caracterización de la rotura de presas de escollera por ... · escollera por sobrevertido durante...

Tema D: Estructuras Hidráulicas

Caracterización de la rotura de presas de escollera por

sobrevertido mediante la realización de ensayos en modelo

físico

Miguel Ángel Toledo. Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. UPM

[email protected]

Cristina Lechuga. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. CEDEX

[email protected]

Hibber Campos. Ingeniero Civil. UPM

[email protected]

Rafael Morán. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. UPM

[email protected]

Mª Isabel Berga. Ingeniero Técnico de Obras Públicas. CEDEX

[email protected]

Mª del Pilar Viña. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. CEDEX

[email protected]

1 Introducción y objetivos El estudio del modo en que se produce la rotura de presas de escollera cuando se produce un vertido sobre su coronación (fenómeno que denominamos sobrevertido) ha sido línea de investigación prioritaria del Departamento de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética de la UPM desde hace más de una década. El Centro de Estudio Hidrográficos (CEH), del CEDEX, hizo suya esta línea en el año 2004 y desde entonces la colaboración entre ambos organismos ha sido continua, abordando el problema mediante realización de ensayos sistemáticos en modelo físico. En el año 2008 se unió al estudio de este complejo problema CIMNE, aportando su capacidad de modelación numérica, de modo que la alianza de estas tres entidades está facilitando el avance en el conocimiento de un problema tan complejo.

El objeto de esta comunicación es describir los últimos avances en la caracterización de la rotura de las presas de escollera por sobrevertido durante la fase de inicio de la brecha, es decir, desde que se inicia el vertido sobre la coronación hasta el momento en que la rotura alcanza la coronación de la presa. Por tanto, se refiere a los trabajos de modelación física realizados en los laboratorios de hidráulica de la ETS de Ingenieros de Caminos de la UPM y del CEH del CEDEX.

2 Campañas de ensayos Se han realizado cuatro campañas: 1) campaña previa para evaluar el efecto de la aleatoriedad en la rotura de la presa; 2) campaña específica para evaluar el efecto pared; 3) campaña específica para evaluar el efecto de escala; 4) campaña general para evaluar el efecto de los principales parámetros, ensayando tres tamaños de grava, taludes distintos aguas abajo de la presa y configuraciones distintas del elemento impermeable (sin elemento impermeable, con pantalla externa y con núcleo interno). En todos los casos el talud aguas arriba de la presa es M=1,5; el ancho de la coronación es de 20 cm y el ancho de la presa es el característico de cada canal de ensayo: 40 cm en el canal pequeño (CEDEX), 100 cm en el canal mediano (CEDEX) y 248 cm en el canal grande (UPM).


Tabla 1 Campaña de ensayos UPM-CEDEX

Centro Material Elemento Imperm. Características Canal

UPM M1 D50=8mm SEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5/1,75/2,5/2,7 - H=0,60m CG

UPM/CEDEX

M6 D50=7,36mm M2 D50=16,49mm M2 D50=17,33mm M3 D50=35mm

SEI/Aleatoriedad SEI/Aleatoriedad SEI/Aleatoriedad SEI/Aleatoriedad

M=1,5 - N=1,5/2,2/3 - H=1,00m (Diez ensayos) M=1,5 - N=2,2 - H=1,00m (Tres ensayos) M=1,5 - N=1,5/2,2/3 - H=1,00m (Catorce ensayos) M=1,5 - N=3 - H=1,00m (Dos ensayos)

CM CG CM CG

UPM M2 D50=16mm SEI/Efecto Pared M=1,5 - N=3 - H=1,00m (Cuatro pruebas) CG

M3 D50=35mm SEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/2,5/3 - H=1,00m CG

CEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/3 - H=1,00m CG UPM

CN/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/3 - H=1,00m CG

CEDEX M3 D50=10mm CEI/Efecto escala M=1,5 - N=1,5/2,5/3,5 CMCP

M4 D50=35mm CEI/Efecto escala H=0,80m/h=0,228 CPCM

M5 D50=12,64mm SEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5(UPM/CEDEX)/2,2(UPM)/3(UPM-CEDEX) CG/CM

H=1,00m CEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5(CEDEX)/2,2(CEDEX)/3(UPM-CEDEX) CG/CM

UPM/CEDEX

CN/Campaña general M=1,5 - N=1,5(UPM-CEDEX)/2,2(UPM)/3(UPM) CG/CM

M6 D50=7,36mm SEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/3,0 - H=1,00m (Diez ensayos) CM

CEI/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/3,0 - H=1,00m (Cuatro ensayos) CM CEDEX

CN/Campaña general M=1,5 - N=1,5/2,2/3,0 - H=1,00m (Cinco ensayos) CM CEI=con elemento impermeable, SEI=sin elemento impermeable, CN=con núcleo

M=Talud aguas arriba, N=Talud aguas abajo, H=Altura de presa

3 Instalaciones y procedimientos de ensayo Las instalaciones utilizadas para el desarrollo de los ensayos han sido las disponibles en los laboratorios de hidráulica de la ETS de Ingenieros de Caminos UPM y del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. Se han utilizado tres tamaños de canal:

Canal pequeño (CEDEX): 0,40 m de anchura; 0,60 m de altura y 12,0 m de longitud.

Canal mediano (CEDEX): 1,0 m de anchura; 1,1 m de altura y 12,0 m de longitud.

Canal grande (UPM): 2,48 m de anchura; 1,4 m de altura y 13,7 m de longitud.

Las presas de escollera se han construido dentro de los canales de modo que las perturbaciones del sistema de alimentación no afecten al modelo. Durante los ensayos se han registrado el caudal de entrada y salida del modelo, la carga hidráulica aguas arriba y aguas abajo de la presa, los cambios de presión del agua en la base de la presa y el grado de avance de la rotura. Un sistema de fotogrametría sirve de apoyo para obtener los planos de rotura de las presas de algunos de los ensayos. Existe además un registro fotográfico y de vídeo de cada uno de los ensayos realizados.

El método establecido para los ensayos ha sido por escalones de caudal, lo que proporciona el máximo avance de la rotura para cada caudal. El cambio de caudal se realiza cuando el proceso de rotura del escalón se ha estabilizado. El tiempo mínimo para cada escalón de caudal se ha establecido en 20 minutos. Los datos antes indicados se registran para cada escalón de caudal, una vez estabilizado el proceso de rotura.

Una descripción más detallada de las instalaciones y del procedimiento de ensayo puede verse en el comunicado de técnicas de ensayo de rotura de presas de escollera por sobrevertido de la VIII Jornadas Españolas de Presas (Córdoba Nov. 2008).


Figura 1 Canal pequeño (CEDEX)

Figura 2 Canal mediano (CEDEX)

Figura 3 Canal Grande (UPM)

4 Resultados Se presenta una tabla con las características de la presa y el caudal de rotura en cada ensayo.

Tabla 2 Características de la presa y el caudal de rotura en cada ensayo

CENTRO/TALUD(N) MATERIAL Qrotura (l/s) Qr-unitario

(l/s/m) Característica

UPM N=1,5 M1 D50=8mm 21,49 8,67 SEI UPM N=1,75 23,35 9,42 UPM N=2,5 21,04 8,48 UPM N=2,7 20,27 8,17 CEDEX N=1,5 M2 D50=17,33mm 21,375 21,38 SEI CEDEX N=1,5 21,144 21,14 CEDEX N=1,5 21,491 21,49 CEDEX N=1,5 22,929 22,93 UPM N=2,2 M2 D50=16,49mm 50,03 20,17 SEI UPM N=2,2 51,29 20,68 UPM N=2,2 55,79 22,49 CEDEX N=2,2 M2 D50=17,33mm 25,514 25,51 SEI CEDEX N=2,2 23,5572 23,56 CEDEX N=2,2 23,049 23,05 CEDEX N=2,2 22,84 22,84 CEDEX N=2,2 24,773 24,77 CEDEX N=2,2 21,058 21,06 CEDEX N=3 M2 D50=17,33mm 23,049 23,05 SEI CEDEX N=3 21,144 21,14 CEDEX N=3 19,988 19,99 CEDEX N=3 21,173 21,17 UPM N=3 M3 D50=35mm 84,32 34,00 SEI UPM N=3 93,42 37,67 UPM N=2,5 93,42 37,67 UPM N=2,2 94,56 38,13 UPM N=1,5 93,76 37,81 UPM N=2,2 M3 D50=35mm 93,76 37,81 CEI UPM N=3 93,42 37,67 UPM N=1,5 88,12 35,53 UPM N=3 M3 D50=35mm 79,30 31,98 CN UPM N=2,2 82,47 33,26 UPM N=1,5 84,01 33,88 UPM N=1,5 86,46 34,86

CEI=con elemento impermeable, SEI=sin elemento impermeable, CN=con núcleo


Tabla 2 (Continuación) Características de la presa y el caudal de rotura en cada ensayo

CENTRO/TALUD(N) MATERIAL Qrotura (l/s) Qr-unitario

(l/s/m) Característica

CEDEX N=1,5 M5 D50=12,64mm 21,144 21,14 SEI CEDEX N=3 21,087 21,09 UPM N=2,2 M5 D50=12,64mm 40,85 16,47 SEI UPM N=3 42,39 17,09 CEDEX N=2,2 M5 D50=12,64mm 19,011 19,01 CEI CEDEX N=3 21,087 21,09 CEDEX N=1,5 17,196 17,20 UPM N=3 M5 D50=12,64mm 39,24 15,82 CEI CEDEX N=1,5 M5 D50=12,64mm 17,196 17,20 CN UPM N=3 M5 D50=12,64mm 47,12 19,00 CN UPM N=2,2 41,62 16,78 UPM N=1,5 44,60 17,98 CEDEX N=1,5 9,055 9,06 SEI CEDEX N=1,5 M6 D50=7,36mm 8,616 8,62 CEDEX N=1,5 9,105 9,11 CEDEX N=3 9,138 9,14 SEI CEDEX N=3 10,246 10,25 CEDEX N=3 M6 D50=7,36mm 10,336 10,34 CEDEX N=3 10,139 10,14 CEDEX N=3 9,979 9,98 CEDEX N=2,2 M6 D50=7,36mm 8,957 8,96 SEI CEDEX N=2,2 7,48 7,48 CEDEX N=2,2 M6 D50=7,36mm 8,409 8,41 CEI CEDEX N=3 8,393 8,39 CEDEX N=1,5 7,51 7,51 CEDEX N=2,2 M6 D50=7,36mm 7,156 7,16 CN CEDEX N=2,2 8,206 8,21 CEDEX N=3 M6 D50=7,36mm 8,123 8,12 CN CEDEX N=3 8,44 8,44 CEDEX N=1,5 M6 D50=7,36mm 7,51 7,51 CN

CEI=con elemento impermeable, SEI=sin elemento impermeable, CN=con núcleo

5 Discusión y conclusiones

5.1 Caracterización del proceso de rotura.

La rotura de una presa de escollera sometida al paso de agua sobre su coronación, o a través de su cuerpo, si no dispone de elemento impermeable, se inicia en el pie de aguas abajo, y progresa hacia aguas arriba a medida que se incrementa el caudal. La evolución de la rotura en su fase de inicio de la brecha, para una rotura por escalones de caudal como la descrita anteriormente, queda caracterizada en sus aspectos fundamentales por el caudal de rotura y el camino de rotura, definidos del siguiente modo (Toledo, 1997):

Caudal de rotura (Qr): Es el mínimo caudal que lleva la rotura hasta el extremo de aguas abajo de la coronación de la presa.

Camino de rotura (CR): Para definir el camino de rotura se representa el siguiente gráfico: En abscisas se coloca el caudal correspondiente a cada escalón, expresado de forma adimensional dividiéndolo por el caudal de rotura. En ordenadas se pone el grado de avance de la rotura (B), expresado de forma adimensional dividiéndolo por, producto de la altura de la presa por el talud (NxH). El grado de avance de la rotura se define como la proyección sobre la base de la presa del segmento limitado por el pie de aguas abajo y el punto más alto del espaldón afectado por la rotura. La línea definida por la sucesión de puntos correspondientes a esos pares de valores se denomina camino de rotura.

Para caracterizar el proceso de rotura, se definen además los siguientes conceptos:


Caudal de incubación(Qi): Es el máximo caudal que no produce daños apreciables en la presa. Solo para caudales mayores que él se producirán deslizamientos en masa o la formación de canales de erosión claramente identificables. El caudal de incubación puede expresarse de forma adimensional dividiéndolo por el caudal de rotura.

Índice de fragilidad (If): Es el cociente resultante de dividir el caudal de rotura por el caudal de incubación. Cuanto menor es el índice de fragilidad, mayor es la fragilidad de la rotura, en el sentido de requerir un aumento de caudal más pequeño respecto del de incubación para que la rotura llegue a la coronación de la presa. Cuanto mayor es el caudal de incubación expresado de forma adimensional, menor es el índice de fragilidad y por tanto mayor la fragilidad de la rotura.

De acuerdo con lo expuesto, el proceso de rotura de la presa en su fase de inicio de brecha puede caracterizarse: a) por su mayor o menor caudal de rotura; b) por la cuantía de su caudal de incubación; c) como de rotura frágil o progresiva, según su índice de fragilidad; d) como de avance regular o irregular, con camino de rotura zigzagueante en el segundo caso; e) como de avance lineal, o de ritmo creciente o decreciente, según la forma del camino de rotura.

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0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

UPM N=2,5

UPM N=1,5

UPM N=1,75

UPM N=2,7

Q/Qr

B/(NH)

Material Nº1 D50=8mm UPM (SEI)

Q/Qr Vs. B/(NH) H=1,00m

Figura 4 Grado de avance de rotura D50=8 mm H=1,00m SEI

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

CEDEX(1) N=1,5

CEDEX(2) N=1,5

CEDEX(3) N=1,5

CEDEX(1) N=2,2

CEDEX(2) N=2,2

CEDEX(1) N=3

CEDEX(2) N=3

CEDEX(3) N=3

CEDEX(4) N=3

CEDEX(5) N=3

Q/Qr

B/(NH)

Material Nº6 D50=7,36mm CEDEX (SEI)

Q/Qr Vs. B/(NH)

Figura 5 Grado de avance de rotura D50=7,36 mm H=1,000m SEI

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

UPM(1) N=3

UPM(2) N=3

UPM N=2,5

UPM N=2,2

UPM N=1,5

Q/Qr

B/(NH)

Material Nº3 D50=35mm UPM (SEI)

Q/Qr Vs. B/(NH) H=1,00m

Figura 6 Grado de avance de rotura D50=35 mm H=1,00m SEI

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

CEDEX(1) N=2,2

CEDEX(2) N=2,2

CEDEX(1) N=3

CEDEX(2) N=3

CEDEX N=1,5

Q/Qr

B/(NH)

Material Nº6 D50=7,36mm CEDEX (CN)

Q/Qr Vs. B/(NH)

Figura 7 Grado de avance de rotura D50=7,36 mm H=1,000m CN

5.2 Aleatoriedad

El proceso de rotura está sujeto a ciertas contingencias que pueden dificultar el pronóstico, dado que resulta inabordable el estudio del efecto del agua sobre cada partícula y el de cada partícula sobre las demás. El que resulte movilizada esta piedra y no aquélla puede dar como resultado inmediato una evolución muy diferente del proceso de rotura, postulándose la existencia de partículas clave (Toledo,1997). La posibilidad de realizar cada ensayo un cierto número de veces para tratar los resultados de forma estadística es inviable, dado que la mayoría de los ensayos implican la colocación de varias toneladas de material. Para conocer la posibilidad de extraer conclusiones de una campaña de ensayos en que cada ensayo se realizaría una sola vez era necesario analizar previamente el efecto de la aleatoriedad en los principales resultados del ensayo. Para ello se repitió un ensayo tres veces y otro 2 veces en las instalaciones de UPM en idénticas condiciones de geometría, material y forma de colocación. De forma análoga se procedió en las instalaciones del CEDEX.


Se observó que, si bien el camino de rotura seguido presenta una apreciable variabilidad en la fase inicial, la tendencia es a converger para finalizar con caudales de rotura muy similares. A modo de ejemplo, puede citarse el caso sin elemento impermeable con material de D50=16,49 mm y talud 2,2 para el que los caudales de rotura (caudal de rotura interpolado) fueron en los tres ensayos realizados en idénticas condiciones de 48 l/s, 47 l/s y 51 l/s respectivamente (ver Figura 8 ). Para el material con D50=35,00 mm y talud 3, también sin elemento impermeable, la rotura (caudal de rotura interpolado) se produjo con 84 l/s y 83 l/s en cada uno de los dos ensayos. Todos estos ensayos se realizaron en el canal grande de UPM. El resultado obtenido parece lógico si se espera una cierta compensación de efectos aleatorios de diverso sentido, mayor a medida que avanza el proceso de rotura.

De acuerdo con estos resultados, parece que las conclusiones obtenidas de una campaña sin repetición de ensayos serán más fiables cuando se refieran a la fase final de la rotura que cuando se refieran a la fase inicial. Parece también que el parámetro fundamental, caudal de rotura, puede analizarse adecuadamente. No obstante, se realizarán más ensayos para analizar el efecto de la aleatoriedad.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

UPM M2 N=2,2

UPM M2 N=2,2

UPM M2 N=2,2

Coronación

Q (l/s)

B (m)

Grado de avance de la rotura

D50=16,49mm N=2,2 H=1,00m

Figura 8 Aleatoriedad en el inicio de rotura de la presa D50=16,49 mm N=2,2 H=1,00m

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

Coronación

Q (l/s)

B (m)


D50=17,33mm N=2,2 H=1,00m


0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

CEDEX M2 N=1,5

CEDEX M2 N=1,5

CEDEX M2 N=1,5

CEDEX M2 N=1,5

Coronación

Q (l/s)

B (m)


D50=17,33mm N=1,5 H=1,00m


0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

CEDEX M2 N=3

CEDEX M2 N=3

CEDEX M2 N=3

CEDEX M2 N=3

Coronación

Q (l/s)

B (m)


D50=17,33mm N=3 H=1,00m


0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

UPM M2 N=2,2

UPM M2 N=2,2

UPM M2 N=2,2

Coronación

Q (l/s)

ha (cm)

ha vs. Q

D50=16,49mm N=2,2 H=1,00m

Figura 12 Variación de niveles en la presa D50=16,49 mm N=2,2 H=1,00m

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

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120,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

CEDEX M2 N=2,2

Coronación

Q (l/s)

ha (cm)

ha vs. Q

D50=17,33mm N=2,2 H=1,00m

Figura 13 Variación de niveles en la presa D50=17,33 mm N=2,2 H=1,00m


5.3 Efecto de escala

Se han realizado ensayos en los canales pequeño y mediano del CEDEX para taludes de aguas abajo de 1,5; 2,5 y 3,5. Cada presa montada en el canal pequeño es un modelo a escala 3,5 de la correspondiente presa del mismo talud montada en el canal mediano, que se considera prototipo. El material del modelo tiene un D50 de 10 mm, y de 35 mm el material del prototipo. Las curvas granulométricas de ambos materiales tienen una forma muy similar y también son similares la porosidad, las densidades seca y saturada y el ángulo de rozamiento interno. En ambos casos se trata de materiales con partículas angulosas procedentes de la misma cantera. Las presas se impermeabilizaron mediante pantalla sobre el talud de aguas arriba.

Se realizó un análisis de las alturas de lámina y caudales de rotura, es decir, los que llevan ésta hasta la coronación de la presa. De acuerdo con la semejanza de Froude, las alturas de lámina de prototipo se obtienen multiplicando las del modelo por el factor de escala (3,5 en este caso). Los caudales unitarios deben multiplicarse por el factor de escala elevado a 3/2 (con caudales totales el exponente sería de 5/2).

Tabla 3 Análisis de las alturas de lámina y caudales de rotura obtenidos en ensayos y calculados mediante semejanza de Froude

Talud 1,5 Talud 2,5 Talud 3,5

MODELO Altura de lámina de rotura (hrm) (cm) 2,04 1,80 2,30 Caudal unitario de rotura (qrm) (l/s/m) 5,3 9,5 6,5

PROTOTIPO (ensayo) Altura de lámina de rotura (hrpe) (cm) 7,40 6,45 8,20 Caudal unitario de rotura (qrpe) (l/s/m) 36 46 45

PROTOTIPO (por semejanza) Altura de lámina de rotura (hrps) (cm) 7,15 6,30 8,40 Caudal unitario de rotura (qrps) (l/s/m) 35 62 43

Dada la complejidad del proceso de rotura y la distinta anchura de los canales, con distinto efecto pared, resulta sorprendente la concordancia para todos los taludes, entre las alturas de lámina y caudales de rotura medidos durante el ensayo en el prototipo, y los deducidos por semejanza a partir de los resultados del modelo. Únicamente se observa una discrepancia entre caudales de rotura para talud 2,5 que más puede atribuirse a un error de lectura, pues dada la concordancia entre alturas de lámina, la discordancia entre caudales es difícil de explicar. El resultado es alentador, si bien debe tenerse en cuenta que son pocos ensayos y que el factor de escala es muy pequeño. Se prevé la construcción de una instalación de ensayo en el CEDEX que permitirá realizar ensayos de rotura con presas de hasta 4 m de altura, lo que permitirá estudiar con mayor rigor el efecto de escala, esencial para que los modelos físicos resulten útiles en la práctica.

5.4 Caudal de rotura

La campaña general de ensayos tiene por objeto determinar la influencia de los principales factores en el proceso de rotura, y abarca un gran número de ensayos, con diferentes taludes de aguas abajo, materiales de distinto tamaño y diferentes elementos de impermeabilización. El caudal de rotura es un parámetro esencial, pues el elemento impermeable de la presa no resultará afectado por la rotura si el caudal de sobrevertido es menor que el de rotura y, en tal caso, puede excluirse la posibilidad de una rotura catastrófica.

Los resultados de los ensayos muestran claramente que el caudal de rotura depende del material, con mayor valor en los materiales más gruesos, y de la altura de la presa, siendo mayor en las presas más altas. En cambio, no se observa una clara dependencia del talud de aguas abajo ni del tipo de impermeabilización. Debe tenerse en cuenta que la precisión en la determinación del caudal de rotura es pequeña. Por limitación de tiempo en una jornada, el número de escalones de caudal se limita a unos 6 ó 7, no disponiéndose de información para otros caudales que no correspondan a uno de los escalones elegidos. Consideramos que la precisión en la determinación del caudal de rotura ha sido insuficiente para captar la dependencia respecto del talud, que por otra parte es de segundo orden en comparación con la influencia del material y la altura de presa. Cabe pensar lo mismo en lo que se refiere a la dependencia del tipo de elemento de impermeabilización.


0

5

10

15

20

25

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35

40

45

0 10 20 30 40

8

16.49

17.33

35

12.64

7.36

12.64

Qr-unit. (l/s/m) D50 vs. Qr-unitario

D50 (mm)

Figura 14 Variación del D50 con el caudal de rotura unitario

5.5 Evolución de la rotura

Como se explicó al comienzo de este apartado, el proceso de rotura queda caracterizado en sus aspectos fundamentales por el caudal y el camino de rotura. Como ya se comentó al analizar el efecto de la aleatoriedad, el camino de rotura resulta variable en los comienzos del proceso, para ir convergiendo a grados de avance más predecibles en la fase final. A pesar de ello, se observan ciertas tendencias que merece la pena comentar y que serán objeto de estudio en posteriores campañas de ensayos.

Resulta bastante generalizado que las presas con mayor talud tengan caudales de incubación más elevados que las de menor talud (ver Figura 4 ). Para talud 1,5 los caudales de incubación oscilan entre el 15 y el 30% en la mayor parte de los casos, mientras que para talud 3 varían entre el 45 y el 70%. Esta tendencia es muy clara y se observa en todos los materiales ensayados. Esto implica que las presas con talud suave tienen una rotura más frágil, mientras que la rotura es más progresiva en las presas con talud empinado. En cambio, no se observa una influencia clara del tamaño del material ni del tipo de impermeabilización en el camino de rotura.

6 Bibliografía Toledo, M. A. (1997). "Presas de escollera sometidas a sobrevertido. Estudio del movimiento del agua a través de la escollera y de la estabilidad frente al deslizamiento en masa." Tesis Doctoral.

Campos, H., García, J., Díez, A., Aguirre, J., Toledo, M.A. (2008). "Técnicas de ensayo de rotura de presas de escollera por sobrevertido". VIII Jornadas Españolas de Presas.

Campos, H., Morán, R., García, J., Toledo, M.A. (2009). "Estudio del inicio y avance de la rotura en una presa de escollera debido al sobrevertido". II Seminario Plataforma Tecnológica de Laboratorios de Hidráulica de España.

Lechuga, C., Toledo, M. A., Oñate, E. (2008). “Análisis del comportamiento de las presas de escollera ante un vertido por coronación”. XXXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica.

Toledo, M. A., Lechuga, C., Morán, R. (2008). “Investigación mediante modelo físico del comportamiento de las presas de escollera ante un vertido sobre coronación”. VIII Jornadas Españolas de Presas.

Lara, A.; Lechuga, C., Berga, M. I., Viña, M. P. (2009). “Análisis del comportamiento de presas de escollera ante un vertido por coronación”. II Seminario Plataforma Tecnológica de Laboratorios de Hidráulica de España.


7 Agradecimientos Al Ministerio de Ciencia e Innovación, como entidad financiadora de la campaña de ensayos en modelo físico, que constituye la base de estos estudios. Dicha campaña se enmarca dentro del proyecto de investigación del Plan Nacional de I+D 2007-2011 denominado “Caracterización de la rotura de las presas de escollera por sobrevertido y desarrollo de criterios para evaluar la seguridad del conjunto presa-área afectada durante una avenida”, (XPRES) con código de identificación BIA2007-68120-C03-021.

Al Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino, por depositar su confianza en el CEDEX para desarrollar estos trabajos dentro del Convenio “Realización de asistencia técnica, investigación y desarrollo tecnológico en materia de gestión del dominio público hidráulico y explotación de obras” dentro de la Actividad 9 “Análisis del comportamiento de las presas de escollera en caso de un vertido por coronación”.

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