A3MUFR_3

Detección de anomalías geotécnicas en presas mediante revisiones
visuales
Geotechnical anomalies detection in dams through visual examination
Rodrigo MURILLO FERNANDEZ1
1Comisión
Nacional del Agua
RESUMEN: El Programa Nacional de Seguridad de Presas, tiene establecidos procedimientos de revisión de presas en
tres niveles, el inicial o diagnóstico visual, el de revisión especializada y el de estudios especiales. En el primer nivel, se
detectan las principales deficiencias o anomalías de una obra mediante su revisión en sitio, con procedimientos
normalizados que permiten una primera clasificación del riesgo. Cuando éste es alto, se procede a una segunda revisión
con personal especializado para confirmar o desechar el diagnóstico y se establecen medidas para mitigar el riesgo y
disminuir las amenazas. En caso de necesitarse, se procede a realizan estudios especiales. Este procedimiento ha
permitido la revisión y clasificación de más de 5300 obras en todo el país, dar prioridad a la atención de las presas,
además de contribuir a elaborar un inventario nacional de presas y bordos para almacenamiento, regulación y control de
avenidas. Se describe brevemente el procedimiento de auscultación con énfasis en los aspectos geotécnicos de interés y
se presentan algunos resultados del estado general de la infraestructura hidráulica nacional.
ABSTRACT: The National Dam Safety Program, has established procedures for revision of dams on three levels, the
initial or visual diagnosis, specialized reviews and special studies. At the first level, the main deficiencies or anomalies are
detected by in-situ review with standardized procedures that allow a first risk classification. When it is high, we proceed to
a second review with specialized personnel to confirm or reject the diagnosis and to establish measures to mitigate risk
and reduce threats. If needed, we proceed to perform special studies. This procedure allows the review and classification
of more than 5300 dams nationwide, prioritize the care of them, and contribute to developing a national inventory of dams
and levees for storage, regulation and flood control. Auscultation procedure is briefly described with emphasis on the
geotechnical aspects of interest and some results of the general state of the national hydraulic infrastructure are
presented.
1 ANTECEDENTES
La Comisión Nacional del Agua (Conagua), tiene
implementado desde hace varios años el Programa
Nacional de Seguridad de Presas (PNSP), que
consiste básicamente en realizar la revisión
estructural y operacional de las presas que se
encuentran en los cauces de propiedad nacional,
como cumplimiento de las atribuciones y
responsabilidades de la Ley den Aguas Nacionales
(DOF, 2004).
Fundamentalmente consiste en revisar en forma
sistemática y periódica las presas principales del
país, principalmente las que se encuentran a cargo
de la Conagua, así como aquellas que se
consideran de importancia por los servicios
económicos y sociales en su región de influencia.
Inicialmente, la Conagua siguió la tradición de sus
predecesoras al publicar las Memorias Técnicas de
las Presas de México (Conagua, 1990-2007), en las
cuales se realiza la descripción general del diseño y
características geométricas y constructivas de más
de 300 presas construidas desde la década de los
años 50 del siglo pasado. A partir de ese acervo, se
encomendó a la Gerencia del Consultivo Técnico de
la Conagua, integrada por personal técnico experto
en presas, el seguimiento del comportamiento de
algunas de las obras cuya respuesta a solicitaciones
era diferente a la normal o que por sus
características de diseño y construcción requerían
un seguimiento especial.
Con el paso del tiempo y por la necesidad de la
institución de evaluar cada vez más obras en
operación, se amplió la base de presas bajo
vigilancia, sobre todo desde los aspectos geotécnico
e hidrológico. Además, en cada ocasión en que una
presa, de cualquier tamaño, descargaba por su
vertedor en forma abundante o intempestiva, los
usuarios o las autoridades locales, se dirigirían a la
Conagua para solicitar asesoría o apoyo, por ser la
institución con los conocimientos y la experiencia
para atender las incidencias, anomalías o eventos
extraordinarios, además de ser la autoridad
responsable de vigilar el funcionamiento hidráulico
de los cauces y vasos federales.
Por estos antecedentes, se desarrolló una base
de datos (Conagua, 2014) y los procedimientos de
revisión y evaluación de la infraestructura hidráulica
de almacenamiento, control y protección contra
inundaciones, basados en metodologías del Bureau
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
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Detección de anomalías geotécnicas en presas mediante revisiones visuales
of Reclamation de los Estados Unidos (Conagua,
2000), adaptados a las características nacionales.
De esa forma se estableció el PNSP, que
comprende la evaluación de las presas nacionales
básicamente con la revisión física de las estructuras,
analiza su comportamiento y establece calificaciones
de riesgo.
2 PROCEDIMIENTO DE REVISIÓN Y
EVALUACIÓN
La Conagua y antecesoras han construido casi la
tercera parte de las 5166 presas del Inventario
Nacional de Presas (Arreguín et al, 2013), opera
directamente más de 400 grandes presas
estratégicas y participa en la conservación de una
parte importante de la infraestructura nacional de
almacenamiento y control de avenidas, por lo cual
en general posee información de sus características
constructivas, aunque gran parte de las memorias de
diseño se han perdido.
Normalmente se realiza una revisión inicial o
registro de las estructuras de la presa, para verificar
sobre todo las dimensiones reales de éstas, verificar
si hubo cambios del diseño original o bien registrar
las modificaciones que se han realizado (Conagua
2014). Además se realiza una revisión visual de
cada estructura para establecer las condiciones
físicas y de conservación en ese momento. Estos
procedimientos son los que se describen con mayor
detalle, puesto que de ellos depende la realización
de todas las subsecuentes actividades y se centra
principalmente en las observaciones de personal
técnico capacitado y entrenado. Esta revisión (nivel
I) establece un grado de riesgo inicial como nulo,
bajo, medio y alto, conforme a la descripción de la
tabla 1. En otras metodologías se define el riesgo
como el costo de los daños asociado a la
probabilidad de que ocurra un evento. Existen otros
métodos para determinar el riesgo con otras
consideraciones; sin embargo éste ha permitido
atender y alertar a los responsables, autoridades y
población con eficacia.
Tabla 1. Niveles de riesgo
Nivel
de
Riesgo
Alto
Medi
o
Bajo
Nulo
Descripción
La falla de la obra es muy probable y en caso de
suscitarse, las afectaciones incluyen la pérdida de
vidas humanas o daños ambientales graves
La falla de la obra es probable y en caso de
suscitarse, las afectaciones serían principalmente
materiales y ambientales limitadas
La falla de la obra es poco probable y en caso de
suscitarse, las afectaciones materiales serían
escasas y limitadas a la obra
No hay riesgo de falla
Cuando se reporta riego alto o medio con
consecuencias en la infraestructura, se proporcionan
medidas inmediatas para reducir los peligros o las
posibles consecuencias de una descarga súbita de
agua. Además se realiza una revisión de nivel II, con
especialistas del área del conocimiento de las
anomalías detectadas, como pueden ser geológica,
geotécnica, estructural, electromecánica, hidráulicahidrológica, funcional, sanitaria, etc., la cual puede
ratificar o rectificar el diagnóstico inicial de peligro
(Figura 1).
Figura 1. Revisión nivel II de una presa, con expertos.
En caso de confirmación, se establecen medidas
sobre todo operativas para limitar las amenazas y
disminuir la posibilidad de daños; además,
normalmente se establece un programa de vigilancia
y se realizan estudios de evaluación para establecer
las medidas necesarias para que la presa retorne a
una condición de riesgo menor, mediante acciones
operativas o estructurales; a estos trabajos se les
conoce como revisión de nivel III.
Al realizar el diagnóstico en cualquiera de los
niveles (Figura 2), se establecen medidas de
seguimiento y atención de las deficiencias que se
hayan registrado. Estos procedimientos se
encuentran establecidos en el Manual de
Procedimientos de la Conagua.
3 REVISIÓN
La revisión de las estructuras es efectuada conforme
a los procedimientos establecidos en el Manual para
la Capacitación en Seguridad de Presas y otras
regulaciones internas de evaluación hidrológica, así
como procedimientos de diseño y construcción.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
MURILLO FERNANDEZ R.
3.1 Cortinas
La revisión de estructuras, sobre todo las cortinas,
es realizada recorriendo la estructura por su corona
y taludes en zigzag, tanto el de aguas abajo, como
el de aguas arriba hasta donde el nivel del agua lo
permita, así como los contactos con las laderas y
empotramientos. Durante este recorrido se registran
las deformaciones, como protuberancias o
depresiones, discontinuidades tales como grietas
con y sin desplazamiento entre labios, erosiones,
presencia
de
madrigueras
y
vegetación,
desprendimientos o dislocaciones de elementos
rígidos. Parte importante de esta revisión es la
detección de filtraciones en la cara aguas abajo, su
caudal y es necesario registrar su variación con el
nivel del embalse, así como la turbiedad o coloración
(agua zarca), posibles arrastres y deposiciones de
partículas u óxido aguas abajo de los sitios en que
emergen (Figura 3).
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es que la revisión de las caras visibles de la cortina
es tan importante. Conviene considerar que por lo
general aparecen signos de inestabilidad mediante
la aparición de grietas, inicialmente sin diferencia de
elevación entre labios y posteriormente, sin no se
toman medidas de remediación inmediatas, ocurre
un aumento de separación, escalón entre los lados
de la grieta y un deslizamiento (Figura 4).
Figura 4. Agrietamiento y deslizamiento de la chapa de
enrocamiento
Figura 2. Tipos de revisión de las presas
Figura 3. Filtración con arrastre de sólidos al pie de una
cortina
La mayor preocupación de la ingeniería de presas
es que ocurra un deslizamiento de taludes, por ello
Algunos deslizamientos pueden ser a través de
superficies planas y otros profundos en forma
cilíndrica o bien combinaciones. Es conveniente
tener
en
cuenta
que
los
agrietamientos
longitudinales en la corona de las cortinas pueden
deberse a la diferente deformabilidad de los
materiales (núcleo-filtros-respaldos) o entre zonas
compactadas y otras con escasa compactación en el
talud, y no necesariamente a un deslizamiento. Esta
diferencia solo es posible dilucidarla con análisis por
expertos.
Desafortunadamente
gran
parte
de
la
auscultación puede ser obstaculizada por la falta de
conservación que permite el crecimiento de la
maleza en las superficies de la cortina.
Tradicionalmente se instrumentan las cortinas de
las grandes presas con dispositivos de la última
generación para detectar desplazamientos y
registrar esfuerzos. Esto es cierto para toda gran
presa apegada a la definición de la ICOLD
(International Commission On Large Dams), es
decir, aquellas mayores de 15 m de cortina que por
lo común almacenan varios millones de metros
cúbicos. Pero la mayoría de las presas son de
dimensiones menores, entre los 5 y los 15 m de
altura de cortina y se instrumentan solo con líneas
de testigos superficiales en dos sentidos, los cuales
se miden al inicio de la operación y si todo sucede
normalmente, se les da seguimiento a los
desplazamientos y asentamientos uno o dos años.
Por otro lado, existen pocos técnicos en nuestro
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Detección de anomalías geotécnicas en presas mediante revisiones visuales
medio capaces de interpretar adecuadamente los
resultados de una instrumentación básica de
monumentos superficiales y menos aún de
instrumentos altamente especializados. Por esta
razón se ha considerado que las auscultaciones
visuales que se realizan en el programa, han
permitido tomar las medidas para reducir
afectaciones a la población, sobre todo en las
épocas de avenidas. Sería ideal contar con la
instrumentación en todas las presas.
Aunque se da énfasis en este trabajo a los
aspectos geotécnicos, es importante indicar que una
tercera parte o más de las fallas en presas ocurre
por rebase de avenidas sobre la corona (Murillo,
2012) y aunque no existe la costumbre de reportar
este tipo de rupturas debido a que muchas veces
son provocadas por los usuarios al obstruir el
vertedor en su afán de almacenar un poco más de
agua, es posible apreciar en la corona de las presas
y talud seco, la erosión que produce un derrame
sobre la corona (Figura 5).
Figura 6. Tubificación recurrente en cortina, Coah.
Figura 5. Cortina erosionada por rebase de la avenida
La existencia de madrigueras de roedores u
hormigas, también puede debilitar la estructura del
terraplén y aunque no se ha comprobado que ésta
haya sido la causa de alguna ruptura, sí debilita las
cortinas.
Se considera conveniente indicar que por ser gran
parte de nuestro territorio semidesértico, existen
amplias regiones en las cuales los suelos
abundantes son limos arenosos y escasas las
arcillas, por lo cual, ante la necesidad de almacenar
y conservar agua para todos los usos, se construyen
bordos e inclusive presas con ese tipo de suelos.
Estos materiales son susceptibles a erosionarse
superficialmente en forma fácil, lo cual es detectable
por las cárcavas y torrenteras que son visibles, pero
también son muy fácilmente erosionables en el
cuerpo del terraplén, lo cual favorece fallas por
tubificación, que han llegado a representar la quinta
parte comprobada de las rupturas de cortinas en
nuestro país (Figura 6).
Figura 7, Filtraciones
mampostería, Chihuahua.
en
una
cortina
de
En el caso de cortinas rígidas, si bien no es
posible realizar un recorrido por ambos paramentos,
en cambio es fácilmente detectable las filtraciones
en el talud aguas abajo, así como agrietamientos y
dislocaciones entre monolitos cuando son de
concreto convencional. Las filtraciones a través de la
cimentación son registradas de forma similar a las
cortinas de tierra y enrocamiento (Figura 7).
Además, la revisión de las galerías y sistemas de
drenes permiten tener una visión del estado interno
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MURILLO FERNANDEZ R.
de las cortinas, ya que la existencia de grietas y
filtraciones
a
presión
representan
siempre
situaciones desfavorables en la seguridad de las
presas.
Otras estructuras rígidas en contacto con el
terraplén, acusan en muchas ocasiones una
separación debido a su diferente deformabilidad, y
son una vía preferencial para las fugas de agua con
las consecuentes erosiones que terminan por
destruir las cortinas, estas situaciones ocurren entre
los materiales de la cortina, los vertedores (Figura
8), obras de toma y desagües de fondo.
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desalojar los caudales de ésta y resulta sumamente
peligrosa su obstrucción.
Foto 9. Medición de grietas en la ladera de un vaso en
Oaxaca
Figura 8. Obra de toma agrietada que causó la ruptura de
la cortina en Sinaloa.
La cortina representa la estructura principal de las
presas, ya que sin ella no existe la obra y su ruptura
es la que provoca los mayores daños, pero también
es la estructura básica sin la cual no es posible
contener el agua e impide proporcionar los servicios
de abastecimiento de agua para uso doméstico,
riego, abrevadero o piscicultura por citar los usos
más comunes. Por lo anterior es la estructura que
más se revisa, instrumenta, monitorea y conserva.
Sin embargo, otras estructuras también deben ser
revisadas.
Entre las observaciones que deben realizarse en
esta estructura destacan: su posible obstrucción
para almacenar más agua o sobreelevación de su
cresta, lo que limita su capacidad de descarga.
Además, es importante consignar el estado de su
cresta y canales de entrada y descarga o rápida
para detectar desprendimientos, dislocaciones o
sobre todo erosiones por el flujo de agua, las cuales
rápidamente pueden evolucionar como erosión
regresiva y provocar un tajo en la cortina
produciendo una avenida sin control que puede
producir resultados funestos (Figura 10).
3.2 Vaso
El comportamiento de las laderas de la presas
durante los primeros llenados sobre todo, pero
también cuando se reduce el nivel de agua de forma
rápida, debe ser observado, ya que pueden ocurrir
agrietamientos y deslizamientos que provoquen
graves consecuencias por oleaje (Figura 9). Aunque
esta situación no es frecuente, en época de lluvias
suelen ocurrir en el país movimientos de masa como
el ocurrido en de San Juan de Grijalva, Chis., con
graves consecuencias.
3.3 Vertedor
El vertedor de excedencias representa la válvula de
seguridad hidráulica de la presa ante una avenida de
gran magnitud, por lo cual debe ser capaz de
Figura 10. Erosión regresiva en la descarga del vertedor
En los vertedores controlados, el buen
funcionamiento de los sistemas eléctrico, mecánico y
estructural son indispensables, por lo cual durante
una revisión visual, debe verificarse que todos los
mecanismos estén funcionales, que la alimentación
eléctrica opere y su respaldo de emergencia esté
siempre disponible. En estos casos, la redundancia
de equipos es indispensable.
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Detección de anomalías geotécnicas en presas mediante revisiones visuales
3.4 Otras estructuras
Resulta de importancia también, el funcionamiento
de las obras de toma y sus mecanismos, ya que si
quedan inoperables, no es posible extraer el agua lo
que impide dar el servicio, pero además provoca
almacenamientos no aprovechables que puede
favorecer frecuentes descargas por encontrarse
lleno el vaso.
Algunas instalaciones como son las casetas de
operación, redes y subestaciones eléctricas son
también de importancia, pero una infraestructura que
a veces se olvida y que es de mayor importancia es
el acceso a las instalaciones mediante caminos y
rutas siempre accesibles, aún en las situaciones
más desfavorables como tormentas o ciclones, para
poder operar la toma y el vertedor en caso de ser
controlado con compuertas.
La información registrada en cada una de las
estructuras de las presas es consignada en formatos
específicos para su posterior análisis y acopio en
una base de datos.
almacenamiento y control de avenidas del país,
estableciendo cuáles son seguras y cuáles no. Este
diagnóstico permite vigilar con mayor atención
aquellas que tiene las mayores deficiencias y
representan un peligro para la sociedad, para
jerarquizar su atención.
Los resultados de las revisiones proporcionan a
los responsables, no solo un diagnóstico inicial,
especializado o formal de las condiciones de las
presas,
sino
recomendaciones
para
su
rehabilitación, mejora o para aplicar medidas de
mitigación de riesgo.
4 PRINCIPALES RESULTADOS
Las revisiones de prácticamente toda la
infraestructura nacional arroja que la gran mayoría
de las presa se encuentra en condiciones seguras, si
bien les falta mantenimiento a muchas de ellas. En
algunas obras, al disponer de una mayor cantidad
de datos hidrometeorológicos, se han diagnosticado
en riesgo por insuficiencia del vertedor (Figura 11),
por lo cual se ha establecido medidas operativas de
control de almacenamiento para tener una mayor
capacidad de regulación. Un grupo pequeño de
obras se encuentra estructuralmente dañadas o bien
han envejecido, por lo cual se aplican medidas de
mitigación. La situación preocupante es aquella en la
que las presas se encuentran en buen estado
estructural y su funcionamiento hidrológico es el
adecuado, pero por falta de un ordenamiento
territorial adecuado, los antiguos cauces y los vasos
se han ocupado con casas y otras instalaciones, por
lo cual la exposición de la población a posibles
descargas normales por el vertedor los convierte en
susceptibles de ser afectados.
La recopilación sistemática de información,
permite contar con un inventario actualizado de la
infraestructura nacional de almacenamiento, control
de avenidas y protección contra inundaciones, la
cual favorece el análisis del estado de las presas a
niveles nacional y regional.
5 CONCLUSIONES.
Mediante la revisión visual de presas, se ha
evaluado inicialmente la mayor parte de las obras de
Foto 11. Presa con riesgo hidrológico
REFERENCIAS
Arreguín F., Murillo R. y Marengo H. (2013).
“Inventario Nacional de Presas”, Revista
Tecnología y Ciencias del Agua, vol. IV, núm. 4,
septiembre-octubre de, pp. 179-185, México
DOF (Diario Oficial de la Federación) (2004). Ley de
Aguas Nacionales. México.
Conagua (1990 – 2007), Memorias de Presas,
Volúmenes I a XIX, Gerencia del Consultivo
Técnico, Subdirección General Técnica, México.
Conagua (2000). Manual para capacitación en
Seguridad de Presas (traducción autorizada de
United
States
Bureau
of
Reclamation),
Subdirección General Técnica, Gerencia de
Ingeniería Básica y Normas Técnicas, México.
Conagua (2014). Sistema Informático de Seguridad
de Presas, Subdirección General Técnica,
Gerencia del Consultivo Técnico, México.
www.conagua.gob.mx
Trámites y servicios /
Aguas Nacionales / Sistema de Seguridad de
Presas.
Murillo R. (2012).”Presas de tierra y sus fallas”,
Memorias XXVI Reunión Nacional de Mecánica
de Suelos e Ingeniería Geotécnica, Noviembre,
Cancún, Quintana Roo. México.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.