Proceso de rotura de las presas de escollera por sobrevertido

Resumen

La revisión normativa actual le exige a los titulares de infraestructuras hidráulicas la redacción e implantación de un plan de emergencia que contenga, entre otros requisitos, la descripción de los escenarios de avería grave y rotura y una estimación de sus consecuencias. Este requerimiento choca con la escasez de herramientas fiables para la estimación 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 hidráulicos implementan en sus códigos un hidrograma de rotura basado en modelos estadísticos obtenidos a partir de datos históricos de roturas. Existen, sin embargo, modelos para estimar la geometría de la brecha y el hidrograma de rotura pero que sólo pueden aplicarse en la predicción de la rotura de presas "todo-uno" construidas con materiales cohesivos o en presas con materiales no cohesivos sin elemento impermeable. No deben aplicarse cuando este elemento debe ser considerado ya que en estos casos el hidrograma de rotura es controlado por la rotura estructural del mismo. La presente tesis doctoral se enfoca en el estudio de la rotura de presas de escollera con elemento impermeable mediante la ejecución de una extensa campaña experimental. El estudio se ha dividido en tres partes: estudio de los procesos de filtración en el cuerpo de la presa, estudio de la rotura del espaldón y estudio de la rotura del elemento impermeable, enfocado especialmente al núcleo central cohesivo. Se han desarrollan modelos empíricos para estimar el perfil del flujo en el interior de la presa y el caudal necesario par romper por completo el espaldón de aguas abajo. Además, se desarrolla un modelo de base física para analizar la estabilidad de una porción desprotegida del núcleo central cuyos resultados se contrastan con los resultados de ensayos de laboratorio. ----------ABSTRACT---------- The regulatory revision that is being performed nowadays is requiring the hydraulic infrastructures owners to develop and implement emergency plans that include, among other requirements, the description of the severe damage and complete failure scenarios, as well as an estimation of its consequences. This requirement collides with the scarcity of reliable tools to predict the failure hydrograph that is the base for setting the classification of a dam and for the implementation of the emergency plans. Nowadays, the hydraulic/hydrological programs incorporate in their codes ways of predicting the failure hydrograph of a dam based on empirical models obtained with historical data from dam failures. Despite of that, there are models that can be applied to forecast the geometry of the breach or the failure hydrographs, but only apply for earthen embankment dams or embankment dams of non-cohesive materials without impervious element. These models should not be applied when the impervious element must be considered because in these cases the failure hydrograph is controlled by its structural failure. The present work, based in an extensive laboratory tests, focus on the failure of rockfill dams with an impervious element, divided in three parts: study of the filtration due to overtopping, study of the failure of the rockfill downstream shoulder and failure of the impervious element, the latter focused on cohesive central cores. The main results of this work include empirical formulations for the estimation of the flow profile inside rockfill dams and for the estimation of the overtopping discharge needed to achieve the complete failure of the rockfill downstream shoulder. In addition, a mechanical model is developed to analyze the stability of an unprotected core which results are compared with those obtained with laboratory tests.