1. Ciencia

REVISIÓN Y ANÁLISIS DE 51 PRESAS EN LA CUENCA BALSAS, INSPECCIÓN DE
SEGURIDAD NIVEL I
Briseño Ramiro Rafael Antonio
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Paseo Cuauhnáhuac 8532, Progreso, Jiutepec, Mor. 62550. México
[email protected]
RESUMEN
Las presas son una de las obras hidráulicas más grandes de la ingeniería humana. La mayoría de
están cerca de su vida útil, en diversos casos han sido olvidadas por los usuarios, y sólo se
realizan reparaciones mínimas indispensables para su operación con el riesgo de presentarse una
falla. La falla de una presa representa una catástrofe potencial de destrucción, la avenida no
controlada del embalse puede llevar una fuerza capaz de destruir todo a su paso, ante esto surgió
la necesidad de desarrollar un amplio programa nacional de seguridad de presas. Desde hace más
de treinta años se realiza la inspección visual (nivel I), como una medida preventiva, que tiene
como fin el conocer las características de los componentes de las presas, el estado físico y
funcional en que se encuentran, los cambios o modificaciones que puedan representar un peligro
de afectación a la propia presa, a la población, sus bienes e infraestructura ubicada aguas abajo.
Por tal motivo, la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) a través del Organismo de Cuenca
Balsas (OCB) asignó al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), la inspección de 51
presas distribuidas en tres estados (Guerrero 18, Michoacán 16 y Puebla 17). Se presenta la
metodología utilizada de acuerdo a los lineamientos de la CONAGUA y sus posibles medidas para
mejorar la seguridad de las presas. Se detectó una presa de riesgo alto; 7 presas de riesgo medio;
27 presas de riesgo bajo y 16 presas de riesgo nulo.
INTRODUCCIÓN
La infraestructura hidráulica localizada en la Región Hidrológica No. 18 Balsas incluye presas y
bordos, las cuales durante la temporada de lluvias, pueden representar situaciones de peligro de
falla en sus estructuras y, en consecuencia, daños a la población, a sus bienes e infraestructura
ubicada aguas abajo, susceptible de resultar afectada en caso de un vertido normal,
desbordamiento, por incapacidad de la obra de excedencias y ruptura o falla total de la cortina. El
peligro de falla se incrementa por el envejecimiento, el diseño inadecuado y la falta de
conservación.
Por lo anterior se requiere conocer todas las presas existentes y valorar el estado físico actual en
que se encuentran las cortinas, los diques, los vertedores, los vasos y sus laderas, los equipos
electromecánicos de sus obras de toma y estructuras de control, así como la capacidad de sus
obras de excedencias ante eventos hidrometeorológicos extremos.
METODOLOGÍA
Recopilación de información
Los especialistas del IMTA contactaron a las tres Direcciones Locales de la CONAGUA y
recopilaron la información existente de utilidad para el desarrollo de los trabajos. Se utilizó el
Sistema de Seguridad de Presas (Murillo, 2012) para bajar los archivos *.kmz y georreferenciar en
el programa de Google Earth las presas a inspeccionar; se programó las rutas y el plan de trabajo
para las visitas de inspección a las presas (CONAGUA, 1999).
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Se revisó el informe previo para familiarizar a los miembros del equipo de inspección con las
características generales del proyecto (20 presas no se habían inspeccionado). Antes de la visita a
cada presa, se revisó las vías de comunicación (rutas de acceso, tiempo de traslados, población
más cercana) y se contactó al personal encargado para que nos acompañe en la inspección y nos
aporte información de interés. Sobre todo se dio seguimiento a las anomalías encontradas en la
inspección previa y, si aplica, el estado en que se encuentra las acciones de remediación que
fueron encomendadas (Bonola Alonso & Avilés López, 2007).
Visita de inspección
La brigada de inspección está compuesta por dos o tres ingenieros. Al llegar a la obra se tomaron
las coordenadas al centro de la cortina con un equipo de posicionamiento global (GPS), se recabo
información de campo, que permita planear los trabajos de conservación, se efectuaron los
recorridos por toda el área de la corona, taludes o paramentos aguas arriba y aguas abajo; galerías
y túneles de inspección y drenaje; laderas de empotramiento; embalse y el terreno aguas abajo de
la cortina; por los vertedores y obras de toma. Se revisaron los mecanismos electromecánicos de
obras de toma y obras de control; esto con la finalidad de detectar o descartar anomalías en dichas
estructuras e instalaciones.
Se utilizó cámaras digitales fotográficas con GPS (se recomiendan las fotografías que
proporcionan la coordenada geográfica para localizar las anomalías en el plano). Se elaboró un
croquis de las principales estructuras (en caso de no llevar un plano de la obra); se midieron las
dimensiones geométricas de los componentes de la presa (se recomienda equipo topográfico o de
forma práctica se puede utilizar un estadal, nivel de mano y cinta métrica); se registró las
dimensiones de la anomalía en las notas; se tomó una fotografía como evidencia y se describieron
sus características; se localizó la anomalía en el croquis y se tomaron sus coordenadas para
registrar la ubicación exacta.
El día de la visita es importante relacionar el nivel del embalse con los niveles de la corona y de la
cresta del vertedor, en caso de no existir una escala de nivel se procedió a medirlo físicamente.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Derivado de la recopilación de información, se muestra la distribución de las 51 presas a
inspeccionar dividida en tres estados (Ilustración 1) y de acuerdo con la regionalización sísmica de
la República Mexicana, el 22 % de las presas se encuentran localizadas en la zona C (alta) y el 78
% en las zonas B y C (media), lo que indica que la cortina está sujeta a empujes estáticos y
dinámicos (por sismos) posiblemente no considerados en el diseño original.
Ilustración 1. Entidad donde se ubica
Ilustración 2. Clasificación de acuerdo a la
regionalización sísmica
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En la Ilustración 3 refleja que el 96% de las presas tiene una antigüedad de más de 20 años, lo que
significa que los criterios hidrológicos de diseño han cambiado y a la fecha presentan problemas
serios por azolvamientos; 1 presa fue construida por particulares en la primera década del siglo XX;
5 presas en la época de la Comisión Nacional de Irrigación (CNI, 1926-1946), 23 presas
terminadas en la época de la Secretaría de Recursos Hidráulicos y/o Secretaría de Agricultura y
Ganadería (SRH, 1947-1976); 20 presas en la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos
(SARH, 1977-1994) y 2 presas en el último período que administra la CONAGUA (1994-2014). En
la ilustración 4 se muestra que el auge de las presas fue en el período de la Secretaría de
Recursos Hidráulicos. La dependencia o empresa a cargo del diseño, supervisión y construcción
de una presa es una pieza clave, ya que en la mayoría de ellas, existen compromisos políticos y
sociales que pueden afectar la calidad requerida.
Ilustración 3. Periodo de construcción
Ilustración 4. Dependencia o Institución a cargo
Las presas fueron construidas para muchos fines útiles, y esto se correlaciona con la altura de la
presa (ilustraciones 5 y 6), en este caso actualmente la principal es riego conformada por presas
derivadoras y de almacenamiento (21 presas), le siguen las de abrevadero (17 presas), las de
riego y abrevadero (6 presas), las de agua potable (3 presas), las reguladoras de avenidas (1
presa) y las de generación eléctrica (3 presas grandes). De acuerdo a la clasificación por altura se
revisaron 7 presas grandes, 29 presas medianas y 15 presas derivadoras.
Se encontró que las presas a inspeccionar, el 63% son de comportamiento flexible (28 presas de
tierra homogénea y 4 presas de materiales graduados) y el 37% son presas rígidas (dividiéndolas
en 4 presas de almacenamiento y 15 presas derivadoras). El tipo de obra de excedencias para las
presas derivadoras fue el cimacio, para las presas de tierra homogéneas fue el tipo lavadero y en
las presas de materiales graduados fue el vertedor de canal lateral (ilustraciones 7 y 8).
Ilustración 5. Uso actual del agua
Ilustración 6. Altura máxima de la cortina
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Ilustración 7. Material y tipo de cortina
Ilustración 8. Tipo de obra de excedencias
Con base en las inspecciones realizadas se generó un informe que sintetiza lo observado en la
visita de inspección a cada presa, se registró de acuerdo con los formatos y metodologías para
poder ser ingresada e incorporada al SISP (CONAGUA, 2013).
Fueron verificadas las condiciones en la zona de influencia de la presa; en particular, invasión de
embalses y localidades cercanas al cauce aguas abajo de las presas mediante las Ilustraciones
proporcionadas por el Simulador de Flujos de Agua de Cuencas Hidrográficas (INEGI, 2013).
Fueron detectadas y reportadas las anomalías (filtraciones inadecuadas con arrastre de sólidos,
grietas, erosiones o insuficiencia hidráulica en vertedores, entre otras), que representan posibles
causas de falla o situaciones de riesgo en las cortinas, obras de control y de toma o cualquier otro
componente. Además, se reportó a juicio del ingeniero el grado de riesgo de la presa con base en
las observaciones y se hicieron las recomendaciones preventivas y/o correctivas correspondientes,
en caso de que esto no sea posible, se recomendó ponerlas fuera de servicio. En las Ilustraciones
9 a la 11, se muestra un ejemplo común de las principales anomalías encontradas para cada
estado, el mayor número de anomalías ocurrieron en las presas de tierra homogénea en su cortina
(guerrero), en las presas derivadoras fue en la cresta vertedora (estado de Michoacán) y en el
estado de Puebla con contaminación e invasión con zonas de cultivos del embalse (IMTA, 2013).
Ilustración 9. Croquis de estructuras y anomalías de una presa de tierra homogénea del estado
de Guerrero
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Ilustración 10. Croquis de estructuras y anomalías de una presa derivadora del estado de
Michoacán
Ilustración 11. Croquis de estructuras y anomalías de una presa de materiales graduados del
estado de Puebla
Para cada presa se consideró una anomalía principal (ilustración 12), donde resultó que el 41 %
corresponde a la estructura de la cortina (21 presas), le sigue el 29 % con anomalía principal
debidas al vertedor (15 presas), 16 % en la obra de toma (8 presas) y el 14 % al embalse (7
presas).
Ilustración 12. Anomalías en la cortina
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En las ilustraciones 13 a la 16 se gráfica el número de presas con dicha anomalía por estructura.
Se detectó 6 presas con erosiones fuertes sobre la corona (deformaciones por el paso de ganado,
cárcavas, asentamientos); en 5 presas se encontró filtraciones (algunas contaban con vertedor de
triangular de aforo); 4 presas estaban totalmente enmontadas con vegetación arbórea; 2 presas
con desbordamientos reduciendo el ancho de la corona; 2 presas con deslizamientos sobre el talud
aguas abajo; una presa con grieta transversal por donde se vacío el embalse.
Las anomalías detectadas en la obra de excedencias, se reportó 5 presas derivadoras con
deterioro en su cresta vertedora; 4 presas con vertedor tipo lavadero con erosión regresiva
(anomalía grave que pone en riesgo la integridad de la obra); tres presas derivadoras con falta de
mantenimiento en sus mecanismos de operación; una presa con azolve y vegetación dentro del
canal de llamada del vertedor; una presa derivadora con grietas y fracturas sobre la cortina
vertedora; una presa que descarga directamente a las calles de una población en el estado de
Puebla.
En la obra de toma se evidenció que 5 presas están abandonadas y sin operar por un tiempo; 2
presas con deterioro del concreto; y una presa con la obra de toma azolvada.
En los embalses de 3 presas se tiene el problema de invasión por zonas de cultivos, ya que no
almacena agua; 2 presas tiene problemas graves de azolves; y 2 presas con descargas de aguas
residuales al embalse (zona conurbada de Puebla).
Ilustración 13. Presas con anomalías en la
cortina
Ilustración 15. Presas con anomalías en la obra
de toma
Ilustración 14. Presas con anomalías en la obra
de excedencias
Ilustración 16. Presas con anomalías en el
embalse
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En los cuadros 1 al 4 se comentan las medidas propuestas para cada anomalía mencionada, con
el fin de mejorar la seguridad de las presas.
Cuadro 1. Anomalías más comunes de la cortina y su posible medida correctiva
Problemática
Diagnóstico
Propuesta
Realizar un proyecto de rehabilitación para corregir
los problemas de asentamientos y erosiones sobre la
Asentamientos,
Erosión
corona y sobre los taludes, considerando los
cárcavas, erosiones
materiales de banco adecuados que aseguren la
estabilidad de la estructura.
Monitorear las filtraciones existentes, relacionándolas
filtraciones al pie del
con el nivel del embalse, para verificar su evolución y
Filtraciones
talud o sobre los
tomar las medidas adecuadas para evitar daños en la
paramentos
estructura.
Eliminar la vegetación baja (arbustos) sin atentar
contra los árboles existentes sobre la cortina, ya que
Vegetación en más del
Vegetación
al secarse, sus raíces que han profundizado en el
50 % de la superficie
terraplén pueden generar grandes oquedades y
problemas de filtración.
Elaborar un estudio hidrológico e hidráulico para
Desbordamientos sobre determinar las dimensiones de la obra de
Desbordamientos
la corona
excedencias a construir, para evitar futuros
desbordamientos.
Si es posible reducción del nivel del embalse.
Pérdida considerable del Reforzar el talud aguas arriba hasta equilibrar el
Deslizamientos
bordo libre.
deslizamiento. Reconstruir removiendo el material
deslizado.
Desconchado de la
Restringir el tráfico, y reparaciones periódicas, que
Deterioro corona carpeta asfáltica a lo
implican un costo de mantenimiento.
largo de la corona
Agrietamientos
Reducción de vida útil
de la cortina o
inestabilidad
Se recomienda reparar tramo de cortina fallado con
material de banco y grado de compactación
adecuado. Si es posible reducción del nivel del vaso;
dejar de operar la presa hasta su rehabilitación.
Cuadro 2. Anomalías más comunes de la obra de excedencias y su posible medida correctiva
Problemática
Diagnóstico
Deterioro del recubrimiento
Deterioro Cresta de la cresta o acero de
refuerzo expuesto
Pérdida progresiva de
Erosión
sección del material
Regresiva
(concreto o mampostería) de
la estructura
Propuesta
Escarificación del concreto dañado y colado de
concreto nuevo, o concreto lanzado, si los daños
son extensos.
Rehabilitar la estructura terminal del vertedor y/o
rellenar de enrocamiento en la zona erosionada y
darle seguimiento rutinario.
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Problemática
Falta de
Mantenimiento
Obstrucción del
Vertedor
Diagnóstico
Propuesta
Realizar un proyecto para rehabilitar el vertedor
que presenta deterioro, considerando que un mal
Falta de mantenimiento en
funcionamiento de esta estructura puede poner en
vertedor y/o compuertas
riesgo la integridad de la presa y poblaciones
aguas abajo.
Limpiar la descarga del vertedor, eliminando los
Azolve y vegetación en el
sedimentos, vegetación, y ramas secas que
canal de llamada o descarga
existan en el canal; efectuar trabajos de
de la obra de excedencias
desmonte.
Grietas
Inestabilidad de la estructura
Si es posible reducción del nivel del embalse,
dejar de operar la presa hasta su rehabilitación.
Descarga
Población
Descarga directa a la
población aguas abajo
provocando inundaciones
(ordenamiento territorial).
Realizar un estudio hidrológico y de inundaciones
para determinar las zonas de riesgo de la
comunidad y buscar una alternativa para que las
descargas del vertedor se conduzcan por donde
no afecten a la población.
Cuadro 3. Anomalías más comunes de la obra de toma y su posible medida correctiva
Problemática
Diagnóstico
Propuesta
Fuera de
Operación
Oxidación por falta de
mantenimiento en los
mecanismos
Evaluar la posibilidad de darle mantenimiento a la obra
de toma para que sus compuertas puedan operar en
caso de alguna emergencia o evento particular
Concreto
Deterioro
Deterioro del
recubrimiento en obra de
toma
Rehabilitar el concreto en las zonas a la salida de la
obra de toma donde está deteriorado a causa de los
vapores generados por el agua residual.
Azolve
Obstrucción a la entrada
de obra de toma por
acumulación de azolve
Evaluar la posibilidad de rehabilitar la obra de toma,
desazolvando y protegiendo la estructura de entrada y
salida, así como rehabilitando o sustituyendo el tren de
descarga (ducto, válvulas, bridas y tornillería) a la
salida.
Cuadro 4. Anomalías más comunes del embalse y su posible medida correctiva
Problemática
Diagnóstico
Propuesta
Invasión de
Cultivos
Embalse con terrenos de
siembra en toda su
extensión
Evaluar la factibilidad de realizar tratamientos de
impermeabilización al vaso para que recupere su
capacidad de almacenamiento y pueda reutilizarse por
un mayor periodo de tiempo en la época de estiaje.
Azolve
Reducción de la
capacidad de
almacenamiento
Sanitaria
Problemas sanitarios y
posibles inundaciones de
aguas residuales.
Realizar un plan de reforestación y conservación de
suelos en la cuenca para disminuir el aporte de
sedimentos al embalse.
Considerar el desarrollo inmediato de un proyecto de
saneamiento de aguas residuales, municipales e
industriales que son descargadas en el embalse de la
presa.
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CONCLUSIONES
En la ilustración 17 se muestra la distribución de problemática para las 51 presas inspeccionadas,
el 55% fue estructural (28 presas), seguido por el funcional con el 33% (17 presas), hidrológico 4 %
(2 presas), ambiental 6 % (3 presas) y 2 % de ordenamiento territorial (1 presa).
En cuanto a la especialidad (ilustración 18), el 64 % requiere de Conservación (33 presas), seguida
por la especialidad de hidráulica (7 presas), Geotecnia (7 presas), Sanitaria (3 presas) y Legal (1
presa).
Los resultados de la inspección relacionados con las condiciones actuales de las presas afectan la
prioridad para rehabilitar o reparar la estructura. Es por eso que los ingenieros clasifican el carácter
de seguimiento en caso de requerir una medida urgente, importante o rutinaria.
En la Ilustración 19 se muestra una gráfica resumen de las inspecciones; fue detectada una presa
de riesgo alto; 7 presas de riesgo medio; 27 presas de riesgo bajo y 16 presas de riesgo nulo. El
67% requiere un seguimiento rutinario, el 29% importante y el 4% urgente.
Ilustración 17. Distribución de la problemática
Ilustración 18. Especialidad requerida
Ilustración 19. Resumen de presas inspeccionadas
Dentro de las anomalías más críticas que requiere un carácter de seguimiento urgente, está una
presa llamada la Carmelita con grietas en el cuerpo de la cortina y el vertedor de la presa las
Cuamilpas que descarga directamente hacia las calles de un poblado.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bonola Alonso, I., & Avilés López, J. (2007). Manual Geotécnico para el Diseño de Presas
Pequeñas. Jiutepec, Morelos: Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.
CONAGUA. (1992). Manual sobre inspección, rehabilitación, mantenimiento y conservación de
presas. México D.F.: Comisión Nacional del Agua.
CONAGUA. (1998). Inspección de presas de tierra. México, D.F.: Comisión Nacional del Agua.
CONAGUA. (1999). Procedimiento de seguridad de presas. México D.F.: Comisión Nacional del
Agua.
CONAGUA. (2013). Procedimiento para la elaboración y envío de informes de seguridad de
presas. México D.F.: Comisión Nacional del Agua.
IMTA. (2013). 51 Inspecciones de seguridad de presas en el Organismo de Cuenca Balsas, año
2013. Jiutepec, Morelos.
INEGI. (2013). Recuperado el 2013, de http://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/#
Murillo, F. (2012). Sistema Informático de Seguridad de Presas (SISP). XXII Congreso Nacional de
Hidráulica, (pág. 5). Acapulco, Guerrero, México.
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