas geológicas, es de vital
importancia tomar en cuenta el aspecto sísmico, al diseñarse
y construirse presas, a fin de garantizar la estabilidad y seguridad de
las mismas, a lo largo del tiempo.
COMO AFECTA UN SISMO A UNA PRESA
Cuando se construye una presa, se genera
un embalse hacia aguas arriba, con lo cual las condiciones del sitio varían
considerablemente, las laderas del embalse y la presa misma se saturan,
de manera que cuando se produce un sismo, se generan vibraciones y fuerzas
que actúan en forma diferente a la que presentaba en sus condiciones
naturales.
Los tipos de falla que pueden presentarse
en una presa cuando se produce un sismo son los siguientes:
a) Deslizamientos y distorsiones por esfuerzos
de corte en el terraplén o en la fundación.

Al producirse un sismo, se generan vibraciones,
que originan el desarrollo de fuerzas verticales y horizontales, con lo
cual los esfuerzos de corte, tanto en la fundación como en el terraplén,
se incrementan, lo cual puede producir deslizamientos y fallas como las
que se ilustran el la figura N° 4.
b) Tubificación (erosión
interna) a través de grietas en el terraplén, originada por
movimientos diferenciales.

Los movimientos diferenciales
ocasionados por asentamientos y desplazamientos del terraplén, originan
grietas a través de las cuales comienza a circular el agua, la cual
arrastra material hacia el exterior y va ensanchando la grieta hasta producir
un conducto que facilita la erosión interna del material, que migra
hacia el exterior, hasta producir el colapso de la presa. Ver figura N°
5.
d) Pérdida de borde
libre, debido al asentamiento del terreplén o de la fundación.
Los asentamientos del terraplén
o de la fundación, hacen que la cresta de la presa descienda, con
lo cual el borde libre (diferencia entre el nivel de aguas máximas
y la cresta de la presa) se reduce, facilitando el paso del agua sobre
la cresta, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terraplén.
Esta pérdida de borde libre puede ser también ocasionada,
por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplazamiento
de fallas geológicas. Estos movimientos diferenciales, pueden también
ocasionar el paso de agua, entre el terraplén y su contacto con
el estribo, con la consiguiente erosión interna. Ver figura N°
6.

e) Rotura de la presa por movimientos de
una falla geológica en la fundación.
Un movimiento sísmico, puede provocar
el desplazamiento, tanto en sentido vertical, como en sentido horizontal,
de alguna falla existente en el lecho de del río, lo cual provocará
su rotura del terraplén de la presa y ocasionar su colapso. Ver
figura N° 7.

f) Deslizamientos en el vaso de almacenamiento.
Los materiales que conforman el vaso de
almacenamiento, se saturan, con lo cual disminuyen su estabilidad al producirse
un sismo, las laderas pueden deslizarse súbitamente y caer en el
embalse, provocando el desplazamiento del agua y por lo tanto, sobrepasar
la cresta de la presa. Ver figura N° 8

Desbordamiento por oscilaciones
de período largo en el embalse (ola)
La sacudida sísmica, hace que el
agua dentro del embalse, oscile hacia aguas arriba y aguas abajo respectivamente,
pudiendo provocar el desbordamiento del embalse sobre la cresta de la presa.
Ver figura N° 9.
Fallas en las estructuras complementarias.
Las estructuras complementarias tales
como el aliviadero, torre toma y conductos subterráneos, pueden
sufrir daños de consideración debido a la ocurrencia de un
sismo.(Ref. 3).
CONSIDERACIONES QUE HAY QUE TOMAR EN
CUENTA EN EL DISEÑO
El diseño sísmico de presas
de tierra ha progresado en las última décadas, debido al
avance de los programas de computación. De los métodos pseudo
estáticos, se han pasado a los métodos de elementos finitos,
no obstante, el buen juicio y la experiencia, aunado a una adecuada investigación
de campo, es lo que puede permitir éxito en el diseño y construcción
de las presas.
Hay problemas aún sin solución,
tales como: la selección del sismo de diseño, la determinación
de las presiones de poro originadas por el sismo, las deformaciones obtenidas
de los datos combinados del análisis de respuesta y ensayos de laboratorio.
Para el óptimo diseño de
una presa de tierra es necesario realizar los siguientes estudios:
Estudios Geológicos Regionales
Con estos estudios, debe determinarse el
sistema de fallas así como de las principales unidades estratigráficas,
a fin de establecer una correlación con los sitios que se van a
estudiar. Esta correlaciones deben hacerse no solamente desde el punto
de vista de geología pura, sino desde un punto de vista de geología
aplicada, esto quiere decir que si en un estudio geológico regional,
se menciona una formación geológica, deben indicarse las
características físicas de la misma y los problemas que puedan
suscitarse en la construcción de estructuras sobre dicha formación.
Al estudiar el sistema regional de fallas,
es necesario determinar si son las más importantes de la región,
o si son fallas secundarias, si han ocasionado movimientos sísmicos
en la zona o si se han encontrado indicios de actividad en alguna de ellas,
para lo cual en algunos casos habrá que realizar alguna exploración
adicional. Deberá determinarse el tipo de falla, desplazamiento,
inclinación de la misma y tasa de acumulación de esfuerzos.
(Ref. 4).
Para la realización de estos estudios,
habrá que recurrir a los levantamiento geológicos realizados
por el Ministerio de Minas e Hidrocarburos, hacer reconocimientos aéreos
y terrestres y hacer estudios sobre aerofotografías y fotos satélites.
Estudios geológicos del vaso
de almacenamiento
Una vez llenado un embalse, las condiciones
generales del sitio variarán, por los tanto, deberán estudiarse
todos aquellos problemas que puedan derivarse del almacenamiento de un
volumen importante de agua en la región. Por lo tanto, los estudios
geológicos que se realicen, deberán considerar los problemas
que se puedan presentar, por la presencia de dicha agua, entre los cuales
es importante destacar, los originados en laderas inestables, durante el
descenso de las aguas, por cuanto éstas son propensas a deslizarse
dentro del embalse, en especial, cuando ocurra un sismo, con lo cual, además
reducirse el volumen de agua almacenada, pudiera poner en peligro la estabilidad
de la presa, debido a la formación de olas que rebosen la cresta
de la presa..
Es necesario determinar la influencia que
puedan tener la principales fallas que atraviesan el embalse, en la construcción
de las obras, investigar si alguna de ellas pueda tener alguna actividad
y cuál sería el comportamiento en caso de ocurrir un sismo.
Se ha comprobado que algunos embalses construidos sobre fallas, producen
un desequilibrio isostático que se traduce en microsismos, lo cual
es necesario tomar en cuenta al diseñar las obras.
Estudio de las características
sísmicas de la región
En el estudio de presas, se hace imperativo
tomar en cuenta la actividad sísmica de la región, a fin
de adecuar el diseño de la presa y estructuras complementarias,
a los problemas sísmicos que puedan presentarse. Para ello es necesario
determinar el grado de sismicidad del área.
La investigación debe ser muy detallada,
para lo cual, en algunos casos, habrá que hacer exploraciones a
través de las fallas que se observen en la roca de fundación.
Asimismo, deben estudiarse los suelos y rocas que conforman las fundaciones,
en especial los suelos susceptibles a densificación o licuación.
Al elegir la sección de la presa,
deberán extremarse los cuidados en la escogencia de los materiales
de construcción, y se debe ser conservador en la selección
de la sección de la presa y debe preverse un riguroso tratamiento
de fundaciones.
La magnitud y grado de exploración
que se realice, dependerá del tamaño, localización
y usos del embalse. Una presa alta con un embalse grande, será potencialmente
más peligroso que uno pequeño, asimismo, será más
peligrosa un presa ubicada aguas arriba de una población, que otra
localizada en zonas deshabitadas o lejanas a centros poblados.
La recopilación de la información
relativa a los sismos ocurridos, es de mucha importancia para determinar
la peligrosidad del área, por cuanto la probabilidad de sismos en
una zona, es aproximadamente proporcional a la densidad de sismos ocurridos
en el área (Ref. 5). Es muy importante estimar, de los registros
históricos, las aceleraciones que puedan producirse en el sitio
de presa.
La mejor información sismológica
sería la referente a la frecuencia y severidad de sismos futuros,
pero como ello no es posible, especialmente la relativa a intensidad y
magnitud, los diseños habrá que hacerlos considerando las
condiciones más adversas. El estudio del sistema regional de fallas,
efectuado durante el estudio geológico regional, asociado a aquellas
fallas que han tenido actividad en tiempos históricos, es de mucha
importancia.
El hecho de que hayan zonas sísmicas
y fallas geológicas activas, no es motivo suficiente para rechazar
un sitio de presa. Existen casos históricos de embalses construidos
en zonas sísmicas e inclusive, cruzada por fallas activas, en las
cuales se produjeron sismos con desplazamiento de los sistemas de falla,
que tuvieron un comportamiento adecuado durante la ocurrencia del sismo.
Finalmente, en las zonas sísmicas
debe preverse la instalación de un buen sistema de instrumentación,
no solo en el terraplén de la presa, sino en el área del
embalse y zonas circunvecinas, a fin de observar el comportamiento de las
obras en caso de que ocurra un sismo. Esta instrumentación debe
incluir controles geodésicos, para medir los desplazamiento del
sistema de fallas y de acelerógrafos para medir la magnitud y aceleraciones.
Estudio detallado del sitio de presa
Las investigaciones que se realicen en
el sitio de presa, son realizadas con la finalidad de determinar los tipos
y distribución de suelos y rocas que existen en la fundación
y los estribos, y determinar sus propiedades, desde el punto de ingeniería,
en especial el esfuerzo de corte, la compresibilidad y la permeabilidad.
Se debe estudiar la susceptibilidad de
las fundaciones y los estribos, a sufrir deformaciones importantes durante
la ocurrencia de un sismo, así como también estudiar las
fundaciones blandas, por cuanto estas pueden sufrir deformaciones importantes
durante un movimiento sísmico; debe estudiarse también la
presencia de limos y arenas saturadas porque éstas pueden ser afectadas
por el fenómeno de licuación durante la ocurrencia de un
sismo.
Previamente a la exploración del
subsuelo, debe hacerse un estudio geológico detallado de superficie,
el cual debe correlacionarse con la exploración detallada del subsuelo
mediante perforaciones. Los métodos de exploración que se
utilicen, el número y espaciamiento de los sondeos, y la profundidad
de los mismos dependerá de la altura de la presa y de la complejidad
de las fundación. Se deberán realizar algunos ensayos de
laboratorio en muestras inalteradas de materiales representativos, con
la finalidad de determinar el tipo y propiedades generales de las fundaciones;
en algunos casos conviene emplear métodos geofísicos, para
completar la exploración.(Ref. 4 y 5).
La ejecución de ensayos de resistencia
al corte, bien sea mediante el método de corte directo mediante
ensayos triaxiales, son de mucha importancia para determinar los parámetros
de resistencia de las fundación, estos ensayos deben complementarse
con la ejecución de ensayos de corte cíclicos, con la finalidad
de investigar la resistencia dinámica y en esta forma determinar
la licuación potencial de los suelos en caso de ocurrir un sismo.
Diseño de la presa
Previamente al diseño
de una presa de tierra, es conveniente tener en mente las siguientes medidas
preventivas, para prevenir fallas en caso de un sismo:
a) Dejar suficiente borde
libre
b) Usar transiciones amplias
de material no susceptible al agrietamiento.
c) Usar zonas de drenaje
adecuadas, que permitan evacuar rápidamente el flujo de agua a través
de las grietas.
d) Usar filtros bien gradados
aguas abajo del núcleo de la presa.
e) Ensanchar el núcleo
en el contacto con los estribos.
f) Usar en el núcleo,
materiales plásticos no susceptibles al agrietamiento.
g) Evitar ubicar las presa,
en aquellos sitios donde las laderas del vaso de almacenamiento sean susceptibles
a deslizarse.
h) Proporcionar un conducto
para permitir la rápida evacuación de las aguas embalsadas,
en caso de que la presa sufra daños.
Hay autores que recomiendan
no ubicar presas sobre fallas activas, no siempre esto es posible, por
lo cual en el diseño habrá que tomar todas las precauciones,
para que no falle la presa cuando se produzcan desplazamientos en las fallas,
esto será tratado más adelante al referirnos a las Presas
Dos Cerritos en el Tocuyo y La Honda, en el Uribante.(Ref. 3).
Será necesario primero
hacer un análisis estático de la presa y una vez seleccionada
la sección a utilizar, deberán realizarse análisis
dinámicos, más adelante al tratar los estudios realizados
para la presa la Honda, se indica la metodología a seguir.
Cuando el material de la
presa no tiene drenaje libre, las presiones de poro se incrementan con
lo cual se reduce la estabilidad de la misma. Por esto es necesario hacer
una estimación de las posibles presiones que se producen.
Los materiales permeables
como las gravas o los enrocamiento, permiten una rápida disipación
de la presión de poros dinámica. Cualquier disipación
de la presión de poros, resultará necesariamente, en una
mayor resistencia al desarrollo de deformaciones y en una menor susceptibilidad
a la licuación.
Con la finalidad de ilustrar
en forma más objetiva el procedimiento a seguir, para los estudios
que hay que realizar en sitios de presa en zonas sísmicas, se relatan
dos experiencias, la primera se refiere a la Presa dos Cerritos en el Alto
Tocuyo, en el estado Lara y la segunda se refiere a la Presa la Honda,
sobre el Río Uribante, en el estado Táchira, ambas ubicadas
en las cercanías de la falla Boconó.
PRESA DOS CERRITOS SOBRE
EL RÍO TOCUYO
La presa Dos Cerritos sobre
el Río Tocuyo, está ubicada 4 km aguas arriba de la población
de El Tocuyo en el Estado Lara y sirve para suministrar agua a Barquisimeto,
El Tocuyo y Quibor, así como para regar 4.500 has. en los alrededores
de El Tocuyo. Esta presa fue construida en el año 1.973 por el Instituto
Nacional de Obras Sanitarias. Los estudios de la Presa Dos Cerritos marcaron
la pauta en Venezuela, en lo que se refiere a la orientación de
los estudios sísmicos en presa de tierra. La región de El
Tocuyo es una región altamente sísmica y se incluye en el
denominado Foco de El Tocuyo, el cual ha aumentado su actividad y está
influenciado por la falla de Boconó, la cual se encuentra a una
distancia de 20 km aguas arriba del sitio de presa. Hay indicios de actividad
histórica en este sistema de fallas, tan es así, que han
ocurrido varios sismos, entre los cuales pueden considerarse de mucha importancia
el ocurrido en el año 1.870 catalogado como desastroso y el ocurrido
en 1.950, donde hubo la destrucción de la población de El
Tocuyo. Este último terremoto fue causado por el desplazamiento
horizontal de la falla de Boconó. (Ref. 6).
Es importante señalar, que la construcción
de esta presa causó mucha polémica, por cuanto los primeros
estudios se iniciaron en el año 1.965, cuando los pobladores de
El Tocuyo aún no se habían recuperado del impacto del terremoto;
fue necesario entonces hacer una serie de reuniones, charlas explicativas
y foros, donde se debatió ampliamente el proyecto, hasta que en
febrero de 1.967, es decir, pocos meses antes de que ocurriera el sismo
de Caracas, se presentó el estudio geológico preliminar donde
se concluía que era factible la construcción de una presa
sobre el río Tocuyo. El Estudio Geológico Definitivo se concluyó
en mayo de 1.968 y el Proyecto definitivo en agosto de 1.968. Los estudios,
en los cuales intervino el autor, estuvieron dirigidos por el ingeniero
Carpóforo Olivares Sosa(+), pionero de los proyectos de presa en
el país, intervinieron también profesionales de alta experiencia
entre los cuales se encontraban el Ing. Manuel Isava Carbonell, el Geo.
Ernesto Alcaíno Alarcón y el Geo. Sergio Bajetti Bianchi.
Se contó además con la valiosa asesoría de los ingenieros
Ing. James L. Sherard(+) y Lloyd S. Cluff.
Para la elaboración del proyecto
de esta presa, fue necesario efectuar primero un estudio geológico
regional que permitió determinar en forma detallada, en un área
de 273 km², todo el sistema de fallas que pudieran afectar el sitio
de presa (Ver figura N° 10). El estudio geológico de superficie,
incluyó también, la investigación detallada de los
sitios de presa.
Los estudios geológicos detallados
del subsuelo, incluyeron la apertura de trincheras a máquina, así
como la exploración geológica del subsuelo, mediante perforaciones,
las cuales permitieron determinar los desplazamientos ocurridos en las
fallas. (Ref. 7).
El sitio de presa seleccionado, está
ubicado aguas arriba de la confluencia de la Quebrada La Guajira en el
Río Tocuyo, por lo cual viene a estar conformada por un sistema
de dos presas que se unen, razón por la cual se le dio el nombre
de Dos Cerritos. El perfil geológico del sitio de presa, reveló
la presencia de un espesor de aluviones cercano a los diez metros (10 m)
en el Río Tocuyo y de espesores de aluviones de treinticinco metros
(35 m) en la quebrada la Guajira (Ver figuras N° 11 y 12) . Estos materiales
aluviales están constituidos por gravas arenosa densas con peñones,
sobre los cuales yace una capa de arena limosa, con un espesor variable
entre 1 y 4 metros.
Dadas las características geológicas
antes mencionadas, se adoptaron las siguientes medidas para el diseño
del terraplén de la presa:
-
Se dejó un borde libre
de 6,50 m, a fin de garantizar que con la ola que pudiese ocurrir durante
un sismo, no se sobrepase la cresta de la presa; adicionalmente, se colocó
en el espaldón aguas abajo de la presa, un enrocado de protección
con un espesor de 10 m, a fin de evitar la erosión del talud, en
caso de que por alguna eventualidad, el agua vertiese sobre la cresta de
la presa. Ver figuras N° 13 y 14.

Se adoptó una sección robusta,
que permitiese desplazamientos hasta de 5 m, sin que falle la presa, en
efecto la sección mostrada en la figura N° 13 , se caracteriza
por lo siguiente:
-
Un ancho de cresta de 15 metros, el cual es
tres veces el ancho normal de una presa de esta misma altura, esto incrementa
la estabilidad de la sección.
-
Una zona de material impermeable constituida
por gravas arcillosas, con tamaño máximo de 3", con un porcentaje
20% de material que pasa el tamiz N° 200, con las siguientes características
de plasticidad: LL = 22,9, LP = 10,9, IP =12; estos materiales son impermeables,
poseen gran resistencia al corte y poca deformabilidad. Esta zona viene
a constituir el espaldón aguas arriba de la presa, tiene un ancho
mínimo de 7,50 m en la cresta, con el talud aguas arriba con una
pendiente 3:1, protegida con un enrocado de protección de 1,00 m
de espesor.
-
Inmediatamente en contacto aguas abajo de
la zona antes nombrada, se encuentra una zona permeable constituida por
gravas arenosas limpias bien gradadas, con las siguientes características
granulométricas:
- Gravas (3" a tamiz #4) : 59% a 67%
- Arenas (tamiz #4 a tamiz #200) : 30%
a 35%
- Finos (pasa tamiz #200): 3% a 6%
Estos materiales son permeables, poseen
alta resistencia al corte y poca deformabilidad. Esta zona tiene un ancho
mínimo de 7,50 m en la cresta de la presa, la cual luego se ensancha
hasta tener un ancho de 15 m. como puede verse en la figuras N° 13
y 14.
-
Un enrocado de protección el en talud
aguas abajo, con un espesor de 2 m en la parte superior y de 10 m en el
resto de la sección, con el talud 2,5:1.
-
Dos dentellones, el primero aguas arriba,
que viene a constituir una continuación del espaldón aguas
arriba, con una profundidad variable, dependiendo del espesor del material
aluvial, pero hasta un máximo de 15 m, con lo cual, en los sitios
de poco espesor aluvial, quedará anclado en la roca, según
puede verse en la figura N° 14 y en los sitios de máximo espesor,
quedará dentro de la grava arenosa densa, tal como se observa en
la figura N° 13 . El segundo dentellón está ubicado en
el talud aguas abajo y sirve para alojar el enrocado de protección
y se profundizará hasta el tope de la grava densa, según
puede observarse en la figura N° 13.
Con la sección adoptada, la
presa es resistente a los sismos, no es susceptible de sufrir grandes deformaciones,
ni fallas de corte en los taludes; es capaz de aceptar un desplazamiento
de hasta 5 m, como consecuencia del movimiento de una falla en la fundación,
sin que la presa colapse. En caso de producirse un agrietamiento en la
zona del espaldón aguas arriba, la zona de gravas que está
inmediatamente aguas abajo, servirá de filtro, con lo cual no podrán
ocurrir erosiones y la vez, permitirá el drenaje rápido de
las aguas. Además, tal como se dijo con anterioridad, posee un amplio
borde libre. (Ref. 8).
Un aspecto muy importante,
es que durante la construcción se llevó a cabo un estricto
control de calidad.
Finalmente es importante
destacar el hecho de que, además del sistema normal de instrumentación
que se instala en las presas, por primera vez, se instalaron acelerógrafos
para registrar sacudidas violentas (strong motion accelerograph). No se
tiene conocimiento si éstos están operativos y si hay registros
de ellos.
PRESA LA HONDA SOBRE EL
RÍO URIBANTE
a presa la Honda Sobre el
Río Uribante, fue construida por CADAFE y forma parte del Desarrollo
Uribante-Doradas, perteneciente al Aprovechamiento Hidráulico Uribante-Doradas
Camburito-Caparo, y tiene como finalidad, almacenar agua para conducirla
a la central San Agatón, donde se generan 300 MW.

El Desarrollo Uribante Doradas
está conformado por la presa La Honda, la cual ha creado un embalse
de 11 km de longitud que almacena 750 millones de metros cúbicos,
el agua de este embalse es conducido a la Central San Agatón, a
través de un túnel de 8.120 m de longitud y 5,3 m de diámetro,
con un pozo vertical de 271 m.
El área donde se construyó
la Presa la Honda, está ubicada en la región sur-occidental
de los Andes venezolanos, los cuales se extienden por más de 400
km en dirección EN-SW. La conformación geológico-topográfica
de la cordillera, ha originado ríos que corren sensiblemente paralelos
a dicha cordillera, a diferentes niveles, lo cual permitió la conformación
de los cuatro desarrollos que conforma el sistema, los cuales permiten
trasvasar las aguas en forma escalonada, desde las cuencas más altas
hasta las más bajas. Ver figura N° 15.
El área donde se construyó
la presa, presenta un sistema de fallas sensiblemente paralelas a la cordillera
de los Andes y también paralela a la falla mayor de Venezuela, la
falla Boconó, localizada a 20 km del sitio de presa la Honda (Ver
figura N° 1 ). Esta falla es capaz de generar sismos magnitud 8,25
en la escala de Ritcher, con intervalos de 100 a 200 años. Se encuentran
también otras fallas menores, asociadas con la antes mencionada,
que tienen íntima relación con las características
sísmicas, geológicas y topográficas de la zona.
Para el estudio de todo el
Aprovechamiento Hidroeléctrico, se hizo un estudio geológico
regional en un área de 2.250 km² aproximadamente, para lo cual
se realizaron reconocimiento aéreos y terrestres, se utilizaron
los mapas geológicos preparados por el Ministerio de Minas e Hidrocarburos
y se recurrió al estudio de aerofotografías y fotos satélites;
luego se realizó un estudio más detallado en el área
del vaso de almacenamiento, cubriendo un área aproximada de 300
km², complementando los estudios con apertura de trincheras, calicatas
y perforaciones a máquina. En la figura N° 16 se observan las
características geológicas del vaso de almacenamiento. (Ref.
9).

Los estudios inicialmente realizados para
el Aprovechamiento Hidroeléctrico del Río Uribante, estaban
orientados a la construcción de una presa, en el sitio denominado
La Blanquita, la cual formaría un embalse de 17 km de longitud,
adquiriendo el vaso una forma alargada y estrecha, con muchas quebradas
que concurren al valle del río Uribante.
Las laderas que conforman el vaso de la
margen izquierda del río Uribante en ese sector, tienen una topografía
bastante irregular y accidentada, ya que estas áreas son originadas
por deslizamientos sucesivos de los materiales que cubren las laderas.
Las formaciones que constituyen dichas formaciones se denominan, Río
Negro, Apón, Aguardiente y La Quinta; esta última formada
por lutitas, muy propensas a los deslizamientos. Ver figura N° 17.

Se observó durante
la ejecución de los estudios, que el mayor problema para la ubicación
de las obras, era la existencia de grandes masas potencialmente deslizables,
las cuales al irrumpir hacia el embalse, no solo llenarían el vaso
hasta imposibilitar su aprovechamiento, sino podían producir un
brusco desplazamiento de las aguas, poniendo en peligro la estabilidad
de la presa. Dada estas circunstancias, se fueron estudiando sitios de
presa hacia aguas arriba del río Uribante, hasta llegar al sitio
de presa la Honda. Se estudiaron en total 7 sitios de presa, con diversas
condiciones de trasvase, según puede observarse en la figura N°
18.(Ref. 4).
Esto obligó a considerar
otros sitios de presa hacia aguas arriba, hasta llegar a la selección
del sitio de presa la Honda, actualmente en operación. Se estudiaron
en total siete sitios de presa en el río Uribante, uno en el Doradas,
uno en el Camburito y uno en el Caparo, y se analizaron 26 soluciones alternativas
de trasvase. Ver figura N° 19

Características Geotécnicas
del Sitio de Presa La Honda
En área del sitio de presa se hizo
un reconocimiento geológico detallado, comenzando primero con levantamiento
geológico de superficie y luego con la exploración detallada
del subsuelo, mediante perforaciones profundas, trincheras y túneles
exploratorios. Los resultados de este estudio se indican en la figura N°
20.

La presa está cimentada
sobre un valle profundo, formado por un cauce de 50 m de ancho. A lo largo
del cauce del río corre una falla , la cual hace que las características
geológicas de los estribos sean diferentes.
El estribo izquierdo consiste
de areniscas y lutitas estratificadas, y presenta estratos, que generalmente
tiene un buzamiento favorable hacia dentro de la ladera. Las areniscas,
por lo general, son de grano fino y escasamente cementadas. La roca de
fundación en relativamente permeable y hay una gran posibilidad
de erosión a lo largo de las grietas, alguna de las cuales están
vacías y otras rellenas con arena. (Ref. 10 y 11).
El estribo derecho consiste
en capas alternas de areniscas calcáreas, calizas y lutitas. Las
areniscas son más duras y menos friables que las del estribo izquierdo.
Se localizó una falla diagonal que se extiende desde su intersección
con la falla del cauce, 1 km aguas arriba del eje de la presa, hasta aproximadamente
200 m a la derecha de la cresta, esta falla es corta y desplaza dos capas
de caliza, en las cuales se observaron oquedades de disolución.
Aunque la roca de fundación en este estribo es tan permeable como
la del izquierdo, la roca por lo general, no es erosionable. Ver figura
N° 21.

Características
de la presa
La presa La Honda es de tierra
zonificada, tiene una altura de 140 m aproximadamente. El túnel
de desvío está ubicado en el estribo derecho y el aliviadero
y la descarga de fondo, en el estribo izquierdo. Está provista de
un sistema de filtros y drenes, para proteger cualquier infiltración
que se produzca a través de la presa.
Se requirió además,
de un complicado sistema de tratamiento de fundaciones, mediante inyecciones
de cemento, galerías de drenaje y una pantalla de concreto de 20.000
m² ubicada en el estribo izquierdo. Ver figura N° 22.

Tomando en cuenta las condiciones sísmicas
de la región y las características geológicas del
sitio, se adoptó la sección que se indica en la figura N°
23 , la cual está conformada por un delgado núcleo de arenas
arcillosas y unos espaldones, que conforman el mayor volumen del terraplén
de la presa, constituidos por areniscas trituradas según se describe
a continuación:

Espaldones
Los espaldones están construidos
con areniscas trituradas, las cuales se comportan como una arena limosa
de grano fino a medio, bien gradada, con contenidos de fino que varían
entre 8% y 20%; conforman la zona 1 del terraplén y constituyen
un relleno de arena densa, con una alta resistencia al corte, de baja compresibilidad
y poca permeabilidad. Las densidades de laboratorio de estas areniscas,
referidas al Proctor Modificado, variaron entre 1.835 y 2.130 kg/m³
con humedades óptimas variables entre 7,5 % y 12 % y fueron compactadas
en el terraplén con densidades de campo promedio de 98%.
Como quiera que estas areniscas son propensas
a la erosión, se rellenaron las grietas de las juntas de la roca
de fundación, mediante un tratamiento intensivo, a fin de evitar
la migración de la arena del terraplén hacia la fundación.
Núcleo
Está constituido por arenas arcillosas
de baja a media plasticidad, con un límite líquido variable
entre 20 y 40 y un límite plástico variable entre 3 y 20.
La densidad máxima referida al Proctor Normal varía entre
1.750 y 2.075 kg/m³ con una humedad óptima variable entre 7%
y 18%; la densidad mínima de colocación fue del 95%, con
contenidos de humedad variables entre 0,5 % bajo la humedad óptima
y 2,5 % sobre la humedad óptima, a fin de lograr un terraplén
que pudiese sufrir deformaciones sin agrietarse.
Sistema de drenaje
A fin de proteger el terraplén
de erosiones, se construyó un sistema de drenaje bajo la presa y
dentro de los estribos, a fin de que las inevitables infiltraciones a través
de la presa y de la cortina de inyecciones, sean inofensivas. Consiste
en un dren de chimenea, una carpeta de drenaje, un dren colector y una
cortina de drenaje en ambos estribos. La carpeta de drenaje cubre toda
el área del espaldón aguas abajo y está protegida
con filtros para evitar la migración del material de la fundación
y del relleno. Esta carpeta y el dren de chimenea conducirán las
aguas de infiltración a un dren colector central de gran capacidad,
el cual termina en el pié aguas abajo de la presa, donde el caudal
infiltrado se controla en un vertedero aforador.
Protección de los
taludes contra la erosión
El talud aguas arriba del
terraplén, por debajo del nivel mínimo de operación,
está protegido con un capa de arena, grava y peñones; por
encima de este nivel, se incrementó el espesor del enrocado.
Análisis de estabilidad
Para determinar la estabilidad
de la presa se hicieron los siguientes análisis:
-
Infiltración a través
de la presa
-
Estabilidad estática
-
Esfuerzo-deformación
Estabilidad dinámica
Infiltración a través
de la presa
Se hizo un análisis
de la infiltración a través de la presa, basado en la ley
de Darcy y también usando técnicas numéricas de elementos
finitos, con diversos valores de permeabilidad anisotrópica.
Estabilidad estática
Se hicieron los análisis
de estabilidad estática del terraplén, mediante el método
de Bishop, considerando los siguientes casos:
Estabilidad durante
la construcción: se consideró terminado el terraplén,
sin haber comenzado el llenado del embalse y ya disipadas las presiones
de poro.
Embalse lleno: se
consideró la condición del embalse lleno (régimen
permanente), considerando la línea de saturación la cota
1096, que es la cota del dren de chimenea.
Descenso súbito:
se consideraron dos casos de descenso súbito: descenso normal y
descenso de emergencia. En el primer caso , se supuso un descenso operacional
del nivel de del embalse desde la cota 1.098 (nivel normal), hasta la cota
1.066 en 59 días y en el segundo caso, un descenso de emergencia
desde la cota 1.098 a la cota 1.060 en 20 días y hasta la cota 1.040
en 27 días aproximadamente.
Los análisis realizados
arrojaron los siguientes factores de seguridad:
Construcción: 1,6
Embalse lleno: 1,6
Descenso rápido, operacional:
1,6
Descenso rápido, emergencia:
1,1
Análisis de esfuerzo-deformación
Se hizo el análisis
de esfuerzo-deformación, por el método incremental, no lineal,
de elementos finitos. Con este método se hizo un análisis
del comportamiento no lineal del suelo, mediante el procedimiento de elementos
sucesivos, en el cual la carga se divide en un número pequeño
de incrementos y el comportamiento del suelo se supone lineal en cada incremento.
La propiedades mecánicas del suelo en cada elemento, durante cada
incremento, son reevaluadas de acuerdo con los esfuerzos en dicho elemento.
Este análisis permitió
investigar la interacción entre los materiales relativamente más
compresibles del núcleo y los materiales más rígidos
de los espaldones, así como entre éstos y los estribos. La
combinación de un núcleo compresible y unos espaldones rígidos,
da como resultado unos asentamientos diferenciales del orden de 1,70 m.
Los asentamientos del núcleo con relación a los espaldones,
dan como resultado un efecto de arco y los esfuerzos son transmitidos del
núcleo a los espaldones. El efecto de arco durante el período
de construcción, reduce los esfuerzos del núcleo cerca de
la base de la presa, hasta aproximadamente un 50% de la carga total del
terraplén.
El incremento del esfuerzo
total del núcleo durante el régimen permanente, elimina el
riesgo de fracturamiento hidráulico. Pueden desarrollarse zonas
de plastificación en una extensión limitada, en los espaldones
arenosos adyacentes al contacto cerca de la base del núcleo; estas
zonas son de significación limitada, debido a los efectos del confinamiento
del material que se encuentra en los alrededores, sin embargo, no excede
la resistencia al corte del núcleo en ningún sitio. El efecto
de arco a través del valle, causado por el asentamiento del núcleo
es mínimo, debido a la geometría del valle.
Análisis Dinámico
Se efectuó un análisis
dinámico, utilizando el método de los elemento finitos, a
fin de analizar la respuesta de la presa bajo la acción de un sismo
de magnitud 8,25, localizado a 20 km de la presa. Los análisis realizados
indicaron lo siguiente:
-
Las relaciones esfuerzo-deformación
para el sismo antes mencionado, causando una deformación axial de
5% con 10, 15 y 20 ciclos, son generalmente mayores de 1,0, lo cual indica
que no hay peligro de deformaciones excesivas.
-
Basado en un análisis
simple de las deformaciones totales, el sismo produce un asentamiento en
la cresta de 2,50 m. Con esta deformación permanente, el borde libre
establecido de 13 m se reducirá algo, pero la presa continuará
en servicio después del sismo.
CONSIDERACIONES SÍSMICAS
Además de los resultados
aportados por el análisis dinámico, las consideraciones sísmicas
se basaron en criterios y experiencias generalmente utilizados para el
diseño de presa en zonas altamente sísmicas. (Ref. 10). Estos
criterios fueron los siguientes:
Se consideró que ocurra
un sismo de 8,25 en la escala de Ritcher, en la falla Boconó, a
20 km del sitio de presa, con una aceleración en la base de la presa
de 0,5 g y una duración de 60 seg.

Se tomaron medidas para el autosellado
de las grietas, en caso de ocurrir un desplazamiento de la falla en el
cauce. Para ello se supuso que podría ocurrir un desplazamiento
de 2,50 m en sentido horizontal y de 1,00 m en sentido vertical. Las medidas
que aseguran estos desplazamientos, consisten en la construcción
de un dren de chimenea con un ancho de 11 m, formado por un filtro de material
procesado de 3 m de ancho, un dren procesado de 3 m de ancho y un filtro
de 3 m de ancho. Además, aguas abajo de este filtro, por debajo
del espaldón de la presa, se construyó una carpeta de drenaje,
constituida por una capa de filtro procesado de 1,5 m de espesor en la
fundación, sobre el cual se encuentra un dren procesado tipo "sandwich"
de 3,50 m de espesor y finalmente, un capa de filtro procesado de 1,50
m, igual al que se colocó en contacto con la fundación, el
cual aumenta a 4,50 m en contacto con el dren de chimenea. Ver figura N°
24.
-
Utilización de materiales
resistentes al corte y adopción de taludes menos pendientes, que
aquellos requeridos para una mínima estabilidad estática
y construcción de la cresta de la presa con materiales granulares,
para una mayor seguridad de la presa.
-
Construcción de un sistema
de galerías de inyección y drenaje, las cuales permiten observar
el comportamiento de la presa y hacer inyecciones adicionales, de ser requerido,
durante la operación del embalse.
-
Construcción de un túnel
de descarga de fondo, el cual permitirá el descenso rápido
del embalse, hasta la cota 1.030.
-
Adopción de un borde
libre de 13 m, el cual se reduce a 1.30 m para el momento de transitar
por el aliviadero, la creciente máxima probable (CMP): En la tabla
siguiente, se presenta un estimado de los períodos de retorno y
los niveles de aguas máximas correspondientes:
Período de Retorno
en años
|
Capacidad del Aliviadero
|
Nivel Máximo
de Agua
|
Duración Aproximada
de la Creciente
|
29 |
100 m³/seg
|
Cota 1.000,7
|
10 días
|
500 |
300 m³/seg
|
Cota 1105,5
|
10 días
|
10.000
(3/4 CMP) |
675 m³/seg
|
Cota 1107,0
|
10 días
|
CMP |
940 m³/seg
|
Cota 1109,7
|
|
De la tabla anterior se desprende,
que la mayor parte del tiempo, el aliviadero se utilizará para descargar
crecientes que originan un pequeño aumento en el nivel del embalse.
Por lo tanto, la presa tiene un gran borde libre (10 m ) la mayor parte
del tiempo; este gran borde libre tendrá las siguientes ventajas
en caso de un sismo:
- Compensar la pérdida
de borde libre, como consecuencia de una deformación del terraplén
o de un desplazamiento potencial de la falla de la presa.
- Contener las olas ocasionadas
por los movimientos de la falla, las olas creadas por deslizamientos de
gran volumen de los taludes naturales hacia el embalse, o el oleaje creado
en el embalse por motivo de un sismo, que pudiese superar la cresta de
la presa.
- Aumentar el ancho del terraplén,
a nivel de aguas normales.
Adicionalmente a todas estas
medidas adoptadas, se estableció un riguroso control de calidad
durante la construcción de las obras, a fin de garantizar la seguridad
de las mismas, el cual incluyó la instalación de un de un
extenso sistema de instrumentación, tanto en el terraplén
de la presa como en su fundación, con la finalidad de observar el
comportamiento de la presa, tanto durante el período de construcción,
como durante la vida útil de la presa, a fin de tener una visión
clara de los patrones de infiltración de la presa, de la fundación
y de los estribos, conocer el comportamiento del terraplén en cuanto
a asentamientos que pudieren ocurrir y especialmente, observar el comportamiento
del terraplén durante y después de la ocurrencia de un sismo.
La instrumentos colocados fueron los siguientes:
piezómetros, pozos de observación, inclinómetros,
medidores de movimientos superficiales, medidores de asentamientos, medidores
de deformación, celdas de presión total, acelerógrafos
de movimientos fuertes y acelerógrafos registradores de pico.
COMPORTAMIENTO DE LA PRESA
El llenado del embalse se inició
en abril de 1.985, para lo cual se estableció un programa de llenado
controlado en forma gradual y por etapas, a fin de determinar el comportamiento
de la presa y de las fundaciones, para lo cual se hacía una revisión
continua de la instrumentación; el embalse se terminó de
llenar en octubre de 1.986.
Se ha continuado con las lecturas de los
instrumentos para hacer un seguimiento del comportamiento de las fundaciones
y del terraplén; la única anormalidad encontrada fue la aparición
de una filtración en el estribo izquierdo, que se detectó
durante el primer llenado del embalse, estas filtraciones son objeto de
una continua observación y hasta la fecha no representa mayor problema
en cuanto a la seguridad de la presa.
En cuanto a la que se refiere al comportamiento
de la presa ante un sismo, es prematuro hablar, por cuanto hasta la fecha
sólo se han registrado dos sismos de relativa magnitud, el primero
ocurrido el 22 de julio de 1.993, de magnitud Mb = 6,1, con epicentro en
el Departamento del Arauca en la República de Colombia, a una distancia
de 145 km de la Presa La Honda y con una profundidad focal de 20 km. Con
este sismo, se registraron las siguientes aceleraciones en la presa, C.
Longitudinal = 0,019 g - C. Vertical = 0,010 - C. Transversal = 0,016 g.
(Ref. 12).
El segundo sismo ocurrió el 31de
mayo de 1.995, en la zona sur del estado Táchira, a una distancia
aproximada de 70 km del sitio de Presa la Honda, con magnitud Mb = 5,7,
este sismo activó la estación ubicada en el sitio de presa,
donde se registraron las siguientes aceleraciones: C. Longitudinal = 0,04
g - C. Vertical 0,02 g - C. Transversal = 0.36 g.
No hay reportes que indiquen que hayan
ocurrido daños en la presa o en la estructuras auxiliares debido
a estos sismos. No podemos todavía conocer el comportamiento real
de la presa con un sismo severo, pero podemos anticipar que con las medidas
de seguridad adoptadas con el diseño y la construcción, la
presa podrá soportar el sismo de diseño. No obstante, es
conveniente advertir, que debe seguirse un riguroso programa de observación
permanente del comportamiento de la presa y estructuras auxiliares. En
el caso del desarrollo Uribante Doradas, se prepararon unos manuales de
operación y mantenimiento, en los cuales se incluían las
medidas que había que tomar, cuando ocurriera un sismo de magnitud
mayor de 5 en la escala Ritcher.
Anexo al presente artículo, se indica
el procedimiento a seguir, para evaluar el comportamiento de la obra después
que ocurra un sismo.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1) Toda la franja cercana al sistema de
cordilleras del país, que se extiende desde extremo sur-occidental,
hasta extremo nor-oriental, pasando por la zona norte central, es altamente
sísmica, por lo tanto, en el diseño y construcción
de presas, en estas áreas, deben extremarse todas la precauciones,
para que éstas puedan resistir movimientos sísmicos de gran
magnitud.
2) En Venezuela se han construido cerca
de noventa (90) presas, de las cuales no se conoce, cuantas de ellas han
sido diseñadas para soportar un sismo. En visitas que ha realizado
el autor, a algunas de las presas que sirven de abastecimiento de aguas
a Caracas y algunas ciudades del interior, ha podido observar el deterioro
de algunas de ellas, lo cual refleja falta de mantenimiento a las mismas.
4) Es recomendable, que se cree un Grupo
de Evaluación de Presas, cuya primera misión sería,
estudiar el estado actual en que se encuentran las presas que se han construido
en el país y cuál sería la vulnerabilidad de éstas,
ante la ocurrencia de un sismo.
5) Es recomendable, preparar unas normas
o instructivos, que señalen, no sólo como debe procederse
para el diseño y construcción de presas, desde el punto de
vista sísmico, sino también uno que ilustre, a los organismos
a cuyo cargo estén asignadas dichas obras, cómo debe procederse
para el mantenimiento de las presa y las acciones a tomar en caso de ocurrir
un sismo. Para esto último se sugiere utilizar como punto de partida,
el procedimiento de evaluación que se presenta anexo al presente
artículo.
BIBLIOGRAFÍA
-
Ferrer Diego, Cluff Loyd "Observaciones de
Ingeniería de Suelos e Ingeniería Geológica del Sismo
de Caracas" - Boletín N° 35 Se la Sociedad Venezolana de Mecánica
del Suelo e Ingeniería de Fundaciones Junio 1.970
-
FUNVISIS - "Sismicidad Instrumental 1.967-1996"
- Junio 1.997
-
Romo Miguel, Magaña Roberto -
"Metodología en el Diseño Sísmico de Presas de Tierra"-
IX Congreso Panamericano de Suelos - Santiago de Chile 1991
-
Ferrer Fernández Diego - "Estudios
Geotécnicos para Obras de Embalse" - Revista Latinoamericana de
Geotécnia - Julio-Septiembre 1.976
-
E.T. Haws y otros - " Dams Natural and Induced
Erthquakes and the Enviroment" - Dams and Erthquakes The Institution of
Civil Engineers, 1981 - London.
-
GIMSA - "Presa Sobre el Río Tocuyo
- Estudio Geológico Preliminar de Superficie y del Subsuelo" Febrero
1.967
-
GIMSA - "Embalse alto Tocuyo - Presa Dos Cerritos
- Estudio Geológico" - Mayo 1.968
-
OTEHA C.A. - "Proyecto del Embalse Alto Tocuyo
- Presa Dos Cerritos" - Agosto 1.968
-
CEH Ingenieros Consultores - Geotécnica
Apéndice "E" - Aprovechamiento Integral de Los Ríos Uribante-Doradas
y Camburito-Caparo - Estudio de Factibilidad - Junio 1.997
-
Ferrer Fernández Diego - "Presa La
Honda sobre el Río Uribante" - Boletín 50 de la Sociedad
Venezolana de Mecánica del Suelo e Ingeniería de Fundaciones"
- Octubre 1.984
-
Ferrer Fernández Diego - "Aspectos
Geotécnicos en el Diseño y Construcción de la Presa
La Honda" - X Seminario de Ingeniería Geotécnica - Octubre
1.988
-
DESURCA-ULA - "Red Acelerográfica de
Uribante-Caparo. Memorándum Interno - Junio 1.997
Bajetti Sergio - "Sistema Hidroeléctrico
de los Andes Uribante-Caparo, Desarrollo Uribante-Doradas, Inspección
de la Obra en Caso de Sismos" - Julio 1.986
ANEXO 1
PROCEDIMIENTO A SEGUIR, PARA EVALUAR
EL COMPORTAMIENTO DE UNA PRESA DESPUÉS DE OCURRIR UN SISMO
El presente escrito, tiene como finalidad,
tratar de dictar las pautas a seguir, en el caso de que ocurra un sismo,
cercano al sitio donde se encuentre una presa de tierra. Para su elaboración,
se ha seguido el instructivo preparado para el Desarrollo Hidroeléctrico
Uribante-Doradas, el cual a su vez, se basa en el instructivo preparado
por el Comité Internacional de Grandes Presas.
Para la elaboración del presente
procedimiento, se ha considerado una presa con sus estructuras indispensables,
tales como aliviadero, obras de toma y descarga de fondo; en caso de que
se contemplen otras estructuras, tales como túneles de trasvase,
centrales hidroeléctricas u otras, habrá que adaptarlo a
esas condiciones.
Labores previas
Antes de indicar el procedimiento, es
necesario tomar algunas medidas preventivas, como las que se indican a
continuación:
-
Recopilar todos los planos e informes,
así como toda la documentación relativa al proyecto y construcción
de la presa, y de ser posible, la
información relativa a los reportes de la inspección. En
caso de que la presa esté en servicio y no se consiga la información
indicada, seria conveniente completar la información con levantamientos
topográficos adicionales y toma de algunas muestras, para tener
una idea del estado actual de la presa.
-
Hacer una inspección detallada a
la presa, aliviadero y obras complementarias: aliviadero, toma túneles,
compuertas etc., así como al vaso de almacenamiento, para lo cual
se recomienda seguir las indicaciones indicadas en las planillas anexas
"Inspección de las presas en caso de sismos". Esta información
debe ir acompañada de fotografías.
-
Resulta conveniente hacer inspecciones
periódicas durante la vida útil de la presa, a fin de evaluar
su comportamiento, en especial, cuando ocurran tormentas o lluvias torrenciales
y prolongadas.
-
Es conveniente formar dos grupos de trabajo
que podrían denominarse grupo de vigilancia y grupo de evaluación
de daños, respectivamente. El grupo de vigilancia estaría
formado por el personal asignado permanentemente al mantenimiento de la
obra, y tendría como funciones, hacer las inspecciones periódicas
de las obras y las lecturas periódicas de la instrumentación
instalada, así como también, hacer una inspección
detallada en caso de producirse un sismo. El grupo de evaluación
de daños tendría como función, evaluar periódicamente
el comportamiento de las obras durante su vida útil, mediante el
análisis de la información suministrada por el grupo de vigilancia,
lo cual podría complementarse con algunas visitas al sitio, en caso
de que el grupo de vigilancia reportase alguna anormalidad. Sería
función de este grupo hacer una inspección detallada en caso
de producirse un sismo. (Ref. 13).
-
Este grupo, puede estar conformado por
personal independiente, no adscrito a la obra, pero que esté a la
disposición del organismo propietario de la presa. Es indispensable
que los miembros de este grupo estén familiarizados con obras de
esta naturaleza y con los mecanismos de fallas en obras hidráulicas.
Es muy conveniente que haya un representante de FUNVISIS en este grupo.
-
Es conveniente tener en el sitio, un adecuado
sistema de comunicaciones.
Procedimiento a seguir
En caso de que ocurra un sismo con magnitud
5 ó mayor en la escala Richter, en un radio de 100 km del sito de
presa, o inclusive, si no ha sido reportado con esa magnitud, pero el movimiento
ha demostrado ser fuerte y que pueda haber originado algún daño
a las obras, deberá procederse de la manera siguiente:
-
Comunicarse con FUNVISIS para que informe
sobre la magnitud del sismo, y en caso de que haya acelerógrafos
en la obra, para que haga la lectura e interpretación de los registros.
-
Efectuar las lecturas de todos los instrumentos
instalados en la obra.
-
Efectuar una inspección detallada
de todas las obras para lo cual se sugiere utilizar, como guía,
las planillas de "Inspección de Presas en Caso de Sismos" que se
presenta al final del escrito
-
Notificar al grupo de evaluación
de daños, para que se traslade lo más pronto posible al sitio,
con la finalidad de realizar una evaluación técnica apropiada
de la extensión de los daños y el peligro que éstos
representan.
-
Si alguna de las estructuras, se encuentra
dañada, o se observa una falla en la presa, y el personal de vigilancia
no ha podido comunicarse con sus superiores, se deberá proceder
de acuerdo a los criterios que se indican a continuación:
-
Evaluar el peligro potencial de la falla
de la presa.
-
Si la falla es considerada inminente, deberá
darse aviso a los cuerpos de seguridad y Defensa Civil, así como
tratar de avisar a los pobladores aguas abajo de las obras, para que se
retiren de las inmediaciones del cauce del río.
-
Deberá abrirse inmediatamente la
descarga de fondo, o la toma, a fin de desaguar el máximo caudal
posible, pero debe verificarse primero que estén en buen estado,
ya que de otra forma se podría acelerar el rompimiento de la estructura.
-
Una vez que el grupo de evaluación
de daños llegue al sitio, deberá estudiar la información
preparada por el grupo de vigilancia, para luego hacer una inspección
detallada de los sitios críticos. En esta inspección deberán
detallarse los daños observados y su influencia en la seguridad
de las obras. Una vez realizada la inspección, deberá presentarse
un informe detallado, acompañado de las fotos, gráficos y
dibujos que sean necesarios para una mejor ilustración del mismo.
Dicho informe deberá cumplir, sin limitarse a ello, los siguientes
puntos:
-
Características del sismo
-
Cuantificación de los daños.
Conclusiones y recomendaciones.
INSPECCIÓN DE PRESAS EN CASO
DE SISMOS
NOMBRE DE LA
PRESA
|
|
|
|
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|
FECHA
DE INSPECCIÓN: |
HORA: |
|
COTA
DEL EMBALSE: |
|
|
VOLUMEN
ALMACENADO: |
|
|
|
|
OPERATIVIDAD DEL
SISTEMA: |
|
TOTAL |
|
PARCIAL |
|
NULA |
|
|
ESTADO GENERAL
DE LA PRESA Y VASO: |
|
SATISFACTORIO |
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PROBLEMATICO |
|
PELIGROSO |
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|
INFORME
GENERAL DE LA INSPECCIÓN: |
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|
NOTA: Este informe consiste en un breve
resumen, que se ampliará con un informe más completo. Es
conveniente acompañar el informe con fotografías
|
INSPECCIÓN
REALIZADA POR: |
|
INSPECCIÓN AL TERRAPLÉN
DE LA PRESA
TALUD AGUAS ARRIBA |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
FRACTURAS |
|
|
|
|
MANCHAS DE HUMEDAD |
|
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DESLIZAMIENTOS |
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REMOLINOS EN EL
AGUA |
|
|
|
|
ASENTAMIENTOS |
|
|
|
|
INDICIOS DE EROSIÓN |
|
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
MOVIMIENTOS DEL
ENROCADO |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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|
|
TALUD AGUAS ABAJO |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
DESLIZAMIENTOS |
|
|
|
|
SIGNOS DE MOVIMIENTO |
|
|
|
|
FRACTURAS |
|
|
|
|
ASENTAMIENTOS |
|
|
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|
MANCHAS DE HUMEDAD |
|
|
|
|
MANANTIALES DE
AGUA |
|
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|
CONDICIONES INUSUALES |
|
|
|
|
MOVIMIENTOS DEL
ENROCADO |
|
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|
OBSERVACIONES GENERALES: |
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CRESTA DE LA PRESA |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
FRACTURAS EN LA
SUPERFICIE |
|
|
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|
ASENTAMIENTOS |
|
|
|
|
DISTORSIONES EN
EL EJE |
|
|
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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ESTRIBO DERECHO |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
PRESENCIA DE MANANTIALES |
|
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|
FRACTURAS |
|
|
|
|
DESLIZAMIENTOS |
|
|
|
|
SALIDA DE ARENAS |
|
|
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|
CONDICIONES INUSUALES |
|
|
|
|
OBSERVACIONES GENERALES |
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
ESTRIBO DERECHO |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
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PRESENCIA DE MANANTIALES |
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FRACTURAS |
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DESLIZAMIENTOS |
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SALIDA DE ARENAS |
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CONDICIONES INUSUALES |
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OBSERVACIONES GENERALES |
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ESTADO DE LA INSTRUMENTACIÓN |
BUEN ESTADO
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DAÑADO
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PIEZÓMETROS |
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INCLINÓMETROS |
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PUNTOS DE NIVELACIÓN |
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ACELERÓMETROS |
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MEDIDORES DE ASENTAMIENTOS |
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OTROS |
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OBSERVACIONES GENERALES: |
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NOTA: En caso de que un instrumento se
haya dañado, indicar su ubicación y características
de los daños
INSPECCIÓN AL ALIVIADERO
CANAL DE APROXIMACIÓN |
SI
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OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
DESLIZAMIENTOS |
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MANANTIALES |
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HUNDIMIENTOS |
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REMOLINOS EN EL
AGUA |
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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MUROS Y CIMACIO |
SI
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OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
GRIETAS EN EL CONCRETO |
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|
DESPLOME DE LOS
MUROS |
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|
SIGNOS DE MOVIMIENTO |
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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RÁPIDO |
SI
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OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
GRIETAS EN EL CONCRETO |
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|
ASENTAMIENTOS |
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|
HUNDIMIENTOS |
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|
SALIDAS DE AGUA |
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DESPLAZAMIENTO
DE TALUDES |
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|
DESPLAZAMIENTOS
EJE |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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|
POZO DISIPADOR |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
GRIETAS EN EL CONCRETO |
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|
DESPLAZAMIENTO
DE MUROS |
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|
ARRASTRE DE FINO
EN DRENES |
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|
EXCESO DE AGUA
EN DRENAJES |
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|
PRESENCIA DE AGUA
TURBIA |
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES: |
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|
OBRAS DE TOMA Y DESCARGA DE FONDO
ESTRUCTURA DE ENTRADA
(Si está visible) |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
FRACTURAS EN EL
CONCRETO |
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|
DESLIZAMIENTOS
EN EL ÁREA |
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|
PRESENCIA DE REMOLINOS |
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|
|
HUNDIMIENTOS |
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|
INDICIOS DE EROSIÓN |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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CÁMARA DE
COMPUERTAS |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
FRACTURAS EN EL
CONCRETO |
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|
FUGAS DE AGUA DETRÁS
DE LA COMPUERTA |
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|
|
|
BUEN ESTADO DE
LAS
COMPUERTAS |
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|
BUEN ESTDO DE LOS
EQUIPOS MECÁNICOS |
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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|
ESTRUCTURA DE SALIDA |
SI
|
OBSERVACIÓN
|
NO |
OBSERVACIÓN
|
GRIETAS EN EL CONCRETO |
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|
ASENTAMIENTOS |
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|
SALIDAS DE AGUA |
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|
DESPLAZAMIENTOS
EN EL
ALINEAMIENTO |
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|
DESPLAZAMIENTOS
EN LOS
TALUDES |
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|
CONDICIONES INUSUALES |
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|
OBSERVACIONES GENERALES |
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VASO DE ALMACENAMIENTO
COTA DE AGUA EN EL EMBALSE m
PRESENCIA DE DESLIZAMIENTOS |
SI |
|
NO |
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|
DESCRIPCIÓN DE CADA DESLIZAMIENTO
CON INDICACIÓN DE SU UBICACIÓN
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NOTA: Cada deslizamiento debe ser fotografiado
e identificado en un plano |