En las últimas décadas ha surgido una creciente demanda de seguridad en las sociedades más desarrolladas. En lo que se refiere a la seguridad hidrológica de presas, estos criterios se manifiestan, por ejemplo, en el aumento de los períodos de retorno de las avenidas de diseño. Como parte de esa revisión normativa, en la actualidad se exige a los titulares de infraestructuras hidráulicas la redacción e implantación de un plan de emergencia que contenga la descripción de los escenarios de avería grave y rotura, una estimación de sus consecuencias y un plan de medidas de aviso a la población. Este requerimiento choca con la escasez de herramientas fiables para la estimación del proceso de rotura de presas por sobrevertido y, por tanto, para el cálculo del hidrograma de rotura que es la base de la clasificación de la presa y de la implantación del plan de emergencia.
Actualmente, los programas de cálculo hidráulico de propagación de avenidas y estimación de las zonas inundables por rotura de presas implementan en sus códigos un hidrograma de rotura basado en modelos estadísticos de base empírica obtenidos a partir de datos históricos de roturas, sin tener en cuenta las características propias de cada presa. Por tanto, los hidrogramas de rotura que se manejan actualmente se adaptan poco a la realidad del fenómeno que los desencadena: al no tenerse en cuenta las características de cada presa, resulta muy complicado tener una estimación razonable del riesgo real generado por cada una de ellas.
Imagen 1. Montaje del ensayo de rotura de presa
Existen modelos de base física que intentan modelar el proceso de rotura de una presa de materiales sueltos por sobrevertido, pero estos modelos se basan en la hipótesis de que la rotura se produce mediante una erosión progresiva. Esta hipótesis resulta aceptable para presas homogéneas tipo "todo-uno" o en presas de núcleos extremadamente grueso, pero se adaptan mal al mecanismo de rotura de las presas de escollera con núcleo central (o inclinado) o las presas de pantalla artificial. En estos casos, el mecanismo de rotura que prevalece es la "rotura estructural", fallando el núcleo de material cohesivo o la pantalla por agotamiento de la resistencia a cortante o por la flexión a que se ve sometido una vez que pierde el apoyo del espaldón. Concretamente en lo que se refiere al núcleo, este problema estructural es un reto en sí mismo, puesto que su modelación numérica requiere considerar una ley constitutiva adecuada al material cohesivo y, sobre todo, reproducir fielmente la fractura del mismo.
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Imagen 2. Llenado del embalse.
La rotura de presas de escollera con elemento impermeable es un fenómeno complejo ya que engloba la intervención de diferentes mecanismos: erosión superficial del material del espaldón de aguas abajo, filtración no lineal en presas de escollera, rotura del propio elemento impermeable, etc. En estos casos, la liberación de caudales en el tiempo está controlada mayoritariamente por la rotura del elemento impermeable que puede ser más o menos brusco, dependiendo de sus características geomecánicas.
Imagen 3. Aparición de grietas en la presa.
Para abordar toda esta problemática, por tanto, se requiere de avances en la investigación del proceso. El Grupo INCLAM es plenamente consciente de esta necesidad pues, no en vano, trabaja desde hace años en uno de los programas de modelación hidráulica bidimensional más destacados, el Guad2D. Asimismo, consciente de la oportunidad de mejora y conocedor de las investigaciones realizadas en esta materia del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) y del Grupo de Investigación en SEguRidad de Presas y Aliviaderos (Grupo SERPA), promovió la puesta en marcha conjunta de este proyecto que se marcó como principal objetivo el de obtener un modelo que permita determinar el hidrograma de rotura de una presa de escollera basado en las características particulares de la presa, tanto geométricas como de materiales.
Imagen 4. Situación de la presa tras la rotura.
Este proyecto, apoyado por el Ministerio de Ciencia en la Convocatoria Retos-Colaboración 2016 y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), dio comienzo en noviembre de 2016 y se encuentra ya en la fase de ensayos en modelo físico a escala de validación del módulo de cálculo desarrollado, tarea con la que finalizará el proyecto según lo planificado inicialmente y que está arrojando resultados muy optimistas sobre la idoneidad de las investigaciones emprendidas por este proyecto.
