Substantive concepts

Toledo (Toledo 1997) expone algunas de las ideas básicas acerca de la erosión en materiales no 

cohesivos: 

1. El proceso se inicia en singularidades, con progresión del proceso hacia aguas arriba a 

partir de ellas.  

2. La zona crítica a tales efectos es donde se producen los máximos gradientes hidráulicos 

en dirección de salida del espaldón, es decir, en el pie de presa. 

3. Este  mecanismo  se  produce  de  forma  acoplada  con  procesos  de  deslizamientos 

superficiales. 

4. La protección frente a este mecanismo se basa en una escollera en el pie de presa de 

tamaño adecuado. 

Stephenson demuestra que la estabilidad a deslizamiento por arrastre es más crítica que la 

estabilidad al vuelco en partículas aisladas sometidas a un caudal de agua en un plano horizontal 

(Stephenson 1979). 

Deduce una ecuación de estabilidad frente al arrastre de una partícula aislada situada en un plano 

inclinado y sometida a un caudal de agua paralelo al talud. Los ensayos de comprobación 

realizados indican que existe movimiento generalizado de partículas en esas condiciones. Con 

velocidades sensiblemente inferiores a las teóricas comienzan movimientos de recolocación de 

partículas sobre el talud. 

Se representan de forma gráfica las distintas fases de la puesta en obra de escollera en corrientes 

de agua y por tanto, sometidas a arrastre. 

1. Fase de vertedero. Ecuación del vertedero en pared gruesa con Cd variando entre 0,54 y 

Estado del arte 

caudal unitario y y0 el calado sobre la coronación.  A medida que la presa crece en altura 

la velocidad sobre la coronación aumenta y es más sensible al arrastre de material. 

2. Fase de filtración por el cuerpo de presa. Se dan criterios de dimensionamiento de la 

escollera situada sobre el talud del espaldón. 

3. Cierre del desvío del río. Se establecen conclusiones sobre la maniobra de cierre del 

desvío, momento en el que se comprueba que resulta necesario piedras más gruesas y 

con mayores taludes para estabilizar el conjunto. 

Skoglund realiza ensayos de sobrevertido para analizar la erosión interna en las capas de 

transición con distintas granulometrías llegando a la conclusión de que ésta no se produce si la 

granulometría del material está bien seleccionada (Skoglund, Solvik 1995). Si no es así la erosión 

comienza muy rápidamente. 

También se analiza la erosión externa en las distintas zonas clave del espaldón cuyas zonas más 

inestables son la que se presentan a continuación en la Figura 20. 

Figura 20. Zonas críticas del espaldón en el sobrevertido. Alzado. (Fuente: Skoglund y Solvik 1995) 

Hartung  describe los problemas que genera el sobrevertido (Hartung, Scheuerlein 1970):   Presiones instersticiales en el espaldón (efecto de deslizamiento en masa)   Migración de partículas del cuerpo de presa, lo que tradicionalmente se ha 

considerado como erosión interna. 

 Erosión de la superficie del espaldón por las altas velocidades que alcanza el agua 

que circula en superficie. Este caudal lo caracteriza como altamente turbulento y 

aireado y postula que la rugosidad de la superficie disipa una buena parte de la 

energía potencial. 

Estado del arte      1,2 2   _Ec. 30  siendo: 

Vc: velocidad crítica a la que la piedra empieza a moverse 

γs : peso específico de la piedra 

γw : peso específico del agua 

ds : el diámetro equivalente de la piedra 

σ: factor de aireación definido como la relación entre el peso específico de la mezcla de agua y 

aire y el peso específico del agua. 

: ángulo del talud con la horizontal 

Entre los estudios más importantes realizados en los últimos años destaca la investigación 

liderada por EBL‐Kompetanse (consorcio noruego de empresas privadas), que realizaron distintos 

ensayos de rotura de presas de materiales sueltos entre 2001 y 2003, con presas de altura 

cercana a los 6 m (Lövoll 2004). Los más relacionados con la temática de la tesis son los ensayos 

adicionales de rotura por percolación (through flow) realizados en gravas de tamaño máximo 60 

mm y en escollera, sin núcleo impermeable, el primero con tamaño comprendido entre 300 y 400 

mm (granulometría homogénea) y, el segundo, con escollera bien graduada de 500 mm de 

tamaño máximo. En estos casos se ensayaron la estabilidad del pie de presa de aguas abajo y la 

de los repiés añadidos a la presa. La ventaja principal de estos ensayos es que, por su tamaño, se 

construyeron con las técnicas habitualmente utilizadas en la construcción de presas de escollera 

por lo que el grado de compactación y la anisotropía del cuerpo de presa serán muy similares a 

una presa real. Tienen el inconveniente de haber sido realizados sin las condiciones de control del 

ensayo propias de un laboratorio pero ofrecen interesantes resultados. Además, no reflejan los 

ángulos de rozamiento de la escollera, lo que impide extraer conclusiones sobre el deslizamiento 

en masa. En el estudio de rotura frente a la percolación (denominado como Test 1)  del espaldón 

de escollera se documentan los deslizamientos como muy rápidos, estabilizándose la masa 

deslizada con un nuevo ángulo en el pie de presa. Este análisis es coincidente con lo indicado por 

Parkin en su publicación sobre aliviaderos construidos en el espaldón (Parkin 1963). En el caso del 

ensayo realizado con escollera gruesa (Test 4), cuyo propósito principal era analizar la rotura por 

Estado del arte 

disponibles en el ensayo. Aparentemente, no llegó a saturarse el espaldón lo suficiente como para 

que las presiones intersticiales provocaran el deslizamiento. 

Entre las conclusiones del estudio destacan el interés por el concepto de inicio de la rotura y su 

importancia a la hora de mejorar la seguridad  de la presa. También se postula la dependencia de 

la resistencia al sobrevertido del método constructivo utilizado. Finalmente, se establece que la 

progresión de la rotura varía de forma importante, siendo lenta y gradual al inicio y muy rápida y 

violenta en su parte final. 

Odemark también analiza la campaña de ensayos realizada por EBL Kompetanse. En su artículo se 

centra en el ensayo de drenaje y estabilidad frente a la percolación en escollera hecho en 

Noruega durante 2002 (Test nº4) con escollera uniforme de tamaño entre 300 y 500 mm. El 

ensayo pretende ser una prueba en prototipo de un repié de una presa real (Odemark 2004).  

Presenta los actuales criterios de la normativa Noruega de presas, que establecen un caudal de 

percolación de 10 m3/s y un caudal unitario por longitud de repié de 0,5 m3/s/m que ha de ser 

resistido por el repié de presa. Con esta medida se persigue incrementar la seguridad de la presa 

frente a grandes filtraciones o eventuales sobrevertidos. 

Durante el ensayo el caudal que circuló por el pedraplén de 6 m altura y talud 1,5 que constituía 

el modelo fue de 30 m3/s, equivalente a 1 m3/s/m, con un ligero sobrevertido y con un grado de 

saturación apreciable,  según se puede  constatar  en las  fotos del  ensayo.  No tuvo daños 

apreciables según el autor. Odemark compara la formulación de arrastre con varios autores e 

indica que la de Solvik está muy del lado de la seguridad. Propone la formulación de Robinson 

como más ajustada a los resultados obtenidos en la campaña. 

Jenssen y Soreide estudian la rotura por percolación del espaldón de presas en modelos físicos de 

entre 0,6 y 1,2 m de altura. Entre las variables que incluye en su análisis destacan el efecto 

producido por la inclinación de las laderas, por la diferente gradación de las granulometrías y por 

la compactación o no del material (Jenssen y Soreide 2004).