Análisis de riesgo aplicado a la gestión de seguridad de presas y embalses

173 Pages·2012·5.37 MB·Spanish

GUÍAS TÉCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS
GUÍA TÉCNICA DE
EXPLOTACIÓN DE PRESAS Y EMBALSES
TOMO 1
8
ANÁLISIS DE RIESGOS APLICADO

-

P A LA GESTIÓN DE SEGURIDAD DE
PRESAS Y EMBALSES
SOLICITACIONES RESPUESTA DEL SISTEMA CONSECUENCIAS
Probabilidad Hidrograma
MF 1 MF 1
Nivel previo MF 1 Probabilidad Hidrograma Consecuencias
MF 2 MF 2 MF i
Respuesta MF 2
Avenida/Sismo del sistema . .
. .
Operatividad MF n . .
de compuertas Probabilidad Hidrograma
MF n MF n
Respuesta Consecuencias
sin fallo sin fallo
priorización de
inversiones
transparencia
sostenibilidad
gobernanza
gestión
integral
de seguridad
COLEGIO DE INGENIEROS DE
CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL
DE GRANDES PRESAS

GUÍAS TÉCNICAS DE SEGURIDAD DE PRESAS

8

-

P

GUÍA TÉCNICA DE

EXPLOTACIÓN DE PRESAS Y EMBALSES
TOMO 1

ANÁLISIS DE RIESGOS APLICADO
A LA GESTIÓN DE SEGURIDAD DE
PRESAS Y EMBALSES

COLEGIO DE INGENIEROS DE
CAMINOS,
CANALES Y PUERTOS

COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE

GRANDES PRESAS
Foto portada: Presa de la Requejada
Coedita:
Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
ISBN: 978-84-38004-57-9
Comité Nacional Español de Grandes Presas
ISBN: 978-84-89567-19-1
Depósito Legal: M-37804-2012
Imprime: Exce Consulting Group
Presentación
ElmarconormativoquedefinelosaspectosgeneralesyloscriteriosdelaSeguridad
de las Presas es competencia del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio
Ambiente(MAGRAMA)atravésdelaSecretaríadeEstadodeMedioAmbienteyde
su Dirección General del Agua.
El desarrollo de este marco normativo comenzó en 1967 con la “Instrucción para
el Proyecto, Construcción y Explotación de Grandes Presas”, que ha estado vigente
durante la época de mayor actividad en el proyecto y construcción de presas y que,
aún hoy, sigue siendo de aplicación.
En el año 1996 se aprobó el “Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Em-
balses” en el que se actualizaron los conceptos y criterios sobre seguridad de presas
que habían evolucionado de forma muy significativa desde la publicación de la Ins-
trucción. Este Reglamento, que incide más específicamente en los temas relativos a
la seguridad, ha tenido una aplicación parcial aunque progresiva gracias a su enfo-
que global de la seguridad.
La coincidencia en la aplicación de ambos documentos normativos (Instrucción y
Reglamento)ylanecesidaddedisponerdeunúnicocuerponormativodeseguridad
depresas,embalsesybalsashallevadoalMAGRAMAaredactarlasNormasTécnicas
de Seguridad (NTS), actualmente en proceso de aprobación.
Las Guías Técnicas de Seguridad de Presas, redactadas por grupos de trabajo com-
puestos por profesionales expertos en este campo, se vienen editando por el Comi-
té Nacional Español (SPANCOLD) de la Comisión Internacional de Grandes Presas
(ICOLD)conlacolaboracióndelColegiodeIngenierosdeCaminos,CanalesyPuer-
tos (CICCP). Presentan el estado del arte en los diversos aspectos relativos a la
seguridaddelaspresasydanrecomendacionesparalaevaluaciónyconsecuciónde
los objetivos de seguridad establecidos por las Normas. Constituyen así unas Guías
Técnicas de referencia para el desarrollo tecnológico de los criterios normativos, y
son utilizadas por los profesionales de presas, tanto en el ámbito español como en
el internacional.
La colección de Guías Técnicas que SPANCOLD viene publicando desde 1997 se
compone de los siguientes documentos:
1. Seguridad de Presas (Compendio de obligaciones legales)
2. Criterios para proyectos de Presas y sus obras anejas
I
II
1. Presas de Hormigón (La actualización de la parte correspondiente a Hor-
migón Compactado con Rodillo (HCR) se ha editado recientemente y se ha
entregadoenversióninglesadurantelacelebraciónenZaragozadelSimposio
Internacional RCC 2012.)
2. Presas de Materiales Sueltos (Edición en 2013)
3. Estudios geológicos - geotécnicos y de prospección de materiales
4. Avenida de proyecto
5. Aliviaderos y Desagües
6. Construcción de Presas y control de calidad
7. Auscultación de las presas y sus cimientos
8. Explotación,ConservaciónyMantenimiento.Enprocesoderedacciónyedición.
Se compone de tres tomos. El primero lo constituye la monografía que aquí se
presenta:
1. Análisis de riesgos aplicado a la gestión de seguridad de Presas y Em-
balses
9. Aspectos ambientales (Edición en 2013)
Este documento presenta el estado actual del Análisis de Riesgos, que se ha consti-
tuidocomounaherramientadegranutilidadenlagestióndePresasyEmbalses.Su
metodología pretende servir de apoyo a la gobernanza de estas importantes insta-
laciones, aportando recomendaciones, fundamentos, referencias y ejemplos nacio-
nales e internacionales en los que sustentar la implantación de sistemas de gestión
integral de la seguridad de estas importantes infraestructuras hidráulicas.
Con ello, se dota a los titulares, administraciones, reguladores, consultores, usua-
rios, servicios de protección civil y todo tipo de agentes y asociaciones vinculadas
a la explotación de presas y embalses de un cuerpo de conocimiento especialmente
útil para la justificación y priorización de inversiones, inspirado en los principios de
transparencia y sostenibilidad. De esta forma, puede dar respuesta y complemen-
tar la legislación vigente, sin que, en ningún caso, sustituya a ésta ni a las buenas
prácticas ingenieriles.
Porúltimo,expresarmiagradecimientoalMinisteriodeAgricultura,Alimentacióny
MedioAmbiente,asícomoalComitéTécnicodeSeguridaddePresasdeSPANCOLD
y al equipo de trabajo que ha asumido la tarea de redacción de la presente mono-
grafía.
José Polimón
Presidente del Comité Nacional Español de Grandes Presas (SPANCOLD)
Prefacio
La edición de la presente Monografía por parte del Comité Nacional Español de
Grandes Presas (SPANCOLD) ha sido posible gracias al desarrollo del proyecto BIA
2006-08948, financiado por el Ministerio Español de Ciencia e Innovación.
Dicho proyecto, titulado “Aplicación del Análisis de Riesgos a los programas de
conservación, mantenimiento, rehabilitación y gestión de la Seguridad de Presas
y Embalses”, perteneciente al Plan Nacional de I+D 2004-2007 fue otorgado en Di-
ciembre de 2006 a la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), actuando como
Investigador Principal Ignacio Escuder Bueno.
El proyecto ha contado con la participación de SPANCOLD bajo la figura de Ente
Promotor Observador, y como tal, el Comité de Técnico Seguridad de Presas de
SPANCOLD,presididoporArturoGilGarcíayconlaeficazcolaboracióndeEduardo
Rojo Martínez como secretario de dicho comité, ha llevado a cabo la coordinación
de la edición de esta Monografía.
La principal fuente del texto que se presenta corresponde con el capítulo de revi-
sión del estado del arte de la Tesis Doctoral de Armando Serrano Lombillo, titu-
lada “Desarrollo de una herramienta completa de análisis y evaluación de riesgos
en seguridad de presas”, dirigida por Ignacio Escuder Bueno y Manuel Gómez de
Membrillera Ortuño, defendida en Marzo de 2011, y financiada por el mencionado
proyecto BIA 2006-08948.
ElobjetivofundamentaldeestaMonografíaesguiarallectordeformaestructurada
y apoyándose en más de 100 referencias científicas, técnicas y prácticas publicadas
en los últimos años. El hilo conductor que da estructura al texto es la concepción
e implantación de modelos de riesgo para el análisis, evaluación y gestión de la
seguridad de presas. Desde esta perspectiva, los trabajos realizados en el ámbito
de la Confederación Hidrográfica del Duero, impulsados por Liana Ardiles López
y Daniel Sanz Jiménez, han permitido conformar un conjunto de referencias que
constituye uno de los ejemplos internacionales más completos y documentados en
los últimos años.
Encualquiercaso,lamonografíaeselresultadodelenriquecimientoypuestaaldía
de dicho texto básico con:
Las discusiones y aportaciones continuas de los miembros del Comité Técnico
de Seguridad de Presas de SPANCOLD.
III
IV
Las enriquecedoras experiencias prácticas publicadas llevadas a cabo por dis-
tintos titulares en España (Confederación Hidrográfica del Duero - Ministerio
de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino; Agencia Catalana del Agua; Iber-
drola) desde el año 2008.
Distintas referencias recientes a las mejores prácticas internacionales en la
materia, como las presentadas en el Tercer Foro Internacional del Análisis de
Riesgos, Seguridad de Presas y Gestión de Infraestructuras Críticas, celebrado
en Valencia en Octubre de 2011, organizado por la UPV y el Department de
Homeland Security Norteamericano (DHS, USA).
Muchas gracias a todos los que la habéis hecho posible.
Índice general
I Memoria 1
1. Introducción 3
2. Glosario 7
3. La gestión de la seguridad basada en riesgo 21
4. El proceso del análisis de riesgo 25
4.1. Los pasos de un análisis de riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2. La identificación y caracterización de modos de fallo . . . . . . . . . 27
5. El modelo de riesgo 31
5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2. Arquitectura del modelo de riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2.1. Planteamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2.2. Escenario normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.2.3. Escenario hidrológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2.4. Escenario sísmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.2.5. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3. Estudio de solicitaciones: avenidas y sismos . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3.1. Las solicitaciones en el análisis de riesgo . . . . . . . . . . . . 42
5.3.2. Estimación de los sismos de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3.3. Estimación de los hidrogramas de avenida . . . . . . . . . . . 44
5.3.4. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.4. Estudio de niveles de embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.4.1. Los niveles previos en el análisis de riesgo . . . . . . . . . . . 46
5.4.2. Obtención de la relación entre nivel previo y probabilidad . . 46
5.4.3. Datos necesarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.4.4. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.5. Estudio de fiabilidad de órganos de desagüe . . . . . . . . . . . . . . 51
5.5.1. La fiabilidad de los órganos de desagüe en el análisis de riesgo 51
5.5.2. El proceso de estimación de la fiabilidad . . . . . . . . . . . . 51
5.5.3. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.6. Estudio de laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.6.1. La laminación en el análisis de riesgo . . . . . . . . . . . . . . 56
5.6.2. Cálculo de la laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
V
VI ÍNDICE GENERAL
5.6.3. Particularidades de la laminación en el análisis de riesgo . . . 57
5.6.4. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.7. Estudio de probabilidades de fallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.7.1. La estimación de las probabilidades de fallo en el análisis de
riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.7.2. Estimación mediante técnicas de fiabilidad . . . . . . . . . . . 62
5.7.3. Estimación mediante juicio de experto . . . . . . . . . . . . . 63
5.7.4. Metodologíasespecíficasparalaestimacióndeprobabilidades
de fallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.7.5. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.8. Estudio de hidrogramas de rotura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.8.1. La estimación de los hidrogramas de rotura en el análisis de
riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.8.2. Cálculo de hidrogramas de rotura . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.8.3. Cálculo de los caudales pico mediante relaciones empíricas . 66
5.8.4. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.9. Estudio de consecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.9.1. La estimación de consecuencias en el análisis de riesgo . . . . 68
5.9.2. El proceso de estimación de consecuencias . . . . . . . . . . . 70
5.9.3. Obtención de curvas de consecuencias . . . . . . . . . . . . . 72
5.9.4. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.10.Cálculo de riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.10.1.Planteamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.10.2.Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.11.Niveles de detalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6. Evaluación de riesgo y ayuda a la toma de decisiones 83
6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2. Recomendaciones de tolerabilidad del USBR . . . . . . . . . . . . . . 84
6.3. Recomendaciones de tolerabilidad del ANCOLD . . . . . . . . . . . . 84
6.4. Recomendaciones de tolerabilidad del USACE . . . . . . . . . . . . . 86
6.5. Indicadores de eficiencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.6. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7. Hacia herramientas de gestión integral de apoyo a la gobernanza en
seguridad de presas 93
II Apéndices 97
A. Estimación de la fiabilidad de compuertas 99
A.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
A.2. Lógica de los árboles de fallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
A.3. Simbología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
A.4. Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
A.5. Combinación de probabilidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107