1. No category

SEGURIDAD SISMICA
DE PRESAS
Dr Alberto Jaime P1
Dr Venancio Trueba L2
1 Investigador, Instituto de Ingeniería, UNAM
2
Ingeniero Consultor
“La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85”
CICM, SMIE, SMIG, SMIS
México D F, Septiembre 14 de 2015
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
CONTENIDO
1. ANTECEDENTES
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
3. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE
ALGUNAS PRESAS DE MÉXICO
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
5. CONCLUSIONES
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
1. ANTECEDENTES
Se distinguen tres tipos de seguridad en las presas:
1) Seguridad Física ante ataques premeditados que buscan
destruirlas o vandalismo
2) Seguridad Industrial. Medidas y acciones para que el personal
realice la operación y mantenimiento en condiciones confiables e higiénicas
3) Seguridad de Presas. Determinación: periódica de las
condiciones estructurales u operacionales de una presa o de alguna de sus
partes durante su funcionamiento normal; de emergencia en condiciones
de eventos extraordinarios, tales como: sismo, avenidas, etc.
Tal determinación se hará con inspecciones y estudios cuyos alcances
dependerán de si es periódica de funcionamiento normal, o después de un
evento extraordinario.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
1. ANTECEDENTES
En esta presentación se hará una revisión de las
causas de fallas en presas y de su comportamiento
sísmico.
Se ilustrarán algunas fallas ocasionadas por sismo en
diferentes tipos de presas a nivel mundial.
También se revisará el comportamiento sísmico de
algunas presas de México, junto con los
procedimientos de análisis y diseño sísmico
empleados.
El enfoque es el de seguridad de presas
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
1. ANTECEDENTES
TIPOS DE PRESAS o CORTINAS:
1) RÍGIDAS: Mampostería (gravedad, con
contrafuertes); concreto (gravedad, con
contrafuertes, arco, arco gravedad)
2) FLEXIBLES: homogénea de tierra, materiales
graduados, enrocamiento con corazón
impermeable, enrocamiento con cara de
concreto
3) MIXTAS: combinación de rígida con flexible.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
2.1 PRESAS DE CONCRETO
No se conoce de fallas de presas de concreto gravedad o de
arco importantes. Algunas han sufrido daños bajo sismos
cercanos y de magnitud Richter mayor de 7.
Presas con contrafuertes o con vertedores controlados que
funcionan como tales, sí han presentado daños severos
Shih Kang Dam
Taiwan Chi Chi
Earthquake, M 7.6
Sept 21, 1999
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
Concreto gravedad con contrafuertes
Fuente: Nuss Engineering LLC
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
 Grietas horizontales en el
cambio de geometría
 Desplazamiento de bloques
de concreto hacia aguas abajo
 Filtraciones a través de
grietas
 Daños en compuertas
 Las reparaciones en 1991,
incluyeron inyección de grietas
e instalación de anclas
pretensadas.
Fuente: Nuss Engineering LLC
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
Presas de arco
ACCIÓN
DE ARCO
TRANSMISIÓN A LOS
EMPOTRAMIENTOS
TRANSMISIÓN A
LA CIMENTACIÓN
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
Concreto arco gravedad
Han fallado empotramientos
o laderas. Aceleraciones
medidas superiores a 1g la
presa no sufrió daños
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
presas de tierra
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
2.2 PRESAS DE TIERRA
Lower San Fernando Dam
Lower Van Norman Reservoir Dam, Feb 10, 1971
Falla por licuación de los
materiales de la cortina
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
http://earthquake.usgs.gov/learn/publications/la-damstory/
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
Lower San Fernando
Dam and/or
Lower Van Norman
Reservoir Dam,
Feb 10, 1971
http://earthquake.usgs.gov/learn/publications/la-damstory/
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85. La Ingeniería
(14 septiembre
A Jaime
P y V Trueba
L
Civil a2015)
30 años de los
sismos
del ´85.
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
(藤沼ダム
La presa Fujinuma JAPÓN falló el 11 de marzo, 2011,
25 min después del sismo de Tohoku. Desparramó el
agua sobre la cortina, probable pérdida de bordo
https://youtu.be/dnGRpu1ZBDM
libre por asentamiento.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fujinuma_Dam
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
NEPAL
sismos de
2015
Deslizamiento de
laderas al vaso
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
2. FALLAS DE PRESAS POR SISMO
PRESA ZIPINGPU CHINA ENROCAMIENTO CON
CARA DE CONCRETO H =156 m
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
3. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE ALGUNAS
PRESAS DE MÉXICO
H = 152 m
Mediciones del Infiernillo.
Asentamientos
permanentes
CM 1.5 cm
CC
CM
Contornos de deformación irrecuperable
SISMO 1985
CC 11 cm
Desplazamientos sísmicos 14/feb/1979
Z
Y
La
Villita
F
La Ingeniería Civil a 30 años de los(cm)
sismos del ´85.
ASENTAMIENTOS
AX
AZ
0.34g 0.40g 0.33g
(14 septiembre 2015)
http://www.ecp.fr/files/content/sites/mssmat/files/logiciels/gefdyn/799_815%20Sica.pdf
AY
A Jaime P y V Trueba L
3. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE ALGUNAS
PRESAS DE MÉXICO
Comportamiento de La Villita
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
http://www.ecp.fr/files/content/sites/mssmat/files/logiciels/gefdyn/799_815%20Sica.pdf
A Jaime P y V Trueba L
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
La Comisión Nacional de Irrigación, (CNI,1926) inicia la
construcción de presas del México Moderno; sin embargo,
existen presas de los siglos XVI al XIX y muchas del
período 1880 - 1920.
Se construían con mampostería, de gravedad o
contrafuertes; así como de enrocamientos y tierra con
muros de mampostería como elemento impermeable y de
tierra compactada con sección homogénea.
A partir de 1946, con la SRH, las presas se construyeron
de materiales graduados; tierra homogénea; enrocamiento
con cara de concreto; de mampostería; secciones mixtas
con mampostería o concreto y terraplén; de concreto
gravedad y arco, y de concreto rodillado.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
Criterios de diseño de presas de tierra en México,
entre 1944 y 1959 (Marsal y Benassini,1959):
• Análisis de estabilidad de taludes (construcción y operación)
método sueco.
• Se considera la acción del flujo de agua establecido y el
vaciado rápido.
• En zonas sísmicas método seudoestático de estabilidad con
aceleración de 0.10g en sentidos vertical y horizontal.
• El uso del corazón impermeable inclinado se considera
inaceptable en las regiones sísmicas por el peligro de
agrietamientos que pudiera provocar el reacomodo de la
roca ante la acción de un temblor intenso
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
En 1969, Benassini y Casales reportan que los criterios de
diseño son los anotados antes, solo cambian los coeficientes
sísmicos entre 0.05g y 0.15g según la región sísmica del país.
En 1975, Marsal y Reséndiz presentan en su libro, métodos de
análisis por elementos finitos en condiciones estáticas y
dinámicas. El diseño sísmico se hace considerando la ocurrencia
de los probables sismos en el sitio y las condiciones del mismo.
Se hace notar que desde 1959 se insiste en la necesidad de
instrumentar las presas para la medición de distorsiones de los
taludes y asentamientos de la cortina, la colocación de
acelerógrafos, piezómetros e inclinómetros, lo cual se hizo en
varias presas. Con estos datos se han retroalimentado los
modelos y mejorado los métodos de diseño de las presas.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
Sismos para análisis y diseño de presas
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
4. SEGURIDAD SÍSMICA DE PRESAS
El Consultivo Técnico de la CONAGUA establece un operativo en caso
de sismos, que consiste en hacer visitas de inspección de emergencia
a las presas, si ocurre un sismo con una magnitud Richter mínima ML a
una distancia en un radio R.
ML
4
5
6
7
 8
R (km)
25
50
80
125
200
Además, se están elaborando tres normas NMX
PROY-NMX-AA-XXX-SCFI-2015
Operación Segura de Presas partes 1, 2 y 3
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
5. CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO SÍSIMICO DE PRESAS DE CONCRETO
Las presas de concreto, excepto las de contrafuerte, se comportan
bien, en general, durante los sismos, se pueden tener:
GRIETAS
• horizontales en los cambios de rigidez de la cortina;
• agrietamientos en las estructuras de control de compuertas;
• en bordillos, parapetos, o en estructuras adosadas tales como
casetas de guardia o control.
FILTRACIONES Y FUGAS
• las fugas de agua en la cortina aumentan poco después del sismo;
• algunos macizos o formaciones rocosas, de los empotramientos o
cimentación, han experimentado aumento de filtraciones después
del sismo.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
5. CONCLUSIONES
Presas de concreto
• No hay amplificación de la aceleración entre la
base de la presa y su corona.
• En 3 presas aceleraciones superiores a 2g, en
todos los casos sismos con epicentro cercano y de
foco poco profundo:
– Pacoima presa de arco (USA), 2.3g
– Kasho presa de gravedad (Japan), 2.05g
– Takou presa de gravedad (Japan),2.04g
• Los daños son leves aún con múltiples ciclos.
• Las réplicas de alta intensidad no han causado
daños adicionales.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
5. CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO SÍSIMICO DE PRESAS DE TIERRA
• Se comportan bien en general durante los sismos
• Pueden presentar algunas grietas
• Algunos macizos o formaciones rocosas han experimentado
aumento de filtraciones después del sismo
• La licuación ha ocurrido en presas de poca altura, de arena y
limos saturados, y en los suelos de cimentación de algunas.
EXHIBEN ASENTAMIENTOS PERMANENTES
• La presas de El Infiernillo y La Villita, por ejemplo, han
registrado asentamientos irrecuperables de algunas decenas
de cm por acomodo de los enrocamientos, sin detrimento de
su seguridad
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
5. CONCLUSIONES
Los
asentamientos
permanentes
pueden
provocar una pérdida de bordo libre inaceptable
que se puede solucionar sobreelevando la
cortina o construyendo parapetos.
Finalmente, en México, las presas bajo
condiciones
sísmicas
han
tenido
un
comportamiento satisfactorio, dentro de lo
esperado. En pocos casos ha habido algunas
fallas de carácter local.
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L
La Ingeniería Civil a 30 años de los sismos del ´85.
(14 septiembre 2015)
A Jaime P y V Trueba L