Una contrtibución al establecimiento del margen de seguridad contra el deslizamiento de presas de gravedad en explotación en funcion de la información disponible

Abstract

[EN] In Spain the safety of dams is currently regulated by classical deterministic methods based on the verification of safety factors, or at most, pseudo-probabilistic methods when loads have some random component. For the application of the classic methodology dam information is obtained from various sources and collected throughout the life of the dam, from conception to the time when the security is evaluated. However much of this information may be subject to uncertainty that may have epistemic or random character. The first is associated with lack of knowledge (lack of information, insufficient reliability, unrepresentative mathematical models of reality, etc.) and, the second, to the inherent variabiliity of information (flows, precipitation, etc.)

The deterministic method has emerged as primary and essential in the verification of any structure but, nevertheless, it could be considered incomplete for not taking into account the uncertainty of the information since it is not involved in the final result, at least, in an explicit and / or traceable way.

An attempt to improve the deterministic method is proposed in this thesis by systematizing the evaluation of the quality and quantity of the information used so that the uncertainty is incorporated into dam safety verifications, providing that the quantity and quality information is directly linked to its uncertainty.

The approach assumes that there must be some parity or equivalence between the deterministic and the probabilistic method used by the discipline of Risk Analysis, by which the results obtained by both methods applied to the same dam should be similar qualitatively speaking, that is, to high safety coefficients correspond very small probabilities of failure and vice versa.

The proposed model has as a reference the safety factor against sliding required by good practices or recommendations on the application of Technical Regulation of Dams and Reservoirs, which is based on the percentage of contribution between strength parameters of cohesion and friction. From this factor and depending on the quality and quantity of information available, so that the more accurate and abundant is, the required coefficient is reduced and vice versa, the more vague and little the required safety of factor increases. The increase or decrease is also linked to the strength parameters adopted, so that the higher these are (less conservative position of the evaluator) greater increase and vice versa. The procedure is qualitative because on one hand, while it is based on certain probabilistic basis much of the methodology is supported on intuition and engineering judgment, and partly because most of the information used is subjective, does not allow statistical analysis and comes from the critical judgment of the evaluator. However the procedure concludes with a quantitative result.

[ES] En España la seguridad de presas se regula, hoy por hoy, por métodos determinísticos clásicos basados en la verificación de coeficientes de seguridad o a lo sumo por métodos pseudo-probabilísticos cuando las solicitaciones presentan cierta componente aleatoria. Para la aplicación de esta metodología clásica se utiliza información sobre la presa extraída de diversas fuentes y recopilada a lo largo de toda la vida de la presa, desde su concepción hasta el momento en que se evalúe la seguridad. Sin embargo mucha de esta información puede estar sujeta a incertidumbre que puede tener carácter epistémico o aleatorio. El primero está asociado a la falta de conocimiento (carencia de información, insuficiente fiabilidad, modelos matemáticos poco representativos de la realidad, etc.) y, el segundo, a la variabilidad inherente de la información (caudales, precipitaciones, etc.)

El procedimiento determinista se ha erigido como primordial e imprescindible en la comprobación de toda estructura pero, sin embargo, puede considerarse incompleto por no tener en cuenta la incertidumbre de la información, pues ésta no interviene en el resultado final al menos de forma explícita y/o trazable.

Se propone en este trabajo un intento de perfeccionar el procedimiento determinista sistematizando la evaluación de la calidad y cantidad de la información utilizada de manera que se incorpore la incertidumbre en las comprobaciones de seguridad de presas, dando por buena la premisa de que la cantidad y calidad de la información está directamente vinculada a su incertidumbre.

El planteamiento presume que debe existir cierta paridad o equivalencia entre el procedimiento determinista y el probabilista utilizado por la disciplina del Análisis de Riesgos, por la cual los resultados obtenidos por ambas metodologías en una misma presa deben ser parejos cualitativamente hablando, es decir, a coeficientes de seguridad elevados le corresponden probabilidades de rotura muy reducidas y viceversa.

El modelo propuesto tiene como referente el coeficiente de seguridad contra al deslizamiento exigible por las buenas prácticas o recomendaciones en la aplicación del Reglamento Técnico de Presas y Embalses, que es función del porcentaje de contribución entre los parámetros resistentes de la cohesión y el rozamiento. A partir de éste y en función de la calidad y cantidad de la información disponible se modifica el coeficiente de seguridad exigible, de manera que a mayor precisión y abundancia experimenta una reducción y viceversa, según sea más vaga y escasa se incrementa.. El aumento o disminución también se vincula a los parámetros resistentes adoptados, de forma que cuanto más altos sean éstos (posición menos conservadora del evaluador) mayor aumento y viceversa. El procedimiento planteado tiene carácter cualitativo porque por un lado, si bien se fundamenta en cierta base probabilista buena parte de la metodología se apoya en la intuición y juicio ingenieril, y por otro porque la mayor parte de la información que utiliza es subjetiva, no permite un análisis estadístico y proviene del juicio crítico del evaluador. No obstante el procedimiento concluye en una estimación cuantitativa.

[CA] En l'estat espanyol, la seguretat de preses es regula, ara com ara, per mètodes deterministes clàssics basats en la verificació de coeficients de seguretat o, a tot estirar, per mètodes pseudoprobabilístics quan les sol¿licitacions presenten un cert component aleatori. Per a l'aplicació d'aquesta metodologia clàssica, s'empra informació sobre la presa extreta de diverses fonts, i recopilada al llarg de tota la vida de la presa, des de la seua concepció fins al moment en què se n'avalue la seguretat. Tanmateix, molta d'aquesta informació pot estar subjecta a incertesa, que pot tenir caràcter epistèmic o aleatori. El primer està associat a la manca de coneixement (mancança d'informació, fiabilitat insuficient, models matemàtics poc representatius de la realitat, etc.) i, el segon, a la variabilitat inherent de la informació (cabals, precipitacions, etc.).

El procediment determinista s'ha erigit com a primordial i imprescindible en la comprovació de tota estructura; això no obstant, pot considerar-se incomplet per no tenir en compte la incertesa de la informació, ja que aquesta no n'intervé en el resultat final, si més no de manera explícita i/o traçable.

Es proposa, en aquest treball, un intent de perfeccionar el procediment determinista sistematitzant l'avaluació de la qualitat i quantitat de la informació utilitzada, de manera que s'incorpore la incertesa en les comprovacions de seguretat de preses, tot donant per bona la premissa que la quantitat i qualitat de la informació estan directament vinculades a la seua incertesa.

El plantejament pressuposa que ha d'existir una certa paritat o equivalència entre el procediment determinista i el probabilista emprat per la disciplina de l'Anàlisi de Riscos, per la qual els resultats obtinguts per ambdues metodologies en una mateixa presa han de ser semblants qualitativament parlant; això és, a coeficients de seguretat elevats, els corresponen probabilitats de ruptura molt reduïdes, i viceversa.

El model proposat té com a referent el coeficient de seguretat contra l'esmunyiment exigible per les bones pràctiques o recomanacions en l'aplicació del Reglament Tècnic de Preses i Embassaments, que és funció del percentatge de contribució entre els paràmetres resistents de la cohesió i el fregament. A partir d'aquest i en funció de la qualitat i quantitat de la informació disponible, se'n modifica el coeficient de seguretat exigible, de manera que, com més precisió i abundància, n'experimenta una reducció, i viceversa, segons siga més vague i escassa, se n'incrementa. L'augment o disminució també es vincula als paràmetres resistents adoptats, de manera que com més alts en siguen (posició menys conservadora de la persona avaluadora) més augment, i viceversa. El procediment plantejat té caràcter qualitatiu perquè, d'una banda, si bé es fonamenta en una certa base probabilista, bona part de la metodologia recolza en la intuïció i seny enginyer, i d'altra, perquè la major part de la informació que utilitza és subjectiva, no permet una anàlisi estadística i prové del judici crític de la persona avaluadora. Tanmateix, el procediment conclou amb una estimació quantitativa.