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Erosión interna de una presa
Hace unos días se produjo la rotura de la balsa de Valverde de la Vera. Según los datos que he podido leer en internet se produjo una pequeña fisura en el cuerpo de la balsa que produjo la posterior rotura. Desde la distancia y sin tener ingún dato objetivo se puede pensar que el fallo esté relacionado con un problema de erosión interna de la balsa (arrastre de material). ¿Se ha producido algún fallo previo en la impermeabilziación que ha dado lugar a este problema de erosión? El objeto de este post no es analizar la rotura producida sino resumir algunas ideas sobre el problema de erosión interna en las presas.
Este problema de erosión interna se ha producido en algunas presas antiguas construidas sin control de filtraciones. En esos casos, puede darse la circunstancia de que el agua aflore en el talud de aguas abajo creando una inestabilidad que, en terrenos granulares, consistiría en deslizamientos superficiales que desorganizarían el talud y podrían conducir a una situación posterior de rotura.
Este problema concreto ha sido objeto de estudio y parece que la situación crítica se alcanza para un cierto caudal crítico, dado por la expresión siguiente:
En esta fórmula empírica, propuesta por EBL Kompetanse (2005) el caudal “qc” se expresa en m3/s por m.l. (esto es en m2·s-1) y d50, que es el tamaño medio de las partículas del terreno, se expresa en metros (m). El ángulo α es el que forma el talud de aguas abajo con la horizontal.
Es difícil que una presa construida con un sistema de filtro y dren bien estudiado pueda presentar un problema de erosión interna del propio cuerpo de presa. Pero existen en España algunas presas antiguas construidas sin este sistema esencial de filtro y dren (Cazalegas y Vallehermoso).
Para solventar este tipo de problemas existen, al menos, dos procedimientos posibles:
a) Construir un refuerzo del espaldón de aguas abajo, que incluya un filtro y un dren y sobre ellos un amplio peso, lo que supone tender notablemente el talud de aguas abajo.
b) Construir una pantalla impermeable continua desde el centro de la coronación.
La segunda opción es muy intuitiva pero no resuelve del todo el problema pues sigue faltando un sistema de drenaje que pueda recoger las aguas que se escapen del sistema de impermeabilización. Y por ese motivo, el primer procedimiento parece más adecuado.
Erosión interna del terreno
En los últimos días se han recogido en la prensa algunas noticias relacionadas con hundimientos (en el túnel bajo la plaza de República Dominicana en Madrid, en Motril..) asociados a posibles roturas de tuberías de agua.
¿Por qué suceden estas incidencias? Se sabe que el agua puede erosionar el agua y transportalo. Este fenómeno se produce cuando la tensión de corte que el agua ejerce sobre la superficie del suelo es suficientemente alta para “arrancar” partículas y la velocidad del agua es suficientemente grande para transportarla. Sin embargo, a pesar de ser un fenómeno conocido, no existe una ley que expliquen los detales del proceso. Es más, existen diversas formas de erosión.
Cuando el agua circula por un terreno arenoso, teóricamente, si el agua arrastra las partículas de arena formando un conducto, éste sería inestable puesto que las arenas no tienen cohesión y no sería posible formar un hueco estable. Sin embargo, en oasiones se ha observado que el proceso no de detiene.
Los casos reales estudiados indican que el gradiente crítico que produce este tipo de rotura es mucho menor que la unidad. Según Schmertman (2000) sería:
Icritico = 0,05+0,183 (Cu-1) siendo Cu el coeficiene de uniformidad (la expresión anterior sólo es va´lida para Cu<3).
Como se ve los valores son mucho menores que los gradientes que producen el levantamiento de fondo (que son del orden de la unidad).
Y no sabemos mucho más. Como he comentado antes, no existe una formulacion riguosa y contrastada que estudie el problema. Normalmente este tipo de problemas los solucionamos por vía empírica. Si alguno quiere profundizar en el tema os dejo dos referencias:
Sills, G.L. and Vroman, N (2007). A review of Corps of Engineers levee seepage practices in the United States. In Internal Erosion of Dams and their Foundations, Editors R Fell and J-J Fry, Taylor Francis, 209-218.
USACE (2005) Engineering Technical Letter ETL 1110-2-569. Engineering Design – Design guidance for levee under- seepage. US Army Corps of
