TECNOLOGIA PARA INSTRUMENTACION, MONITOREO Y CONTROL EN PRESAS Ing. Ph. D. CARLOS CULLAS SOTOMAYOR

1. TECNOLOGIA PARA INSTRUMENTACION, MONITOREO Y CONTROL EN
PRESAS
Ing. Ph. D. CARLOS CULLAS SOTOMAYOR

2. ES EL CONJUNTO DE MÉTODOS DE OBSERVACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO DE UNA DETERMINADA OBRA DE INGENIERÍA ,
CON EL FIN DE CONTROLAR SUS CONDICIONES DE SEGURIDAD
Y PROBAR LA VALIDEZ DE LOS SUPUESTOS Y LOS MÉTODOS DE
CÁLCULO UTILIZADOS EN EL PROYECTO ,VERIFICAR LA NECESIDAD DE
LA APLICACIÓN DE MEDIDAS CORRECTIVAS , PROPORCIONA APOYO
TÉCNICO PARA EL DESARROLLO DE NUEVOS CRITERIOS DE DISEÑO ,

3. Auscultación de Obras(1/2)
 Abarca el plan de instrumentación, especificando los
instrumentos que se van a instalar. La metodología
para su lectura y el mantenimiento de los
instrumentos, las frecuencias de lectura, etc.
,incluyendo la definición de valores de referencia para
futuras comparaciones con los valores y el
establecimiento de rutinas y la frecuencia de las
inspecciones visuales.

4. Instrumentación
Se refiere al número de dispositivos a instalar en las
estructuras y sus fundaciones
con el objetivo de monitorear su desempeño a través de
la medición de parámetros, cuyos
resultados, analizados e interpretados correctamente,
evaluarán sus condiciones de seguridad. Dependiendo
de la tipología del cierre, tipo de presa y su altura

5. Monitoreo
 El monitoreo consiste en la observación y medición de
uno o más parámetros para detectar eventuales
anomalías. Siendo el objetivo principal obtener
información para la supervisión de la seguridad de la
estructura durante toda su vida útil , tratando de
detectar cualquier posible irregularidad que pueda
comprometer su estabilidad y operación .


6. Cantidad y calidad de
instrumentación
La cantidad de instrumentos para ser instalado en una presa se
definen principalmente por los siguientes aspectos básicos:
- Tipo de presa (concreto, tierra, enrocado, etc)
- Longitud de la presa (define las secciones de instrumentación)
-Altura máxima (baja, media, alta, superalta)
-Fundación geológica
- Características de materiales del cuerpo de la presa
- Etapas de construcción .
- Diversas condiciones locales
Por lo tanto, es imposible el establecimiento de reglas
predeterminadas que definen la cantidad de instrumentos a ser
instalado en una presa.

7. Selección de Tipos de Instrumentos
Para la selección de los tipos de instrumentos a instalar
, se contempla una determinación previa de
compatibilidad entre la magnitud del parámetro a
medir y la precisión del instrumento a ser elegido . Por
ejemplo,
para desplazamientos a medir en el orden de 1,0 a 2,0
mm o cm, no es apropiado
instrumentos con sensibilidad mayor que el
desplazamiento esperado o diseñado.

8. Presas de concreto
Mediciones necesarias Gravedad Arco CCR
-flujos de infiltración x x x
-supresión de la fundación x x x
-asentamiento en fundación x x x
.esfuerzos cuerpo de presa x x x
-comportamiento térmico del concreto x x x
-desplazamientos en la cresta x x x
-desplazamiento entre bloques x x x
-abertura en juntas entre bloques x
-presión entre capas de concreto? x

9. Presas de enrocado y tierra
Mediciones necesarias zonifica
da
CFRD Con
conducto
enterrado
Presiones neutras en el vertedero x x x
Asentamientos vertedero x x x
Desplazamientos superficiales ( plani - altimétrica ) x x x
Subpressões la fundación x x
Flujos Seepage x x x
Los materiales sólidos aducidos por el agua se filtra x x
Total de presiones y poropressões interfaces de x x
Desplazamientos diferenciales del perímetro x
Desplazamientos en la región entre las losas de
hombreras X
x
Tensiones internas en la X hormigón x
La desviación de una cantidad X losa x
Hace hincapié en la interfase suelo - cemento galería x
Los establecimientos a lo largo de la galería x

10. Manual de Monitoreo

Antes del inicio del llenado del embalse , será
preparado por el Proyectista un
"Manual de Supervisión y Monitoreo de las estructuras
civiles “ a fin de establecer los procedimientos básicos
que deben seguirse en la supervisión de condiciones de
seguridad de la obra principal y conexas, su fundacion
, en las fases de llenado del embalse y operación .

11. Instrumentación electrónica
 Se refiere a los instrumentos electrónicos , que se
utilizan típicamente en instrumentación automatizada
, donde los sensores deben permitir la lectura a
distancia los cuales deben haber sido probados en
condiciones reales de campo y para garantizar una
vida útil de por lo menos dos décadas. Este es el
tiempo de vida de los buenos sensores de cuerda
oscilante , como referencia.

12. Condiciones locales de
instrumentación
Teniendo en cuenta que las presas están diseñados y
construidos para operar el
durante 50 años o más de importancia relevante es la
selección de instrumentos
robusta , pueden garantizar una vida de esta orden.
Para este fin , por lo tanto , incluir
La instrumentación de diseño mecánico , hecho de
acero inoxidable , fibra
vidrio, plástico u otros materiales duraderos para
garantizar una larga vida útil .

13. Lectura de datos
-Las lecturas de los instrumentos de una presa deben ser realizadas por personal
especializado y entrenado para esto, ya que se obtienen datos precisos
sujetos directamente a la calidad y la precisión de los instrumentos.
- Estos deben recibir formación adecuada y estar motivada a través de charlas o
cursos periódicos, además , es importante que las mediciones se realicen siempre
por el mismo personal de medidores , para mantener bajo control los errores
sistemáticos y de manera que actúan como los primeros inspectores visuales ,
indicando inmediatamente a sus superiores cualquier observación que pudiera
encontrarse y advertir cualquier evidencia de comportamiento anómalo de las
estructuras .
-Los datos obtenidos serán fácilmente comparados con los obtenidos anteriormente,
a fin de detectar anomalías en el comportamiento de la lectura. Lecturas
sospechas deben ser hechos de nuevo inmediatamente , para su confirmación o
modificación .

14. Frecuencia de los instrumentos de
lectura

La frecuencia de la lectura de la instrumentación debe ser adecuado para el seguimiento
el comportamiento de las estructuras , las etapas de la construcción de la presa ,
primero la operación de llenado de depósito , lo que permite controlar las velocidades
variación de la medida , teniendo en cuenta la exactitud
instrumentos y la importancia de estas cantidades en la evaluación del desempeño
estructura real .
inicio operación

Desplazamientos superficiales Semanal Mensual
El desplazamiento interno Semanal Mensual
Deformación Semanal Mensual
Presión total / efectiva 2 semanal Semanal Mensual
La presión de poro 2 semana Semanal Quincenal
Presión baja semanal 2 semana Quincenal
El nivel de agua Diaria

15. Presentación de Resultados

Las lecturas de los distintos instrumentos de
observación de una presa , luego de ser procesados y
representados en tablas y gráficos deben consolidarse
en un informe completo de los datos , cuya frecuencia
de emisión puede ser de la siguiente manera :
Período constructivo : Mensual
Fase de llenado : semanal
Primer año de funcionamiento : Trimestral
Operación : semestral

16. Análisis e Interpretación de los
resultados de la instrumentación
Un plan de instrumentación , sin un correspondiente análisis periódico y la
interpretación resultado sistemático , es inútil , o incluso perjudicial, ya que puede causar
una falsa sensación de seguridad en relación con el proyecto.
Por lo tanto , se debe realizar el análisis y la interpretación de los resultados de la
instrumentación con el objetivo de permitir la detección temprana de cualquier posible
anomalía.
El análisis de los datos obtenidos a destiempo puede no permitir detección de anomalías
o deficiencias en el comportamiento de la presa , para tomar decisiones importantes y las
acciones correctivas , que pueden poner en peligro la seguridad de las estructuras.
Los resultados de las lecturas de la instrumentación deben ser examinados por
profesionales especializado en este tipo de servicio, y debe hacerse constar en un informe
técnico " Análisis de Comportamiento de la Estructuras " ;
Este informe debe ser preparado con la misma periodicidad de frecuencia de emisión
informes de lecturas de instrumentación. Se debe analizar los diferentes fenómenos
presentes en las estructuras , con la información debida, como : desplazamientos ,
tensiones , temperaturas , tensiones internas , subpresiones , presión de poros
,filtraciones , materiales sólidos de arrastre con el agua de filtración etc. . , comparando
siempre con los valores previsto en el diseño y explicar las diferencias encontradas .

17. Informes Especiales

Para el caso de los grandes presas o que implica un alto potencial
de riesgo ( poblaciones aguas abajo , por ejemplo) , se
recomienda que cada 5 años (10 años para los más pequeños) un
Consejo de Consultores independientes para llevar a cabo un
análisis de los resultados de la auditoría externa proporcionado
por la instrumentación , junto con una inspección minuciosa de
los Las estructuras de bus y sus fundaciones, dirigidas a re -
análisis de los datos de instrumentación , en comparación con
los resultados de otras presas , evaluar zonas especiales de interés
o reparación de obras finalmente implementados , y
establecimiento de nuevas recomendaciones para supervisar las
condiciones de seguridad la presa.

18. Inspecciones de campo (1/2)
Las inspecciones visuales del campo deben considerarse como relevante
importancia
en la Evaluación del comportamiento de una presa, complementando la
información
proporcionado por la instrumentación.
Destacan los siguientes tres tipos básicos de inspección de represas .
Inspección de rutina
-Llevada a cabo por el personal de instrumentación, operación y
mantenimiento de
presa realizado en la inspección visual de visita de rutina a la presa.
No requiere de hoja de cálculo detallado para la ejecución. No genera informe
específica, sino únicamente la existencia de anomalías o problemas
encontrados .
-Se recomienda que estos técnicos se someten periódicamente a la formación
acerca de estructuras civiles .

19. Inspecciones de campo (2/2)
Inspecciones periódicas
Se puede llevar a cabo por el personal del titular de la presa o de
terceros ,en
fechas específicas , dependiendo de la fase de trabajo , y por lo tanto
pueden ser utilizados por personal técnico encargado de las lecturas de
instrumentación bajo la supervisión de un especialista .
Inspecciones especiales ( o excepcional )
Consiste en la observación de los aspectos particulares de la presa y sus
estructuras asociadas en condiciones especiales o excepcionales , tales
como la reducción del nivel de agua, depósito sedimentos, huaicos o la
ocurrencia de cualquier evento o anomalía , a menudo repentino ,
que puedan poner en peligro la seguridad de las estructuras y / o la
zona de aguas abajo.
.

20. EQUIPOS DE
INSTRUMENTACION
EN PRESAS

21. Red sismológica en 04 presas,

22. Estaciones meteorológicas
compactas

23. Piezómetros : tipo Casagrande y
eléctricos

24. Esquema de colocación de celdas
de presión y área de registro

25. Instrumentación de edición de
temperatura del concreto,
termopar

26. Medidor de filtraciones, Parshall

27. Medidor de deformación
tridimensional

28. INSTRUMENTACION EN PRESAS EN
EL PERU
 PRESA CUCHOQUESERA- TIERRA ZONIFICADA H=
43m
 PRESA LIMON – CFRD- H=43 m
 PRESA EL FRAYLE -ARCO- H= 70m
 PRESA POECHOS -TIERRA ZONIFICADA
 PRESA CHONTA - CCR- H=98m

29. Presa Cuchoquesera,
Zonificada H=45m
(CORTESIA HC Y ASOCIADOS)

30. PRESA POECHOS –PECHP-

31. CONTROL DE INSTRUMENTACION EN PRESA POECHOS

32. Presa Limón H=43m, CFRD
PRESA LIMON (CORTESIA PEOT)

33. ubuuiN DE INSTRUMENTOS

36. PRESA EL FRAYLE

37. UBICACIÓN DE INSTRUMENTOS

38. CONTRAFUERTE ESTRIBO
IZQUIERDO
Falla del estribo izquierdo de la presa, reparada con
contrafuertes de concreto

39. TIPO DE INSTRUMENTACION PRESA EL FRAILE

41. SECCIONES DE INSTRUMENTACION

42. TIPO DE INSTRUMENTACION

44. 2.0 CONTROL DE
FUNCIONAMIENTO DE LAS
PRESAS

45. SEGURIDAD COMO FILOSOFÍA
 Condición exenta de daño y riesgo.
 Seguridad de Presas, es una condición de la obra que
determina la invulnerabilidad ante cualquier peligro
que pueda presentarse durante su vida útil hasta su
envejecimiento.

46. Riesgo, peligro, vulnerabilidad
 El Riesgo es una función del peligro y la vulnerabilidad
 El Peligro tiene que analizarse y distribuirse de tal
forma que uno tiene que decir que la ocurrencia del
peligro esta a un nivel de probabilidad determinada.
 La vulnerabilidad analiza la estructura o estructuras
como pueden resistir a la ocurrencia de un peligro y
como consecuencia esta dado a un nivel de
probabilidad

47. Relación peligro y vulnerabilidad
 Peligro (P) Vulnerabilidad (V)
Lluvia extrema Aliviadero y riberas
Sismo extremo Estabilidad presa
Geodinámica Estanqueidad embalse
Rotura de presa Inundaciones en poblados
Fundación Deformaciones diferenciales
Filtraciones Cuerpo de presa y fundación
Antrópicas.
Construcción de puentes,
carreteras, Represamientos
por empalizada

48. MATRIZ DE PELIGRO Y VULNERABILIDAD, INDECI
Peligro Muy
Alto
Riesgo Alto Riesgo Alto Riesgo Muy Alto Riesgo Muy Alto
Peligro Alto Riesgo Medio Riesgo Medio Riesgo Alto Riesgo Muy Alto
Peligro Medio Riesgo Bajo Riesgo Medio Riesgo Medio Riesgo Alto
Peligro Bajo Riesgo Bajo Riesgo Bajo Riesgo Medio Riesgo Alto
Vulnerabilidad
Baja
Vulnerabilidad
Media
Vulnerabilidad
Alta
Vulnerabilidad Muy
Alta
%)
LEYENDA:
Riesgo Bajo (< de 25%)
Riesgo Medio (26% al 50%)
Riesgo Alto (51% al 75%)
Riesgo Muy Alto (76% al 100 %

49. Condiciones principales de inicio
de calculo, en diseño de presa.
GENERALES : SER ESTABLE Y SEGURA ANTE CUALQUIER PELIGRO
PRESA DE TIERRA:
-ESTABILIDAD DE TALUDES, ESTATICA, PSEUDOESTATICA Y DINAMICA,
DEPENDIENDO DE LA MAGNITUD DE LA OBRA
- ESTABILIDAD INTERNA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION
- ESTABILIDAD EN LAS FILTRACIONES , GRADIENTES MINIMOS DE SALIDA,
MENORES DE 0.1
- FILTRACIONES TOTALES DEL 1 - 2% DEL VOLUMEN UTIL
- ASENTAMIENTOS MINIMOS DEL 0.5 AL 1% DE SU ALTURA, ECT
PRESAS DE CONCRETO
- ESTABILIDAD AL VOLTEO Y DESLIZAMIENTO
- DRENAJE EN CUERPO DE PRESA Y FUNDACION
- ESFUERZOS TENSION Y DEFORMACIONES ACEPTABLES
- EVITAR AGRIETAMINETOS , EN BORDES E INTERNOS
- CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL CONCRETO

50. Categoría de riesgo sísmico
PUNTUACION PARA DEFINIR CATEGORIA DERIESGO DE
PRESAS ICOLD,BOLETÍN72(1989),USCOLD1996
(PuntosParaCadaCategoríaEnParéntesis)
Contribución al factor de riesgo Extremo Alto Moderado Bajo
CAPACIDADDELEMBALSE(
hectómetros-m)
>120
(6)
120-
1(4)
1-0,01 (2) <0,01
(O)
ALTURADELAPRESA(m)
>45(6
)
45-30
(4)
30-
15(2)
<15
(O)
REQUERIMIENTOSDE
EVACUACIÓN
(númerode personas)
>1000
(12)
1000-100
(8)
100-1 (4) <1
(O)
DAÑOPOTENCIAL
AGUASABAJO
Alto
(12)
Moderado
(8)
Bajo
(4)
Ninguno
(O)

51. Categoría de riesgo y desempeño dinámicoCategorización del Riesgo
ICOLD, Boletín 72 (1989), USCOLD
1999
FACTOR DE
RIESGO
(Puntaje Total)
CATEGORIA DE RIESGO
0-6 I (Baja)
7 -18 II (Moderada)
19-30 III (Alta)
31-36 IV (Extrema)
Sismo Período de retomo T Nivel de desempeño
Sismo Básico de
Operación OBE.
50 años ; 200 años
• Presa y sistemas asociadossin daños importantes
• Obras no críticas con algún nivel de daño que
no afecte la seguridad de
las obras ni de las personas
Sismo Máximo
Probable S.M.P.
T = 500 años
• Algún nivel de daño en la presa, pero daños
leves en sistemas de seguridad
(vertedero,compuertas, etc.)
• Daños, incluso severos, en obras no críticas
pero sin afectar la vida de las
Personas
Sismo Máximo Creíble
S.M.C.
T= 3 000 años
• Presa con daños considerables pero sin
colapsoni desembalse

52. MODELOS MATEMATICOS DE
APOYO
(PRESA GARRAPON,CFRD H=25m, CORTESIA FLUVIAL SUR INGENIEROS)
Filtraciones en presa CFRD,

53. Estabilidad en presa CFRD

54. Análisis de esfuerzos en presa de
gravedad, calculo pseudoestático

55. Modelos en 3D, presa arco-
gravedad
(PRESA CHONTA CCR H=98m - CORTESIA ATA CONSULTORES)

56. Comportamiento dinámico presa
arco-gravedad, modelo en 3D
(PRESA CHONTA CCR H=98m - CORTESIA ATA CONSULTORES)

57. 3.0 FALLAS y DAÑOS
EN PRESAS
REPARACIONES

58. SUMERSION
30 %
ESTADISTICAS DE LOS ACCIDENTES DE PRESAS DE TIERRA
( Según Middlebrooks )
15 %
25 %
15 %
5 %
7 %
5 %
CAUSA DESCONOCIDA
VARIOS
FUGA Y SIFONAMIENTO
DESLIZAMIENTO
CONDUCCION
REVESTIMIENTO

59. ROTURA DE PRESA POR
SUMERSION, CORTESIA DR. PH. BARTIN

60. Vista Panorámica de Cazador II - Obra Concluida
ZONA DE FILTRACIONESDEL
EMBALSE
Zona de filtraciones , embalse el Frayle

61. Embalse Tablachaca,
(ELECTROPERU)

62. Presa Tablachaca
(ELECTROPERU)

63. PRESA TINAJONES -PEOT

64. ALIVIADERO PRESA POECHOS-VISTA DESDE AGUAS ABAJO DEL ALIVIADERO

65. CUENCO AMORTIGUADOR DE PRESA POECHOS

66. SALTO EN SKY DEL ALIVIADERO POECHOS AL CUENCO AMORTIGUADOR

67. AVANCE DE LA EROSION PRODUCIDA EN EL CUENCO AMORTIGUADOR
FUENTE: PECHP
Presa de tierra
Avance de la Erosión en la parte del Cuenco
Orilla1983
a 70 mts
a 50 mts
a 39 mts
a 30 mts
Orilla al 1987
Orilla al 2000
Orilla al 2009
Cota 108 msnm
Cota 103 msnm
Zona Control
de Filtración
Pantalla de concreto 50mts
Zona de riesgo

68. Vista de la Represa Condoroma

69. Presa Rajucolta
H=23m.Homogenea, CORTESIA CESEL INGENIEROS

70. Presa Garrapón H=23m, CFRD

71. Vista Panorámica de la Presa de Gallito Ciego

72. 4.0 INSTRUMENTACION EN
OBRAS CONEXAS
(TÚNELES)

73. Prospecciones iniciales
(perfil sísmico), túnel 500m

74. ZONOFICACION DE TIPOS DE
ROCAS

75. Deformaciones en túnel trasandino

76. Deformaciones en túnel, golpe de
montaña (Riesgo geológico)

77. Deformaciones en túnel , golpe de
montaña , sección en herradura

78. MEDIDAS DE CONVERGENCIA

79. Medidas de convergencia en
túneles
 La cinta extensométrica es una cinta métrica metálica
junto con un sistema que permite ponerla a una cierta
tensión constante y un reloj comparador que se puede
medir , como mínimo, la décima de milímetro. La
cinta debe tensarse para que se aproxime lo más
posible a la línea recta entre los puntos de medida.
.

80. Medidas de convergencia en
túneles (2)
 En una sección generalmente se colocan entre tres y
cinco puntos o clavos de convergencia. Lo más habitual
es un punto en clave y otros dos, uno en cada hastial.
Lasección de medida debe colocarse y empezarse a
medir lo más rápidamente posible tras la excavación,
ya que de otro modo se pierden gran parte de las
deformaciones producidas.

81. Medidas de convergencia en
túneles (3)
 La medida de convergencias es una medida relativa, es
decir, sólo se conoce la variación de Distancias entre
los puntos de medida, pero no su movimiento real.
Todas estas características hacen que las convergencias
se usen más bien de forma cualitativa que
cuantitativa. Lo que interesa es conocer si la
deformación se estabiliza y cuánto tarda en
estabilizarse

82. MEDICIONES DE FORMACION EN
3D, 0VERCORING

83. GRACIAS