Análisis cualitativo y cuantitativo de la seguridad de presas. Aplicación al caso de la presa de Las Navas (Loarre, Huesca)

Abstract

[ES] En este trabajo se plantea una metodología general del análisis de seguridad de presas, cualitativa y cuantitativa. La Presa de Las Navas, está ubicada sobre el barranco del mismo nombre, en el término municipal de Loarre, a unos 35 km de Huesca. Es una presa de materiales sueltos, coronada con pretil de hormigón, de 0,80 m de altura. Posee un aliviadero, de hormigón con labio fijo y planta en forma semicircular tipo pico de pato , fuera del cuerpo de la presa, desagüe de fondo o toma de agua, compuesto por dos tuberías de Ø300 mm. La parte cualitativa se realiza a partir de un análisis exhaustivo de la documentación disponible de la presa y de una visita a sus instalaciones, a fin de poder identificar los posibles modos de fallo, que luego son debatidos en una reunión para asignar probabilidad de ocurrencia y categoría de consecuencias a cada uno. En esta presa, se identificaron seis modos de fallos a los cuales se les asignaron la probabilidad de ocurrencia y la categoría de consecuencias a cada uno. De estos dos (MF01. Sobrevertido (R) y MF.06 Movimiento de la piedra acuñada (SinR)) resultaron con riesgo medio y los cuatro restantes (MF02. Tubificación en la cimentación de la presa (SinR), MF03. Erosión interna a lo largo del cuerpo de presa (SinR), MF04. Erosión interna a lo largo del cuerpo de presa (R), MF05. Avería mecánica de los desagües de fondo (SinR)) con riesgo bajo. También se realizaron las siguientes recomendaciones: 1. Sustituir los dos tubos dispuestos en el canal de conducción del aliviadero, que limitan su capacidad, por una sección que no limite la capacidad de alivio, y limpiar el canal en tierras aguas abajo, que actualmente contiene una densa vegetación. 2. Implantación del Plan de Emergencias. 3. Mejorar la modelización y actualizar la hidrología, incluyendo datos recientes de registros meteorológicos e hidrológicos. 4. Estudiar la capacidad hidráulica real del aliviadero, teniendo en cuenta la limitación que suponen los tubos existentes bajo el camino, y la reducción de seguridad hidrológica que esto supone. 5. Instalar piezómetros abiertos aguas abajo de la presa. 6. Mejorar la colimación topográfica modificando la posición de algunos de los puntos de medida que están en posiciones inadecuadas. Según el Manual Práctico de Aplicación del Análisis de Riesgos a la Seguridad de Presas de Ipresas & Ofiteco (2023) los modos de fallo de riesgo medio y alto deben ser analizados cuantitativamente. Del análisis cuantitativo realizado, se determinaron los caudales punta de la avenida de proyecto (T=500 años) y extrema (T=5.000 años) que resultaron con un caudal punta de 36,4 y 152,6 m3/s respectivamente. El aliviadero resultó ser capaz de desaguar ambos caudales sin que la presa sufra mayores riesgos generando caudales laminados de 13,77 y 71,51 m3/s para cada uno, con niveles máximos de embalse de 647,72 m.s.n.m. y 648,45 m.s.n.m. El canal de descarga del aliviadero es insuficiente para estos caudales. Debido a esto es necesario diseñar una nueva solución que tenga capacidad suficiente. La solución propuesta es un canal con cuatro tramos diferentes. El primero con una pendiente de 0,001, una longitud de 161,18 m y una sección tipo trapecial con 5 m de ancho, pendiente de talud 1H:1V y una altura de 2,75 m; los tres tramos posteriores tienen el mismo perfil, una sección rectangular de 7 m de base y 2,30 m de altura, varían en estos la pendiente y longitud, el segundo tramo con una pendiente de 0,0778 y 85,62 m de longitud; el tercer tramo pendiente de 0,0509 y 89,63 m de longitud y por último, el cuarto tramo, una pendiente de 0,0098 y 55,32 m de longitud. Al final del canal se realizó un acuerdo de 4 m de radio para que en la salida finalice con un ángulo de salida de 30° quedando la salida a la cota de 632,95 m.s.n.m. Del modelo realizado en el río se determinó la cota de la lámina de agua para los caudales de proyecto (T=500 años) y de avenida extrema (T=5.000 años) que resultaron ser de 632,30 m.s.n.m. y

[EN] In this work, a general methodology for qualitative and quantitative dam safety analysis is proposed. The Las Navas Dam is located on the ravine of the same name, in the municipality of Loarre, about 35 km from Huesca. It is a dam made of loose materials, crowned with a concrete parapet, 0.80 m high. It has a concrete spillway with a fixed lip and a semicircular duck-bill shape, outside the body of the dam, a bottom drain or water intake, composed of two Ø300 mm pipes. The qualitative part is carried out based on an exhaustive analysis of the available documentation of the dam and a visit to its facilities, in order to identify the possible failure modes, which are then discussed in a meeting to assign probability of occurrence and category of consequences to each one. In this dam, six failure modes were identified to which the probability of occurrence and the category of consequences were assigned to each one. Of these two (MF01. Overflow (R) and MF.06 Movement of the wedged stone (SinR)) were with medium risk and the remaining four (MF02. Tubing in the foundation of the dam (SinR), MF03. Internal erosion a along the dam body (SinR), MF04. Internal erosion along the dam body (R), MF05. Mechanical breakdown of bottom drains (SinR)) with low risk. The following recommendations were also made: 1. Replace the two pipes arranged in the spillway conduction channel, which limit its capacity, with a section that does not limit the relief capacity, and clean the channel in downstream lands, which currently contain dense vegetation. 2. Implementation of the Emergency Plan. 3. Improve modeling and update hydrology, including recent data from meteorological and hydrological records. 4. Study the real hydraulic capacity of the spillway, taking into account the limitation posed by the existing tubes under the road, and the reduction in hydrological safety that this entails. 5. Install open piezometers downstream of the dam. 6. Improve topographic collimation by modifying the position of some of the measurement points that are in inappropriate positions. According to the Practical Manual for the Application of Risk Analysis to the Safety of Dams by Ipresas & Ofiteco (2023), medium and high risk failure modes must be analyzed quantitatively. From the quantitative analysis carried out, the peak flows of the project flood (T=500 years) and extreme (T=5,000 years) were determined, which resulted in a peak flow of 36.4 and 152.6 m3/s respectively. The spillway turned out to be capable of draining both flows without the dam suffering greater risks, generating laminated flows of 13.77 and 71.51 m3/s for each, with maximum reservoir levels of 647.72 m.a.s.l. and 648.45 m.a.s.l. The spillway discharge channel is insufficient for these flows. Because of this, it is necessary to design a new solution that has sufficient capacity. The proposed solution is a canal with four different sections. The first with a slope of 0.001, a length of 161.18 m and a trapezoidal section 5 m wide, slope slope 1H:1V and a height of 2.75 m; The three subsequent sections have the same profile, a rectangular section of 7 m base and 2.30 m high, the slope and length vary in these, the second section with a slope of 0.0778 and 85.62 m in length ; the third section sloped at 0.0509 and 89.63 m long and finally, the fourth section, a slope of 0.0098 and 55.32 m long. At the end of the channel, a 4 m radius agreement was made so that at the exit it ends with an exit angle of 30°, leaving the exit at a level of 632.95 m.a.s.l. From the model carried out in the river, the level of the water table was determined for the project flows (T=500 years) and extreme flood flows (T=5,000 years), which turned out to be 632.30 m.a.s.l. and 632.64 meters above sea level, so the discharge channel is not flooded for either of the two flows, since its outlet is located at a level of 632.95 meters above sea level. The scour pit was also designed with a depth of 1.50 m and angles on its left a