Metodología numérica y experimental para el diseño de los cuencos de disipación en el sobrevertido de presas de fábrica

Abstract

El incremento en la magnitud de las avenidas de diseño por distintos efectos han promovido a nivel mundial, la revaluación de la capacidad de los aliviaderos y de los escenarios de operación de las grandes presas. Diversas investigaciones han demostrado que la capacidad actual de muchos aliviaderos es inadecuada, surgiendo la posibilidad de que las presas lleguen a desbordarse durante los eventos extremos. El aumento de la capacidad de los aliviaderos resulta con frecuencia caro y en ocasiones técnicamente inviable. En estos casos, los responsables de las presas se podrían plantear el desbordamiento como una estrategia adicional de operación durante estos eventos extremos. Esta situación crea nuevos escenarios en las acciones sobre la presa, surgiendo interrogantes sobre los problemas de erosión y socavación aguas abajo. En el caso específico de las presas de fábrica, la socavación en los estribos y/o en el cauce del río puede ocurrir cuando el caudal que desborda impacta sobre los diferentes materiales que constituyen la cimentación de la presa (Wahl et al., 2008). Para evaluar los requerimientos de protección de estas áreas afectadas, se requiere hacer una comparación entre el potencial hidráulico erosivo y la resistencia a la erosión de los diferentes materiales (Castillo, 2011). En este contexto, las principales agencias de gestión del agua de Estados Unidos (Bureau of Reclamation, Cuerpo de Ingenieros, etc.) vienen estudiando desde hace algunos años los efectos que los eventos extremos pueden producir en la infraestructura de regulación y evacuación de avenidas, con el objeto de reforzar adecuadamente las presas existentes y, así, evitar su destrucción (Annandale, 2006; Wahl et al., 2008). Las formulaciones existentes que cuantifican las acciones hidrodinámicas por efecto del desbordamiento de presas han sido obtenidas principalmente a partir de medidas sistematizadas de presiones instantáneas en diferentes laboratorios de hidráulica. Destacan las investigaciones en la Universidad de Glasgow (Reino Unido) (Ervine y Falvey, 1987; Ervine et al., 1997), la Escuela Técnica Federal de Lausanne (Bollaert, 2002, Bollaert y Schleiss, 2003; Manso et al., 2005; y Felderspiel, 2011); así como en la Universidad Politécnica de Cataluña y Universidad Politécnica de Cartagena (Castillo, 1989, 1990, 2002, 2006, 2007; Armengou, 1991; Castillo et al., 1991, 1996, 1999, 2007; Puertas, 1994; Puertas y Dolz, 2002, 2005; y Castillo y Carrillo, 2011, 2012, 2013). Sin embargo, la caracterización del potencial hidráulico erosivo (acciones debidas a los chorros turbulentos bifásicos) no está suficientemente analizada. Se considera necesario avanzar en su conocimiento con más estudios, tanto en modelos (físicos y numéricos) como en prototipos, caracterizando simultáneamente presiones, velocidades y fenómenos de aireación. En esta Tesis se ha llevado a cabo una investigación sobre la localización y la cuantificación de la energía residual del chorro incidente durante el desbordamiento por coronación en las presas de fábrica. En la investigación se ha utilizado tecnología tanto de tipo experimental como numérico para definir la trayectoria del chorro vertiente, caracterizar la zona de impacto, determinar la disipación de energía en el aire por fenómenos de aireación y atomización, así como la disipación de energía por los fenómenos de difusión e impacto del chorro en el cuenco disipador o zona de recepción. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/