CHAPTER 2 – LITERATURE REVIEW
2.4 Understanding substantive knowledge
2.4.3 Historical context
1. Generalidades y clasificación.
Una primera clasificación de las protecciones del espaldón de aguas abajo de las presas de
materiales sueltos puede realizarse considerando la acción frente a la que se protege la presa.
Desde este punto de vista, se puede hablar de dos grandes grupos: en primer lugar, el grupo
formado por las protecciones frente al sobrevertido y, en segundo lugar, el grupo formado por las
protecciones frente a la percolación (through flow, en inglés) entendida ésta como la filtración a
través del espaldón de un caudal anormalmente alto provocado por una pérdida de estanqueidad
accidental en el elemento impermeable o del cimiento de la presa.
La eficacia de los distintos tipos de protecciones puede ser muy diferente dependiendo del tipo de
acción a la que se vea sometida la presa. En algunos casos, la protección frente al sobrevertido
puede ser prácticamente inútil en caso de percolación, y viceversa. En otros casos las
protecciones pueden conseguir un efecto complementario, con distinta eficacia según la acción
principal frente a la que se protege. Este es el caso de los repiés de escollera.
Otra clasificación de las protecciones puede derivarse del uso para el que estén proyectadas. En
general, el uso más habitual es como medida para el incremento de la seguridad con el objeto de
evitar daños en el cuerpo de presa ante una situación accidental o extrema. Sin embargo, la
tecnología de protecciones comienza a ser utilizada en proyectos de aliviaderos de servicio sobre
el cuerpo de presa de materiales sueltos en pequeñas presas, balsas y ataguías como en la presa
del Molino de la Hoz, la presa de Llodio o la presa de Barriga (Couto, Pinto et al. 2007,
Bizcarrondo y Gómez 1970, Álvarez, Montoya et al. 1998, Morán, Toledo et al. 2008) o aliviaderos
de emergencia auxiliares de los aliviaderos principales.
La clasificación habitualmente utilizada entre la comunidad técnica hace referencia a la propia
tecnología de la protección. Lempérière analiza el estado del arte de las protecciones de presas de
escollera frente al sobrevertido (Lempérière 1991). La importancia de este fenómeno se debe a
que es la causa de un tercio de las roturas de presas de materiales sueltos, las cuales representan
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construidas en los años 80) es muy similar al ser éstas de un tamaño mayor, la mayor parte de
ellas superior a 30 m de altura. El 75% de las presas de escollera están cimentadas en roca y están
diseñadas para caudales unitarios inferiores a 5 m2/s. El autor analiza 5 tipos de protecciones
(Figura 22):
a) Escollera sin proteger (con opción de anclaje mediante barras de acero). Soporta el paso
de hasta 1 m2/s de caudal unitario con grandes bloques, si bien aconseja no superar 0,1
m2/s.
b) Escollera armada (gaviones o malla de protección de acero). Las cuantías de acero por
unidad de superficie en el espaldón están entre 50 y 80 kg/m2. El caudal unitario límite
para este tipo de protección es 5 m2/s. La protección adolece de problemas de corrosión y
debilidad frente a cuerpos flotantes cuando se trata de una solución definitiva. Sin
embargo, puede resultar una protección adecuada en estructuras provisionales, como las
ataguías.
c) Pantalla continua aguas abajo (HA). Ha funcionado correctamente con caudales unitarios
de hasta 10 m2/s pudiéndose llegar incluso a 20 m2/s. Por encima de 50 m de altura las
velocidades son demasiado elevadas para su uso. El autor propone una solución
alternativa con una plancha de acero de 1 mm sobre 0,5 m de hormigón.
d) Escalonado de hormigón en el talud con espesores horizontales de entre 3 y 4 m para
caudales en el rango de 5‐10 m2/s. Esta solución permite reducir el talud de aguas abajo.
e) Muro de fábrica vertical resistente al empuje del relleno del cuerpo de presa. Hasta 50
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Figura 22. Algunos tipos de protecciones de presas de escollera. (Fuente: Lempérière 1991)
Tabla 1. Limitaciones de algunas tipologías de protección. (Fuente: Lempérière 1991)
Tal y como indica la Tabla 1 Las soluciones a), b) quedan limitadas por caudal unitario y la c) por
altura. Aconseja las tipologías d) y e). En términos generales, el autor llama la atención sobre dos
cuestiones básicas: el drenaje bajo la capa de protección y la erosión aguas abajo.
Lémperière aboga por evolucionar la tecnología de protecciones para conseguir que las presas de
materiales sueltos puedan verter por coronación. Ello produce un beneficio extra, aprovechar las
capacidades de almacenamiento al máximo debido a la falta de necesidad de los resguardos de
seguridad. En publicaciones más recientes, el autor critica la actual estrategia de disminuir el
riesgo de rotura por sobrevertido con medidas económicamente desproporcionadas, como el
aumento de la capacidad de los aliviaderos de servicio. Incide en la enorme imprecisión de los
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de seguridad de presas actuales (Lempérière y Vigny 2004). Propone plantear nuevos criterios
para mejorar la seguridad de las presas.
2. Protecciones de escollera.
Las protecciones de escollera sin armaduras, anclajes, ni mallas de acero que la refuercen, se
tratan de forma más detallada en los epígrafes 2.5.3; 2.5.4 y 2.5.5 al estar más directamente
relacionadas con la temática de la Tesis.
3. Protecciones de escollera armada.
La escollera armada ha sido muy utilizada en Australia, especialmente en pequeñas presas, presas
con escaso riesgo potencial y ataguías. La protección se basa en reforzar superficialmente la capa
más externa del espaldón mediante un entramado de barras de acero anclado al cuerpo de presa
(Figura 23).
Figura 23. Croquis de una protección de escollera armada. 1: Barras soldadas. 2: Barras de anclaje al cuerpo de presa. 3:
Barras transversales paralelas al talud. 4: Mallado superficial. 5: Barras dobladas, tensadas y soldadas. 6: Panel de
mallado adicional en cimientos (Fuente: ICOLD 1993).
En boletín 89 de ICOLD aparecen las principales referencias del estado del arte de la tecnología y
un listado de antecedentes de presas (Figura 24) diseñadas con este tipo de protección (Sarkaria,
Dworsky 1968, Weiss 1950, Learmonth, Futler 1967, Pells 1978, Shackelford 1970, Fitzpatrick
1977, Webster, Wilkin 1973, Mackellar, Shand 1979, Fitzgerald 1977, Fokkema 1977, Kinstler
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Figura 24. Listado de presas de escollera amada en el mundo (Fuente: ICOLD 1993)
4. Protecciones con pantalla continua rígida de hormigón armado o flexibles.
Existen algunos antecedentes a nivel mundial de protecciones de pantalla continua de hormigón
armado sobre el talud de aguas abajo de la presa. La pantalla continua se cose al cuerpo de presa
mediante un sistema de anclajes que se introducen en el espaldón de aguas abajo. En este tipo de
tecnología, el uso principal es como aliviadero por encima del cuerpo de presa de materiales
sueltos. En el borrador del Manual de Protecciones de la Federal Emergency Management Agency
norteamericana (en la actualidad en fase de redacción) se citan varios antecedentes de este tipo
de protección como el de las presas de Meeks Cabin, Currant Creek, Beaver Lake, Bingham Creek, Dry Creek, Green Canyon, Silver Lake Flat, Loud Thunder y Kinzua Project Upper Reservoir en
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Norteamérica o la presa de Regadera (Colombia) y la presa de Guaremal (Venezuela). En España
existen varios antecedentes de presas en explotación con protección mediante pantalla continua
de hormigón armado en el paramento de aguas abajo. Es el caso de la presa de Llodio
(Bizcarrondo y Gómez 1970) y de la presa del Molino de la Hoz (Álvarez, Montoya et al. 1998) .
En los últimos años se ha desarrollado una nueva tecnología de protección frente al sobrevertido
mediante una pantalla continua flexible construida con materiales bituminosos y áridos
denominada Open Stone Asphalt (Bieberstein, Quieber et al. 2004). Se trata de una tecnología
basada en una mezcla de gravas y arenas con betunes para formar una protección frente a la
erosión en el talud de aguas abajo de la presa de materiales sueltos. Una de las primeras
referencias es la presa alemana de Mönchzell, protegida para un caudal unitario de diseño de 0,40
m3/s/m (Figura 25). Se trata de una protección que tiene cierta permeabilidad, y que para
espaldones con permeabilidad media podría eliminar la subpresión del contacto entre el espaldón
y la protección. La ventaja adicional es la posibilidad de revegetar sobre la protección mejorando
la estética y armonía con el entorno.
Figura 25. Sección tipo de la presa de Mönchzell, protegida mediante Open Stone Asphalt. (Fuente: Bieberstein 2004)
5. Escalonado de hormigón.
La protección mediante un escalonado formado por tongadas de hormigón compactado con
rodillo (HCR) u hormigón en masa (Figura 26) ha sido usada con frecuencia, especialmente en los
Estados Unidos de América. En este país hay más de 70 antecedentes referenciados (Woodward‐
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la Portland Cement Association (2002) aparecen los antecedentes y los criterios de diseño de este
tipo de protección con un importante número de referencias bibliográficas.
Figura 26. Sección tipo de una protección mediante escalonado de HCR (Fuente: Woodward‐Clyde 2002)
6. Protecciones con revestimiento de elementos prefabricados.
Existe en el mercado una amplia gama de piezas y bloques prefabricados con distinta capacidad
de protección frente a la erosión. Algunos de ellos se comercializan en forma de mantas unidas
por cables para facilitar su puesta en obra, que se puede hacer de forma muy rápida con la ayuda
de grúas. Dentro de este tipo de protecciones, cuya principal ventaja frente a las pantallas rígidas
es su adaptación a la deformación del espaldón donde se colocan, están los bloques en forma de
cuña y los bloques articulados (NRCS 2007) que a su vez tiene una gran variedad de formas en
función del fabricante (Figura 27).
Figura 27. Tipologías de bloques prefabricados para protección contra la erosión (Fuente: NRCS 2007)
Las protecciones mediante revestimientos de bloques en forma de cuña colocados en filas
solapadas (Figura 28), son capaces de proteger frente a la erosión con caudales unitarios elevados
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Figura 28. Esquema del movimiento sobre una protección con bloques en forma de cuña (Fuente: www.contech‐
cpi.com/Products/Erosion‐Control/Hard‐Armor/ArmorWedge.aspx)
7. Otras tipologías de protecciones.
Además de este tipo de protecciones existen diferentes de tipologías como los muros de gaviones
(Charman, Kostov et al. 2001, Fratino 2004, Chinnarasri, Donjadee et al. 2008, Fratino y Renna
2009) y otras, de menor capacidad de protección, como la revegetación del talud de aguas abajo
con diferentes tipos de cobertura vegetal (Hewlett, Boorman et al. 1987, Temple y Hanson 2005,
Temple e Irwin 2006) o el uso de revestimientos formados por geotextiles o geomallas (Bathurst,
Crowe et al. 1993, Crowe, Bathurst et al. 1989, Engel y Flato 1987, Simons, Chen et al. 1984).