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Artículos universitarios

La vulnerabilidad de las represas: Una amenaza creciente para la vida y la propiedad

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La vulnerabilidad de las represas: Una amenaza creciente para la vida y la propiedad

1a Edición Jonathan Clarkson & W. Sharkey Bowers
 

Introducción

Las represas o presas y los diques son una parte integral de la infraestructura urbana en los Estados Unidos y en el extranjero. Las represas se utilizan frecuentemente para la generación de electricidad(energía hidroeléctrica), en la agricultura, el almacenamiento de agua y el control de inundaciones. Además, las represas también se utilizan para almacenar material peligroso que incluye productos derivados del petróleo, la minería, y otros materiales de desecho. Al pensar en represas, puede que piense automáticamente en la Presa Hoover u otras grandes estructuras de concreto que controlan el flujo de los ríos. Mientras muchas represas son de propiedad o construcción federal, más de la mitad de las represas dentro de los Estados Unidos son de propiedad privada y la mayoría consiste en diques más pequeños hechos de tierra.

Historial

La importancia de inspeccionar y mantener una de las infraestructuras más críticas de nuestra nación comenzó en 1972, cuando el Congreso autorizó al Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) a realizar un inventario de represas a través de la Ley Nacional de Inspección de Presas. En 1975, se publicó el primer Inventario Nacional de Presas (NID). La Ley de Desarrollo de los Recursos Hídricos de 1996 asignó fondos para que USACE continúe actualizando el NID. Durante este tiempo, la USACE comenzó a trabajar en estrecha colaboración con la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) para definir y clasificar cada presa en todo Estados Unidos. Después del 9-11, se aprobó la Ley Nacional de Seguridad y Protección de Presas. La financiación para la inspección y el mantenimiento de las represas en los EE. UU. se volvió a autorizar en el Programa Nacional de Seguridad de Presas en 2006 y, más recientemente, en la Ley de Desarrollo de los Recursos Hídricos de 2018.

Sistema de clasificación de riesgo potencial

Las presas que cumplen con los criterios mínimos dentro de los EE. UU. están clasificadas por el NID según los datos proporcionados por los reguladores gubernamentales federales y estatales. Los datos utilizados para clasificar las represas incluyen permisos de construcción, inspecciones de edificios y / o registros de cumplimiento, u otras especificaciones o registros aplicables de una determinada represa. Se debe tener en cuenta que Alabama no cuenta con una legislación de seguridad de represas o un programa de seguridad de represas. El propósito del programa fue priorizar cada presa en todo el territorio de los EE. UU. para su mantenimiento e inspección. Este sistema de clasificación clasifica las presas en función de la pérdida potencial de vidas humanas, la pérdida económica, la interrupción de servicios vitales y el impacto medioambiental. El sistema de clasificación incluye potencial de peligro BAJO, SIGNIFICATIVO y ALTO. A continuación, se muestran los criterios mínimos para que las represas formen parte del NID. El potencial de bajo riesgo es cuando, en un evento de falla, no habría una pérdida probable de vidas humanas, bajas pérdidas económicas y / o medioambientales. A la inversa, el potencial de alto riesgo tendría una probable pérdida de vidas humanas, altas pérdidas económicas y / o medioambientales.

Criterios mínimos para que las represas sean parte del NID:

  1. Clasificación potencial de alto riesgo - es probable que se pierda la vida humana si la presa falla.
  2. Clasificación de riesgo potencial significativo: no hay pérdida probable de vidas humanas, pero puede causar pérdidas, daños medioambientales, trastorno de instalaciones que proveen servicios vitales o afectar a otros asuntos de preocupación.
  3. Igual o exceda los 25 pies de altura y exceda los 15 acres-pies de almacenamiento.
  4. Igual o exceda los 50 acres-pies de almacenamiento y exceda los 6 pies de altura.

Condiciones actuales

Las represas dentro de los Estados Unidos tienen una edad promedio de 57 años. De acuerdo con el Informe de Infraestructura de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) de 2017, las represas de los EE. UU. Se calificaron como “D”. Debido al crecimiento de la población, un poco más del 17% de las 91.468 represas en los EE. UU. se consideran presas de alto riesgo potencial y ese número va en aumento cada año. Combinado con la falta de fondos federales o privados, más de 2000 de las represas de alto riesgo se consideran deficientes. Además de las represas de alto riesgo potencial, hay 11.354 represas que están clasificadas como de riesgo significativo. A continuación, se muestra una imagen tomada del sitio web del Inventario Nacional de Represas (NID) (nid.usace.army.mil/), que muestra la concentración de represas en todo Estados Unidos.

 
Figura 1 - Concentración de represas en todo Estados Unidos   I   nid.usace.army.mil/
Figura 1 - Concentración de represas en todo Estados Unidos I nid.usace.army.mil/

Los iconos rojos indican presas que se han clasificado como potencial de alto riesgo, amarillo como potencial de riesgo significativo y verde como potencial de riesgo bajo.

Según el NID, solo el 74% de las represas de alto riesgo tienen Planes de Acción de Emergencia (EAPs). El propósito de los EAPs es identificar los peligros potenciales en una represa y las medidas planificadas previamente para responder a eventos catastróficos que podrían causar la pérdida de vidas y bienes. Un EAP también sirve como un documento que coordina a los propietarios y a los administradores de emergencias, identificando áreas donde existe preocupación por la seguridad pública. Las pautas para EAP se pueden encontrar en las Pautas Federales de FEMA para la Planificación de Acción de Emergencia para Presas (Publicación de FEMA No. P-64).

Construcción de presas y vulnerabilidad

La mayoría de las represas en los Estados Unidos son represas de tierra. Las presas de tierra se han convertido en un diseño de construcción económico para controlar el flujo de agua o incautar
material peligroso. Existen varios tipos de presas de tierra, que incluyen diques simples y zonales. Los terraplenes simples se componen normalmente de un terraplén de suelo homogéneo. Un terraplén zonificado es similar, pero con un núcleo y una zanja impermeables. La arcilla se usa a menudo para el núcleo debido a su impermeabilidad, sin embargo, el concreto, las tablestacas o la madera también se usan para proporcionar una barrera contra el agua. Los núcleos impermeables se utilizan para impedir el flujo de agua subterránea a través de presas que podrían causar filtraciones y fallas por medio de tubificación.

 
Figura 2 - Causa de fallas en represas desde 1975 hasta 2001   I   NPDP, 2008B
Figura 2 - Causa de fallas en represas desde 1975 hasta 2001 I NPDP, 2008B

Como se vio anteriormente durante el huracán Katrina y el huracán Harvey, las represas y diques pueden fallar debido a los eventos de fuertes lluvias que superan las capacidades diseñadas de almacenamiento y descarga de los cuerpos de agua asociados. De acuerdo con el Programa Nacional de Desempeño de Presas (NPDP), la causa principal de las fallas de las presas se debe a las inundaciones o los desbordamientos seguidos por la filtración de agua a través del terraplén de tierra, que se conoce como “tubificación”. Ambas fallas pueden ser causadas por un evento de inundación. Arriba, (adaptada de NPDP, 2008b) se despliega un diagrama que muestra la Causa de fallas de represas desde 1975 hasta 2001.

Evaluación visual

Para evaluar de manera efectiva la condición de una presa o dique después de un evento catastrófico de lluvia, sería imperativo realizar rápidamente una evaluación visual de los diques para identificar peligros potenciales. Los peligros potenciales incluirían socavamiento y erosión, falla de la pendiente y características de hundimiento. La socavación, erosión, y las fallas de pendientes son más comunes con el aumento rápido del flujo a través de un cuerpo de agua. Mientras la socavación es una condición de superficie visible, las características de subsidencia pueden ser asociadas con un problema del subsuelo, como la tubificación. La tubificación se produce a través de grietas, vacíos o zonas débiles en un dique. Las partículas del suelo se erosionan o se lavan a través de estas zonas débiles, creando un camino para que fluya el agua. Estas evaluaciones visuales rápidas se pueden realizar mejor mediante inspecciones manuales del sitio complementadas con estudios efectuados con drones o con aviones no tripulados (UAVs). La identificación temprana de los peligros de las represas ayudaría a desarrollar planes para mitigar el riesgo potencial de falla; o, en caso de fallo, determinar la causa y el origen.

Evaluaciones geofísicas y geotécnicas

Como parte de una evaluación geotécnica comprensiva, se debe completar un estudio geofísico. Equipo de la geofísica como el radar de penetración del suelo (GPR) y la imagen de resistividad eléctrica (ERI) se utilizan ampliamente para detectar anomalías del subsuelo que podrían estar asociadas con filtraciones o tubificaciones.

 
Figura 3 - Transecto GPR con una anomalía resaltada
Figura 3 - Transecto GPR con una anomalía resaltada

Arriba hay un transecto GPR con una anomalía resaltada que sería indicativa de hundimiento u otro riesgo geológico.

Los estudios geofísicos deben complementarse con perforaciones y / o sondas del suelo para desarrollar un perfil de suelo preciso en las áreas de interés. Las perforaciones del suelo, como la perforación de la Prueba de penetración estándar (SPT), o las sondas del suelo, como la Prueba del penetrómetro de cono (CPT), pueden identificar zonas de tierra suelta dentro de las represas, lo que sería indicativo de hundimiento, falla de pendiente o tubificación a través de la represa.

Evaluación

Al completar su visita del sitio, ingenieros geotécnicos y geofísicos efectúan una evaluación forense comprensiva por medio de compilar y revisar los datos recopiladas durante la inspección del sitio. Los datos revisados incluyen estudios y pruebas de suelo, imágenes visuales capturadas durante la evaluación del sitio (en el suelo o mediante un rápido estudio de UAV o drones) y documentos históricos relacionados con la represa. La evaluación forense se realiza para evaluar la condición existente de la represa y clasificar el riesgo potencial, identificar los peligros que puedan existir, determinar la causa y el origen de la avería y desarrollar planes para mitigar las posibilidades de fallas futuras en la represa.

Conclusión

En resumen, existe un riesgo creciente de fallas en las represas que resultan en la pérdida de vidas y propiedades en todo Estados Unidos. A medida que las áreas metropolitanas continúan creciendo, crece la necesidad del control de aguas pluviales y una fuente confiable de agua potable limpia, que las represas pueden proporcionar. Sin embargo, al igual que las carreteras y puentes, si las represas no se mantienen adecuadamente, pueden ser susceptibles a fallas que pueden tener consecuencias catastróficas / costosas. Es imperativo que se desarrolle un Plan de Acción de Emergencia para cada represa clasificada como una represa significativa y de alto riesgo, y lo más importante es que el público esté informado sobre cualquier peligro cercano. Una inspección visual en el lugar realizada por profesionales capacitados e imparciales sigue siendo el método más efectivo para disminuir el riesgo de fallas en las represas.

Expresiones de agradecimiento

Agradecemos a nuestros colegas Jonathan Clarkson, PG y W. Sharkey Bowers, PE quienes brindaron conocimientos y experiencia que ayudaron mucho a esta investigación.

Referencias

  • American Society of Civil Engineers. (2017). 2017 Dam Infrastructure Report Card
  • Federal Emergency Management Agency. (2013). Federal Guidelines for Dam Safety: Emergency Action Planning for Dams
  • U.S. Army Corp of Engineers. (2019). National Inventory of Dams website. nid.usace.army.mil/
  • Stanford University. (2019). Department of Civil & Environmental Engineering -
    National Performance of Dams Program. Dam Failures in the U.S.
 

Esta publicación es sólo para fines educativos y de información general. Puede contener errores y se proporciona tal cual. No tiene el propósito de ser un consejo específico, legal o de otro tipo. Las opiniones y puntos de vista no son necesariamente los de J.S. Held o sus afiliados, y no debe presumirse que J.S. Held se suscribe a cualquier método, interpretación o análisis en particular simplemente porque aparece en esta publicación. Negamos cualquier representación y/o garantía con respecto a la exactitud, puntualidad, calidad o aplicabilidad de cualquiera de los contenidos. Usted no debe actuar, o dejar de actuar, en dependencia de esta publicación, y renunciamos a toda responsabilidad con respecto a tales acciones o falta de acción. No asumimos ninguna responsabilidad por la información contenida en esta publicación y rechazamos toda responsabilidad y daños con respecto a dicha información. Esta publicación no sustituye el asesoramiento legal competente. El contenido de este documento puede ser actualizado o modificado de otro modo sin previo aviso.

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