aliviaderos mopu

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Page 1: Aliviaderos MOPU

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Page 2: Aliviaderos MOPU

J\\c..)~' lJDIRECCION GENERALDE OBRAS HIDRAULlCAS

TRADUCCION Al

COMITE NACIONAL

Minist~ ~e COMISION INTERNACIONAL~~Icas DE GRANDES PRESAS

COMITE ESPAÑOL

ESPAAoL

ESPARoL

OFRECIDA POR EL

DE GRANDES PRESAS

Madrid 1988

Page 3: Aliviaderos MOPU

PROEMIO A LA EDICION EN CASTELLANO

La Dirección General de Obras Hidráulicas del Ministerio

de Obras Públicas y Urbanismo prosigue, con la publicación:,':ic';;;:;';" '.é"i:~;:"'; ,,; c' ,.¡

en castellano del presente Bo~eiplq':~~4~'~"4L'~V,IADEROS;", la ta-. .'" ",'.!;¡r""",;..,,-,""'" cC-"

rea previamente emprendida de difundir. entre los "presis-

tas" h1spanófonos. los informes redactados por los Comités

Técnicos de ICOLD.

El tema analizado es, sin duda, sugestivo y merecedor de

un informe especifico, porque no cabe duda de que acertar en

la concepción, proyecto, construcción y explotación de los

aliviaderos es fundamental para garantizar la seguridad de

las presas y lograr los objetivos previstos con su implanta-

ción.

El Boletín describe con minuciosidad los aspectos más re-

levantes que afectan a este tipo de estructuras y presentaun "est."ldo del arte" actualizado sobre una faceta tan inte-

resante como es la relacionada con los problemas que ocurren

cuando el agua circula a altas velocidades, como es frecuen-

te en los aliviaderos. Se extiende, asimismo, en el análisis

de los aspectos relativos a la explotación y mantenimiento

de estas estructuras. que son temas de especial relevancia

en un país como España donde, en el elenco de sus casi mil

presas, coexisten en explotación las recientemente inaugura-

das con algunas que tienen casi veinte siglos de antigUedad.

Al agradecer su encomiable labor me complace destacar el

rigor y entusiasmo desplegado en la traducción colegiada que

ha realizado el Grupo de Trabajo de "Hidráulica de la Pre-

sa", del COMITE NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS, que,

presidido y coordinado por J.A. Herreras, está integrado por

A. Baltanás, L. Berga. A. del Campo, L. Torrent y E. Valla-

r1no.

A. Milla

General de

Madrid, Mayo 1988

RieraIxplot.aci6n

Page 4: Aliviaderos MOPU

PROLOGOl. INTRODUCCION

2. ELECCION DEL TIPO DE ALIVIADERO

2.1. DIFERENTES TIPOS DE ALIVIADEROS. CLASIFICACION

2.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ELECCION DEL

TIPO DE ALIVIADERO

2.2.1. Estudios de avenidas

2.2.2. S1smicidad del emplazamiento y fiabilidad de

la explotación

2.2.3. Duración y cantidad de los vert.idos a realizar

cada año

2.2.4. Condiciones geomorfológ1cas

2.2.5. Tipo de presa

2.2.6. Condiciones de explotación

3. ALIVIADEROS DE SUPERFICIE

3.1. COMPONENTES

3.2. VERTEDERO LIBRE O CON COMPUERTAS. SOLUCION

MIXTA3.2.1. Vertedero libre

3.2.2. Vertedero con compuertas

3.2.3. Vertedero mixto

3.3. EMBOCADURAS3.4. TIPOS Y DISPOSICION DE LAS COMPUERTAS. CAMPOS

DE APLICACION

3.5. RAPIDAS3.6. OBRAS DE RESTITUCION AL RIO y DISIPACION DE

ENERGIA

3.6.1. Introducción

INDICE

pág

1

2

2

5

5

7

8

10

10

11

11

11

12

12

13

lS

15

17

21

37

37

Page 5: Aliviaderos MOPU

3.6.2. Cuencos amortiguadores: accidentes. problemas.

hidrodinámicos. subpresiones. vibración. cavi-

tación. abrasión y mantenimiento

3.6.3. Trampolines y láminas vertientes. Socavaciones.

Erosiones. Zampeados. Problemas hidromecánicos

3.6.4. Ensayos en modelo

3.7. PROTECCION CONTRA EL HIELO

4. ALIVIADEROS DE FONDO Y SEMIFONDO

4.1. COMPONENTES. CARACTERISTICAS PRINCIPALES.

FINALIDAD

4.2. CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS DESAGUES

4.2.1. Desagües de fondo de gran capacidad

4.2.2. Desagües de restitución con regulación de

caudales

4.3. COMPUERTAS y VALVULAS

4.3.1. Válvulas de control de desagües de fondo de

gran capacidad4.3.2. Compuertas de guarda en los desagües de fondo

de gran capacidad4.3.3. Compuertas y válvulas para regulación de

caudales

4.4. CAVITACION. BLINDAJES. CONSERVACION

4.5. PROTECCION FRENTE A LOS CUERPOS FLOTANTES

4.6. PROTECCION CONTRA EL ATARQUINAMIENTO

4.7. PROTECCION FRENTE A LOS VORTICES

4.8. OBRAS DE RESTITUCION y DISIPACION DE ENERGIA

5. PROBLEMAS PARTICULARES DE LA CIRCULACION DEL AGUA

A GRANDES VELOCIDADES5.1. CAVITACION: CONSIDERACIONES GENERALES. EJEMPLOS

CARACTERISTICOS

5.2. DISMINUCION DE LOS DAÑOS POR CAVITACION

5.2.1. Acabado de superficies; limitaciones

prácticas; envejecimiento del hormigón

pág

39

53

75

78

79

79

88

88

90

90

91

98

98

99

101

102

103

103

105

105

106

106

Page 6: Aliviaderos MOPU

5.2..2. Tratamiento de las superficies t revestim1entos

espec1ales5.2.3. Aireación5.3. ABRASION EN LOS ALIVIADEROS y DESAGUES DE FONDO.

REVESTIMIENTOS ESPECIALES

5.3.1. Generalidades5.3.2. Abras1ón por arrastres de fondo

5.3.3. Abras1ón por sed1mentos en suspensión

5.3.4. Revest1mientos protectores5.4. DESPRENDIMIENTO DE NITROGENO EN LAS SALIDAS

DE LOS ALIVIADEROS y DESAGUES

6. CONSERVACION y REPARACIONES

6.1. CONSERVACION

6.2. REPARACIONES

pág

-109

115

127

127

128

130

133

136

137

137

139

Page 7: Aliviaderos MOPU

l.2.3.

ALIVIADERO DE LA PRESA DE KARUN (IRAN)

ALIVIADERO DE LA PRESA DE KU-KUAN (TAIWAN)

ALZADOS y SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ALIVIADEROS DE

LA PRESA DE MORROW POINT (U.S.A.)

PRESA DE ITAIPU (BRASIL). ALIVIADERO Y SUS COMPUERTAS

PRESA DE YOUSSEF BEN TACHFINE (MARRUECOS). ALIVIADERO DE

SUPERFICIE

PRESA DE LA GRANDE 2 (CANADA). ALIVIADERO

PRESA DE TARBELA (PAKISTAN). CUENCOS AMORTIGUADORES DE

LOS TUNELES T3 y T4

PRESA DE MALPASO (MEXICO). ALIVIADERO. PLANTA Y PERFIL

LONGITUDINAL

ALIVIADERO DE LA PRESA DE SIDI MOHAMED BEN AOUDA (ARGE-

LIA)PRESAS P.K. LE ROUX y HENDRIK VERWOERD (AFRICA DEL SUR)

ALIVIADERO PRItJCIPAL DE LA PRESA DE TARBELA (PAKISTAN)

SOBREPRESION PERMANENTE EN UNA SOLERA SOMETIDA A LACAlDA DE UNA LAMINA VERTIENTE

PRESA DE KARIBA (ZAMBIA-ZIMBABWE).

VIADERO EN CARGA

PRESA DE CABORA BASSA (MOZA}1BIQUE). DESAGUE DE MEDIO

FONDO; SECCION LONGITUDINAL

PRESA DE SAINTE-CROIX (FRANCIA). ALIVIADERO EN CARGA;

SECCION LONGITUDINALPRESAS DE CONTRAFUERTES -

CARGA

PRESA DE ALDEADAVILA (ESPAÑA). SECCION POR LOS DESAGUES

DE FONDO

PRESA DE P.K. LE

DETALLES DE LA

ALIVIADERO EN

4.5.

6.7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

180

190

200

210

22.

DISPOSICION GENERAL Y DETALLES DE LA AIREACION

ALIVIADERO DE LA PRESA DE UST ILIN (URSS). DISPOSICIONGENERAL y DETALLE DE LA AIREACION

ALIVIADERO DE LA PRESA DE FOZ DO AREIA (BRASIL). DISPO-

SICION GENERAL y DETALLES DE LA AIREACION

PRESA DE TARBELA (PAKISTAN). TUNEL DE RIEGO NI 3

INDICE DE FIGURAS

SECCION POR EL ALI-

SECCION POR EL ALIVIADERO EN

ROUX (SUDAFRICA). DESAGUE DE FONDO Y

COMPUERTA DE REGULACION

TUNEL DE LA PRESA DE YELOWTAIL (U.S.A.).

Page 8: Aliviaderos MOPU

El presente Boletín fué preparado, en representación del

Comité Nacional Francés de Grandes Presas, para el Comité

Técnico de .'Hidráulica de la Presa" I por C.

Jhonson, por cuanto se refiere al capítulo S,

y L. Chervier, el resto de capítulos y Anexos.

El correspondiente borrador se comentó y perfiló por los

miembros del citado Comité Técnico durante las reuniones)

ejecutivas celebradas en 1984, 1985 y 1986. La Comisión Eje-

cutiva de ICOLD aprobó la versión final en 1986.

El texto original, en francés, fué comprobado por M. Car-

lier (Francia). mientras que la traducción inglesa se rea-

lizó por R. Chadwick y fué revisada por E.J. Beck y F.G.

DeFacio (Estados Unidos) y C.P. Roberts (Africa del Sur).

El Presidente del Comité Técnico, M. Carlier procuró la

necesaria coordinación.-

MIEMBROS DEL COMITE TECNICO DE HIDRAULICA DE LA PRESA.

M. Carlier (Francia) Presidente

K. Belbachir (Argelia)

E. Curiel (Venezuela}

F.G. DeFazio (Estados Unidos)

J. Knauss (Alemania Federal).

G. Marinier (Canadá)

M. Mendl1uce (España)

N. Pinto (Brasil)

A. Alvarez Rlbelro (Portugal)

C.P. Roberts (Afr1ca del Sur)

V. Semenkov (URSS)

J.H. Sonu (Corea)

J. Tejada (Colombia)

M. Vercon (Yugoslavia)

PROLOGO

Blanchet y G.y por G. Post

Page 9: Aliviaderos MOPU

INTRODUCCIQN1.

En los últimos decenios se ha adquirido una notable expe-

riencia en el proyecto y ejecución de l~s obras de desagüe

de las grandes 'presas; en 1978 el Comité de Hidráulica de# .

las Presas de ICOLO distribuyo, por todo el mundo, un cues-

tionario sobre los aspectos más importantes relacionados con

este tema. La presente publicación está basada en las res-

púestas rec'ibidas, desgraciadamente poco numeros-as y sin

gran detalle, y en los informes presentados a los últimos

Congresos de ICOLO.

El diseño de al.iviaderos implica una gran variedad de

problemas muy complejos; este i.nforme, sin pretender ser una

revisión completa del estado del arte correspondiente, resu-

me las principales conclusiones que se deducen del análisis

de lo~ proyectos modernos de presas. El alcance global de la

citada encuesta fue bastante limitado, como contrapunto a la

especi:\l relevancia proporcionada a algunós de los aspectos

investigados; por ejemplo se excluyeron los puntos que se

citan a continuación, debido a que habían sido tratados en.

publicaciones anteriores y, por lo tanto, no serán comenta-

dos en este informe: elección de la crecida a tener en cuen-

ta durante la construcción de la presa (Boletín 48 de

ICOLO); cálculo detallado de las estructuras y de su estabi-

lidad (Boletín 27 de ICOLO); explotación (Boletín ,,49 de

ICOLO); azudes y presas vertedero; aliviaderos combinados

con las estructuras de la central hidroelé~trica; diques fu-

sibles; disipación de energía y estudios en modelo reducido.

No obstante, la publicación contiene algunos comentarios so-

bre los dos últimos temas -disipación de energía y modelos

reducidos-, en cuanto están íntimamente ligados con el dise-

ño de la forma y dimensiones de los aliviaderos.

El capítulo 2 comienza con una breve síntesis sobre los

diferentes tipos de aliviadero, para examinar a continuación

1

Page 10: Aliviaderos MOPU

,

los factores que intervienen en la selección del más adecua-

do; es decir: caudal máximo; carga hidráulica; duración y

frecuencia de los vertidos cada año; tipo de presa; caracte-

rísticas geomorfológicas; capacidad de laminación y proble-

mas de explotación. El elevado número y gran variedad de es-

tos factores determinan gran diversidad de tipologÍas tanto

de los aliviaderos como de sus equipos respectivos.

Por mor de claridad el informe conserva la clásica .~is-

tinción entre aliviaderos de superficie y aliviaderos en

carga, de fondo y medio fondo. Con objeto de identificar y

comentar sus problemas específicos, así como los aspectos

más críticos que los conciernen, se ha dedicado un capitulo

a cada tipo (3 y 4 respectivamente).

Los capítulos 5 y 6 se dedican a los problemas que produ-

ce el flujo del agua a altas velocidades (erosión por cavi-

tación y abrasió~; emisión de nitrógeno y medidas de precau-

ción) así como a la conservación y reparación de los alivia-

deros.

En el Anexo 1 se incluyen las

que se utilizan a lo largo del

Anexo 2 se listan los países que

mencionada.

Los modelos de las presas que figuran en este ,Boletin se

acompañan, entre paréntesis, por el nombre del país y la

provincia o región donde están situadas.

2. ELECCION DEL TIPO DE ALIVIADERO

2.1. DIFERENTES TIPOS DE ALIVIADERO. CLASIFICACION.

Es habitual clasificar los aliviaderos en dos tipos según

* Reí. (11.21,27, 32. 101. 136. 145. 148, 152, 153).

referencias bibliográficas

texto, mientras que en el

contestaron a la encuesta

Page 11: Aliviaderos MOPU

sea la posición de su embocadura respecto al máximo nivel

normal del embalse:

- Aliviaderos de superficie, los más frecuentes, caracte-

rizados porque el caudal 'afluente que no 'cabe en el em-

balse se elimina con un ligero aumento de su máximo ni-

vel normal.

- Aliviaderos de medio fondo, o de fondo, aqu~ilos

posición está muy por debajo del citado nivel normal

embalse.

Los aliviaderos de superficie se subdividen a su vez en

otros dos tipos: al-iviaderos con compuertas y aliviaderos

sin compuertas o de vertido libre. Como regla general el.

flujo es en lámina libre y se acelera de forma constante a

partir del umbral del aliviadero, situado en el extremo de

aguas arriba; en algunos casos de aliviaderos en túnel eltipo dt" flujo puede ser en lámina libre para caudales bajos

y medios, con sección de control situada en el umbral del

aliviadero, mientras que para caudales altos, cercanos 'a su

capacidad máxima de desagüe, la conducción puede entrar en

carga, en toda su longitud o parcialmente, siend-o la sección

de control un orificio o el túnel mismo. Normalmente la par-

te a presión corresponde al pozo vertical o muy inclinado

que constituye el primer tramo del aliviade.ro, mientras quees preciso aportar aire, mediante la oportuna aducción, al

segundo tramo, donde se establece el régimen en lámina li-bre. Deben adoptarse las medidas necesarias para impedir que

las bolsas de aire queden retenidas en los conductos, en el

momento de su puesta en carga, con objeto de evitar varia-

ciones indeseables de presión, así como reducciones de la

sección efectiva de la conducción.

En general,

funcionan en carga sobre una parte importante o sobre toda

cuyade

fondo,de mediolos aliviaderos o de fondo.

- 3 -

Page 12: Aliviaderos MOPU

la longitud de sus conducciones. El caudal evacuado se con-

trola, casi siempre, mediante una válvula situada en el ~x-

tremo de aguas abajo de la parte. que trabaja en presión. En

ocasiones se utilizan para evacuar grandes caudales, con pe-

queña carga hidráulica o incluso en lámina libre, para eli-minar sedimentos, después que el embalse"ha sido apreciable-

mente reducido de nivelo vaciado; no obstante, en este caso

deben ser considerados como desagües de gran capacidad en

vez de aliviaderos, puesto que su capacidad potencia-d. de

evacuación a nivel máximo de embalse se utiliza raramente.

En algunos casos. principalmente en conductos a través. de

presas de hormigón. la válvula de control se encuentra si-

tuada en las proximida<;i~s. de la embocadura y el flujo a par-

tir de dicha válvula es en lámina libre.

Existen también aliviad~ros de superficie con un túnel

inicial de corta longitud que funciona en carga y termina enuna sección con compuerta. Los aliviaderos de sifón. son un

caso particular de este tipo.

Otros criterios,

cias entre un tipo u otro de aliviadero; por ejemplo:

- La longitud de obra que se encuentra al aire libre o,

por el contrario,

- La existencia, o no, de

canal) de gran longitudarriba yaguas abajo. Elcalda libre de la lámina de agua es un ejemplo donde no

existe obra intermedia.

- La naturaleza del dispositivo final

con resalto o colchón amortiguador.

importantes, establecen diferen-menos

es subterránea.

una obra intermedia (rápida o

entre los extremos de aguas

aliviadero de superficie con

de desagtie, cuenco

Page 13: Aliviaderos MOPU

2.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ELECCION DEL TIPO DEALIVIADERO.

Además de la importancia que tiene evitar riesgos para

las vidas humanas y del coste de la construcción. los prin-

cipales factores que .se deben tener en cuenta al elegir el

tipo de aliviadero más adecuado para un proyecto concreto

son los siguientes:

a) Calidad y fiabilidad de los estudios de estimación de

avenidas.

b) Sismicidad del emplazamiento y fiabilidad de la explo-

tación.

c) Duración y cantidad de los vertidos a realizar cada

año.

d) Condiciones geomorfológicas.

e) Tipo de presa.

f) Condiciones de explotación.

Estudios de avenidas..2.2.1.

La capacidad de desagüe bajo el nivel máximo del embalse

se determina a partir de un estudio hidrológico, en el que

el factor más importante es el hidrograma, afluente al em-

balse, de la avenida de proyecto. La seguridad de la presa

con respecto a las avenidas depende de la fiabilidad del hi-

drograma calculado, así como del margen de seguridad adopta-

do con respecto al mismo. Esta fiabilidad no es nunca abso-

luta y depende de la extensión y calidad de los datos dispo-

nibles sobre los caudales del río así como de las precipita-

ciones excepcionales. A igualdad de otros factores los ríos

con regímenes más irregulares proporcionan las predicciones

menos fiables y, en este caso, el sentido común indica que

. Re!. (64,65,66,69).

.. Re!. (4, lO, 38, 100, 126, 139,140,149).

Page 14: Aliviaderos MOPU

no conviene correr el riesgo de la destrucción de la presa

por culpa de una infravaloración, relativamente pequeña. de

la avenida de proyecto. En otras palabras, la capacidad de

desagüe del aliviadero prevista en el proyecto. referida al

nivel máximo del embalse, debería aumentar de forma conside-

rable si el nivel de las aguas fuera superio~ al esperado,

debido a una estimación por defecto de la avenida de proyec-

to; se trata de impedir, en la medida de lo posible, el ver-

tido sobre coronación de la presa y las graves consecue~cias

que esta situación podría acarrear.

En estos casos, el aliviadero de superficie -cuyo caudal

de desagüe está controlado por la cota del umbral del verte-

dero, para todos los niveles de embalse por encima del máxi-

mo nivel normal de embalse-, es más apropiado que los ali-

viaderos en carga, ya que su capacidad de desagüe aumenta

con la potencia 3/2 de la carga hidráulica sobre el umbral,

mientras que en los aliviaderos de carga el caudal desaguado

es función de la potencia 1/2 de la carga producida por en-

cima del desagüe. Dicho de otro modo, si bien el caudal de

desagüe inicial de un aliviadero de medio fondo, o de fondo,

sería mayor que el de un aliviadero de superficie, aumenta-

ría más lentamente al elevarse el nivel del embalse.

Con objeto de mejorar la seguridad ante el vertido sobre

coronación se recurre, en ocasiones, a la construcción de un

aliviadero auxiliar o de emergencia que complementa la capa-

cidad del aliviadero principal. Puede ser de tipo distinto

al principal y se supone que debe funcionar sólo durante las

avenidas excepcionales. A veces este aliviadero auxiliar es

del tipo "di.que .fusible", cuya coronación está situada a me-

nor cota que la de coronación de la presa, de forma que ver-

terá por coronación antes que ella, bajando el nivel del em-

balse rápidamente a medida que se erosiona durante el verti-

do. Esta solución debe emplearse con extrema prudencia pues-

to que se puede generar una avenida repentina que además de

- 6 -

Page 15: Aliviaderos MOPU

producir efectos desas.trosos aguas abajo, ocasione erosiones

agresivas muy peligrosas cuando el dique fusible se haya im-

plantado, como ocurre con frecuencia, sobre un collado de

mediocres características geológicas. En ningún caso el éo-

lIado deberá ser erosionable por debajo del máximo nivel

normal de embalse.

2.2.2. Sismicidad del emplazamiento y fiabilidad de la ex-

plotación

El grado de sismicidad de la zona y las dudas que puedan

existir sobre la calidad de la explotación son los principa-

les factores que influyen sobre la decisión de instalar com-..

puertas en el aliviadero.

La influencia de la sismicidad sobre la elección de un

aliviadero con compuertas o sin ellas y. en caso de elegirlo

con compuertas, sobre la disposición de la obra. se discute

más extensamente en el apartado 3.4. Por lo que respecta a

la calidad de la explotación, el proyectista deberá valorar

el riesgo de que no se puedan abrir una o varias compuertas

cuando se presenta una avenida, debido a una falta de ener-

gía para manipular los mecanismos de elevación o a que estén

bloqueadas por culpa de un mantenimiento deficiente. También

debe tenerse en cuenta la posibilidad de que un error humano

en la interpretación de las consignas de explotación se tra-

dazca en la apertura de la compuerta a destiempo o demasiado

tarde. El operador deberá tener acceso a los mandos de con-

trol de las compuertas en cualquier situación. No hay que

olvidar que una avenida excepcional puede generar una situa-

ción de pánico. Si existe la menor duda sobre la fiabilidad

en el manejo de las compuertas o sobre la competencia del

personal encargado de la explotación. la elección más pru-

dente será un aliviadero de vertido libre (ver Boletin 49 de

ICOLD).

7

Page 16: Aliviaderos MOPU

2.2.3. Duración y cantidad de los vertidos a realizar cada

! año

Los daños producidos por cavitaci6n y abrasi6n, que se

comentan en el capitulo S, dependen del tiempo acumulado de

funcionamiento del aliviadero y de la importancia de los

caudales desaguados en cada caso. A igualdad de otras condi-

ciones los daños se aceleran con el tiempo total de funcio-

namiento. Todos los tipos de aliviaderos citados con ante-

rioridad son susceptibles de padel'.er cavitación y/o abra-

sión, de modo que la elección del tipo de aliviadero no está

directamente ligada a la probabilidad de ocurrencia de estos

fenómenos; en cualquier caso, si las probabilidades de que

se produzcan daños son .~levadas será necesario adoptar medi-

das precautorias para retardar en lo posible su aparición y

facilitar las necesarias reparaciones, de acuerdo con loscomentarios del capítulo 5.

~

El tiempo de utilización del aliviadero y la magnitud de

los caud~les desaguados son factores muy importantes en el

problema de la disipación de energía de los vertidos y, en

consecuencia, en la adopción de un tipo u otro de obra de

restitución. En el apartado 3.6 se estudiarán las ventajas e

inconvenientes de los dos tipos de obras más habitualmente

empleadas: i) cuenco amortiguador con resalto hidráulico;

ii) deflector, trampolin o ca1da libre sobre un colchón

amortiguador de agua, natural o no y con o sin protección.

en el punto de impacto.

Conviene insistir sobre la importancia de la duración del

vertido y la magnitud de los caudales previstos al ponderar

los riesgos de daños en la presa. Si el estudio hidrológico

demuestra que los vertidos importantes solamente se produci-

rán durante periodos de tiempo cortos y pocas veces, es po-

sible utilizar un diseño menos conservador. El proyectista. puede optar entonces por un tratamiento del cuenco amorti-

- 8 -

Page 17: Aliviaderos MOPU

guador menos sofisticado desde el punto de vista estructu-

ral; la protección del colchón amortiguador podrá ser muy

somera o incluso nula. ya que se supone. implícitamente. que

las reparaciones o protecciones ulteriores se realizarándespués de cada avenida. puesto que la reducida duración del

vertido impide que los daños sean serios.

Por contra, en caso de que el aliviadero deba verter cau-

dales importantes durante períodos largos, el proyectista

adoptará todas las precauciones necesarias para proteger la

obra de restitución. ya que la experiencia demuestra que es

en esta zona donde se producen los daños más importantes.

Al elaborar las normas de explotación del aliviadero, el

proyectista debe considerar los efectos de eventuales manio-

bras incorrectas que pueden generar situaciones de peligro

aguas abajo o incluso a la propia presa. En particular, los

aliviaderos de compuertas presentan el peligro real de pro-

vocar aguas abajo una avenida mayor que la que se produciría

por causas naturales..

Los aliviaderos de sifón, cuyos caudales de evacuación

aumentan de forma notable para una pequeña elevación del ni-

vel del agua en el embalse, pueden provocar también avenidas

superiores a las que presentaría el río en sus condiciones

naturales; por ejemplo cuando un lago ocupa la mayor parte

de la cuenca vertiente, contribuyendo de este modo a ampli-

ficar el h1drograma afluente-.

El Boletín 49 de ICOLD proporc,1ona útiles informaciones a

este respectoj también puede ser consultado el 29 (Riesgo~ a

Terceros).

. Esto no es posible en España si se cumple la vigente "Instrucci6n parael Proyecto, Construcci6n y Explotación de Grandes Presas". ya que elmáximo caudal que puede desaguarse. cuando el nivel del embalse es elmáximo normal, debe ser inferior al de una avenid~ con período.de re-torno de cincuenta años. Lo que puede ocurrir, por error o avería, es

que se produ~can más frecuentemente (N.T.).

~

- 9 -

Page 18: Aliviaderos MOPU

Condiciones2.2.4.

Tanto la topografía como la geología de la cerrada cons-

tituyen factores muy importantes -a menudo ligados de forma

indisoluble a los ya comentados-, en la elección del tipo de

aliviadero. Un emplazamiento puede ser adecuado para un ali-

viadero de labio fijo, en base a sus condiciones naturales,

si dispone de lugar suficiente para una cresta de gran lon-

gitud y un tramo de caída sin mucha excavación, mientras_que

otro puede acomodarse mejor a la ejecución de una obra entúnel, total o parcialmente en carga.

La posibilidad de utilizar los m~teriales provenientes de

la excavación- del aliviadero en el terraplén de la presa

puede suponer un ahorro determinante en la selección del ti-

po más conveniente.

Los capítulos 3 y 4 analizan las relaciones existentes

entre estas condiciones y los diferentes tipos de aliviade-

ros.

2.2.5. Tipo de presa

En las presas de fábrica se puede incorporar, total o

parcialmente, el aliviadero~en el macizo de la presa, pro-

porcionando, normalmente, un ahorro substancial en el costo

final y facilitando, además, el vertido directo de los cau-

dales desaguados al 'cauce principal.

Las presas de materiales sueltos requieren la construc-

ción de aliviaderos independientes. La necesidad de resti-

tuir los caudales desaguados en la dirección del curso prin-

cipal del río puede suponer un serio problema.

Se han realizado, con diversa fortuna, intentos de insta-

lar el aliviadero sobre el cuerpo de las presas de materia-

geomorfológicas

10

Page 19: Aliviaderos MOPU

les sueltos en caso de .obras provisionales (ataguías par~ el

desvío provisional del río) o en presas de poca altura con

calados de vertido relativamente pequeños. Esta disposición

debería ser objeto de mayores investigaciones para mejorar

su fiabilidad, puesto que supondría un ahorro considerable y

permitiría mantener el flujo en la parte central del río.

El vertido sobre coronación de una presa de materialessueltos debido a fallos en los aliviaderos, o por una insu-

ficiente capacidad de desagüe, tiene consecuencias dramáti-

cas de forma inmediata. Ello explica que la severidad de los

criterios de diseño referentes a la capacidad total de desa-

güe, tipo y número de compuertas, y resguardo por encima del

nivel máximo de embalse, sea mucho mayor en el caso de pre-

sas de materiales sueltos que en el de ~resas de hormigón.

2.2.6. Condiciones de explotación

El futuro propietario de la presa puede no tener experi-

ciencia en la explotación de los a1iviaderos, por 10 que el

proyectista deberá valorar la formación al respecto e infor-

mación del personal encargado de la explotación de los mis-

mos. así como en materia de seguridad. administración de la

obra. medios de acceso y de comunicación. etc.

En caso que la presa no disponga de un servicio de vigi-

lancia, la elección del tipo de aliviadero se orientará ha-

cia uno de labio fijo. El Boletín 49 de ICOLD proporcionainformación muy útil sobre este tema.

3. ALIVIADEROS DE SUPERFICIE

COMPONENTES3.1.

El aliviadero de superficie consta, generalmente, de tres

partes:

- 11 -

Page 20: Aliviaderos MOPU

- Un vertedero, en la zona de aguas arriba,

ra controlar el caudal, acelerar el agua

el régimen rápido.

- Un canal de fuerte pendiente, o rápida, que mantiene o

acelera la velocidad de la corriente.

- Una obra terminal que reintegra el agua al cauce natu-

ral; puede consistir en un cuenco amortiguador revesti-

do, con resalto hidráulico, o en un trampolín con o sin

colchón de amortiguamiento.

A veces s~ omite la rápida y la obra terminal se realiza

parcialmente. como sucede en algunos aliviaderos sobre la

coronación de una presa bóveda.

3.2. VERTEDEijO LIBRE O CON COMPUERTAS.

3.2..1. Vertedero libre

El aliviadero de superficie no exije disponer de compuer-

tas. Esto es una notable ventaja, porque el vertido libre es

preferible cuando las condiciones locales -crecidas de rápi-

do ascenso, alta sismicidad. poca fiabilidad en el manejo y

mantenimiento y aislamiento o dificultades de acceso-, pro-'

porcionen dudas sobre la seguridad en el funcionamiento de

las compuertas.

El labio del vertedero libre coincide, naturalmente, con

el máximo nivel normal del embalse. La carga necesaria para

evacuar los caudales sobrantes conduce a aumentar la altura

de la presa, pero, en contrapartida, genera un volumen adi-

cional, por encima del nivel normal del embalse, que permite

amortiguar la onda de crecida .con la consiguiente reducción

. ...'~.;;.

/' : ;i!

que sirve pa-

y establecer

SOLUCION MIXTA.

12 -

Page 21: Aliviaderos MOPU

del máximo caudal a ev~cuar. Sin embargo,

el elevado coste de las expropiaciones de

fes, ocasionalmente inundables, en unión

mentaria que hay q~e dar al resto de la

la solución de vertedero libre. A éstos

frontal es el tipo más desfavorable ya,normalmente limitada por la configuración de la presa o por

la morfología de la cerrada. Pero antes de o.ptar por insta-

lar compuertas, debe estudiarse la viabilidad técnica y eco-

nómica de un vertedero de mayor longitud, como, por ejemplo,un vertedero lateral emplazado en una ladera del embalse

(side-channel), circular (morning glory) , o semicirculardescargando en pozo o túnel, sifones, y crestas de geome-

trías diversas (pico de pato, margarita, laberinto)..

Ciertos autores han sugerido utilizar entre los factores

de decisión la relación Q/S, siendo "Q" el caudal punta delhidrograma natural, en m3/s multiplicado por 3600 (caudalpor hora), y "S" la superficie del embalse al nivel máximo

normal, en m2. Se trata, pues, de la velocidad de subida del

nivel del agua, en metros por hora. El vertedero libre sería

preferible para velocidades mayores de 1 a 2 metros por ho-

ra.

Vertedero con compuertas3.2.2.

Cuando los caudales son importantes y el riesgo de indis-

ponibilidad o mal funcionamiento de las compuertas es muy

pequeño, el vertedero con compuertas es, generalmente,' más

económico. El umbral se sitúa a cota inferior al máximo ni-

vel normal, de forma que al abrir las ~ompuertas puede dis-

ponerse, inmediatamente si fuera necesario, de una capacidad

de evacuación importante con relación a la crecida de pro-

yecto. Esto permite realizar un desembalse preventivo antes

I

~

Ref. (61)..

es frecuente que

las 'zonas limítro-

de la altura suple-

presa. no aconsejenefectos el verteder.o

que su longitud está

(,('.! ¡~[\,!,;,J \;1 ¡--ili~J ¡\ ¡i,it1. 1\:

~ ~-,.,. .-"'-.-- 13 -

Page 22: Aliviaderos MOPU

de la llegada de la avenida; de esta forma el volumen de em-

balse correspondiente a la altura de las compuertas sirve

tanto para regular los caudales utilizados como para laminar

los evacuados por el aliviadero. Sin embargo, este tipo de

explotación del embalse no es siempre el más aconsejable.

No"rmalmente se prevé una sobreelevación, por encima del

máximo nivel normal del embalse, para aument~r el caudal de-

saguado por metro de longitud del aliviadero (caudal esp~cí-

rico) y la laminación de la crecida..

En los últimos años han aumentado considerablemente los

valores de los caudales específicas de evacuación de los

aliviaderos con las compuertas completamente levantadas. En-

tre los records se encuentra la presa de Karun (fig. 1), en

Irán, con 335 m3/s/m que está dotada de tres compuertas seg-

mento, de 15 m de ancho por 21,28 m de altura cada una, cuya

apertura completa proporciona una lámina de 30 m de altura,

con sobreelevación de 10 m sobre el máximo embalse normal.

Con independencia de la fiabilidad del funcionamiento de

las compuertas, se suele prescribir, incluso por los regla-

mentos de algunos países, que al dimensionar el aliviadero

se tenga en cuenta que no pueden producirse vertidos por co-

ronación de la presa aunque una o más compuertas permanezcan

cerradas, pudiéndose contar, en esta eventualidad. con el

desagüe por encima de aquellas. Esta consideración conduce

al incremento del número de compuertas o a prever un alivia-

dero de emergencia (vertedero libre, dique fusible o tapón

explosionable).

. Dimensionando adecuadamente las compuertas y la sobreelevación. se

consigue un doble efecto: limitar las consecuencias de una erróneaapertura de las compuertas a las de una crecida normal. sin por esoponer límites a la capacidad de desagüe para ,la crecida máxima de pro-yecto o incluso. eventualmente. una mayor. (N.T.).

14 -

Page 23: Aliviaderos MOPU

3.2.3. Vertedero mixto

Un vertedero mixto se compone de un umbral para vertido

libre a cota relativamente elevada y otro con compuertas a

una cota inferior. Este dispositivo, menos frecuente, tiene

por objeto combinar la fiabilidad del funcionam.iento con la

economía. Otro tipo mixto, raramente usado, es el vértedero

provisto de compuertas que sólo se abren para las crecidas

más importantes mientras que el agua vierte sobre ~llas en

las crecidas normales. El vertedero mixto con el labio libre

a la cota del máximo embalse normal permite el paso de cre-

cidas moderadas sin maniobrar las compuertas. Esta posibili-

dad es particularmente útil cuando el mínimo caudal que pue-

de ser desaguado a través de las compuertas puede causar

inundaciones intespestivas aguas abajo.

3.3. EMBOCADURAS

La forma de las embocaduras se elige para conseguir la

máxima capacidad posible de la sección de control, es decir,

el máximo coeficiente de desagüe. Se procura una distribu-

ción lo más uniforme posible a lo largo del vertedero, espe-

cialmente si éste se compone de varios vanos; si el alivia-

dero tiene varios niveles, la uniformidad debe lograrse en

cada uno de ellos.

El coeficiente de desagüe correspondiente al perfil

"Creager" se considera generalmente satisfactorio y bien de-

finido. Los perfiles deprimidos proporcionan incrementos de

caudal muy marginales y aumentan el riesgo de cavitación.

Las formas más adecuadas de las pilas intermedias y extremas

de los vertederos frontales para que el caudal se distribuya

uniformemente sobre la cresta. fueron establecidas hace mu-

cho tiempo de forma empírica por lo que, en general, no se

precisan ensayos en modelo reducido, incluso si las obras

- 15 -

Page 24: Aliviaderos MOPU

son de diseño convencional. Por el contrario, los modelos

son necesarios siempre que:

El valle

arriba de

ción altas

-

El vertedero o las pilas tengan una configuración poco

usual, impuesta por las condiciones específicas del-lu-

gar.

-

Existencia

que puedantrada.

-

La asimetría de la corriente de alimentación suele ser

muy notable en los vertederos en canal lateral y circulares.

El modelo permite determinar los remedios pertinentes (pilas

deflectoras o antivórtice) así como las excavaciones necesa-

rias para uniformar la corriente antes de alcanzar el umbral

del vertedero*. Si la profundidad del agua en las inmedia-,. ciones del umbral es reducida, como es frecuente en los ver-

tederos en canal lateral, el radio de curvatura horizontal

de los muros guía debe ser igualo mayor que el doble de esa.

profundidad, según se ha comprobado mediante modelos reduci-

dos.

Los vertederos con cresta de gran longitud (pico de pato,

laberinto) exigen ensayos en modelos para estudiar las con-

diciones del movimiento y determinar la relación caudal/ni-

vel de agua**. La mayoría de los vertederos, paralelos al

cauce, que alimentan un canal lateral se ensayan y calibranen modelo, debido a que su alimentación es generalmente asi-

* Ref. (78)

** Ref. (61)

relativamente estrecho y disimétrico aguas

embocadura, con velocidades de allmenta-

desigualmente di stribuidas °.

sea

la

y

de obras adyacentes a uno u otro extremo,

perturbar la distrLbución del flujo de en-

16

Page 25: Aliviaderos MOPU

métrica y a la submersi.ón parcial que a veces se tolera para

el caudal máximo.

Los vertederos sobre presas bóveda con lámina despegada

suelen ensayarse para determinar las condiciones que hacen

vibrar la lámina y los disposl,tivos necesarios para evitar

este fenómeno (deflectores, por ejemplo).

3.4. TIPOS y DISPOSICION DE LAS COMPUERTAS. CAMPOS 'VE APLI-

CACION*

Los tipos de compuertas más usados, normalmente, son los

tres siguientes:

Clapetas

Compuertas

Compuertas

Las <.lapetas sólo son apropiadas para cargas hidráulicas

de pocos metros de altura. Su aplicación se reserva, gene-

ralmente, para los vertederos de gran longitud, como suelen

ser los azudes ~n los ríos. Hace unos 35 años se hicieron

unos ensayos de clapetas de hormigón armado que no se han

vuelto a repetir. Por contra, se han desarrollado varios ti-

pos de automatismo hidráulico con contrapesos.

planas o verticales pueden alcanzar dimen-

les. Ca~i siempre tienen ruedas fijas para

(compuertas vagón); las del tipo Stoney,

rodillos, apenas se utilizan, salvo para gran-

con carga en aliviaderos sumergidos. Las com-

pueden constar de uno o más tableros, con

en la parte superior. Tienen el inconveniente

randes cajeros

Lassioneselcondes

puertaso sinde

compuertasconsiderab

deslizamiento

trenes de

secciones

verticales

clapetas

requerir g

Ret. (55).

planasde segmento

de rodadura, importantes esfuer-

17

Page 26: Aliviaderos MOPU

zos de elevación y supere~tructuras costosas y antiestéti-

caso

Las compuertas de segmento son las más utilizadas para el

control de caudales en grandes aliviaderos de superficie acausa de la simplicidad de su construcción, 'los relativamen-

te débiles' esfuerzos que requiere su maniobra y la ausencia

de ranuras laterales. Sus dimensiones pueden alcanzar de 15a 20 m de altura por 15 a 20 m de longitud, o de 8 a 12-m de

altura por 30 a 40 m de longitud.

Una tendencia que se apunta en las últimas décadas, con

-el fin de aumentar sustancialmente el caudal evacuado por

una superficie dada d.e .compuerta, consiste en colocar su

borde superior a cota bastante inferior al nivel normal del

embalse, cerrando el espacio intermedio con un muro-pantalla

de hormigón armado o macizo, con el necesario disp.osi ti vo de

estanqueidad frontal superior. Según sea la profundidad de

la compuerta en relación con la altura tot~l de la presa, se

pueden encontrar todas las posiciones intermedias entre el

aliviadero de superficie considerado en este capitulo 3 y el

desagüe de fondo, o medio fondo, tratado en el capitulo 4.

La concentración

economizar el coste

útil en los valles estrechos o donde la cimentación sea des-

favorable. Otra ventaja, a menudo decisiva, del aliviadero

en carga es la mayor flexibilidad que proporciona para la

explotación del embalse; éste puede vaciarse rápidamente pa-ra crear un hueco preventivo, antes de la llegada de la cre-

cida, gracias a la gran capacidad de evacuación que propor-

ciona para niveles de agua inferiores al máximo normal.

Para los aliviaderos sumergidos se prefieren habitualmen-

las compuertas de segmento. excepto en obras menores o

caudales inferiores a 100 m3¡s. La ausencia de ranuras-

te

para

de caudal en un ancho reducido puede

de las estructuras y es 'particularmente

- 18 -

Page 27: Aliviaderos MOPU

guía y la mínima fuer~a requerida para su manejo proporcio-

nan una ventaja indiscutible sobre otros tipos. No obstante,

las compuertas verticales (de vagón, para bajas o moderadas

cargas) no son excepcionales en presas de hormigón. Comoejemplos se pueden nombrar los siguientes:

- Presa bóveda de Ku-Kuan

gón de 9 m x 6,6 m (Fig.

- Presa de Morrow-Point

- Presa bóveda de Ouyanghai

gón de 7 m x 11,5 m.

Las dimensiones de las compuertas segmento, ya sean de

superficie o sumergidas, están limitados actualmente por la

fuerza unitaria que pueden resistir los ejes de rotación.

Las compuertas más recientes sobrepasan 20 MN*j por ejemplo,

en la presa de Itaipú (Brasil) hay catorce compuertas seg-

mento, de 20 m de longitud por 21,34 m de altura, que ejer-

cen un empuje de 22,7 MN sobre cada eje (Fig. 4). En las

grandes compuertas bajo fuerte carga el problema se resuel-

ve, generalmente, multiplicando los cojinetes de apoyo rota-

torio a lo largo de una viga maciza, de hormigón armado o

precomprimido, empotrada en las pilas laterales aguas abajo

de la compuerta.

La transmisión y reparto de las fuerzas aplicadas a estas

vigas, al resto de la masa equilibrante aguas arriba del

punto de aplicación, se hace, cada vez más, por medio de ba-

rras o cables pretensados. Esto reduce considerablemente la

cantidad de acero (barras normales para hormigón armado o

carpintería metálica) que es preciso colocar en las pilas

laterales.

6. 1 MN z 1 Meganewton z lO N

(Taiwan):

2) ;

uatro compuertas va-c

(USA) (Fig. 3);

(China): cinco compuertas va-

- 19 -

Page 28: Aliviaderos MOPU

El riesgo de acodalamiento de las compuertas en zonas

sismicas parece haber disminuido. Para contrarrestar los

desplazamientos diferenciales de las estructuras portanteslas c-ompuertas deben' colocarse en el interior de marcos mo-

noliticos muy rígidos. Esto impide la existencia de juntasde contracción en el umbral de la compuerta., en las vigas,

muros y puentes sobre ellas. Como, para evitar problemas de

retracción y deformaciones por temperatura, las dimensiones

de los bloques de hormigón no pueden exceder de 15 a ~ m,

paralela o transversalmente a las compuertas, resulta conve-

niente elegir mayor número de compuertas de tamaño medio en

lugar de pocas pero muy grandes. Esta disposición reduce,

también, los ries'gos en el caso de agarrotamiento de una

compuerta en posición cerrada. Deben instalarse grupos elec-

trógenos de emergencia próximoS a las compuertas para subsa-

nar posibles fallos de corriente en el sector.

Las compuertas de superficie se accionan, generalmente,

mediante polipastos con cables o cadenas que tienen su punto

de ataque sobre el tablero (disposición más frecuente) o so-

bre los brazos radiales aguas abajo de aquél. Los cables y

cadenas unidos a la cara de aguas arriba del tablero se usan

cada vez menos a causa de los peligros de corrosión, forma-

ción de hielo y golpe por cuerpos flotantes. En todo caso,

es una práctica aceptable siempre y cuando que los cables o.

cadenas sean de acero inoxidable o de otro material resis-

tente a la corrosión.

Para accionar las compuertas segmento sumergidas se pre-

fiere, generalmente, utilizar un gato hidráulico, que, ade-

más de contribuir al esfuerzo de cierre, puede controlar las

eventuales vibraciones que se produzcan con aperturas par-. ,

ciales. Tambien se han construido compuertas segmento con

sendos servomotores, para el movimiento sincronizado de am-

bos gatos, en aliviaderos de superficie y en desagUes de

fondo y medio fondo (Itaipú, Cedillo, Agua Vermelha).

- 20 -

.

Page 29: Aliviaderos MOPU

~;

!El resguardo del bo.rde superior de las compuertas de su-

perficie sobre el nivel normal del embalse es, frecuentemen-

te, de unos pocos decímetros, aunque no parece haber ninguna

regla establecida. Es tolerable un vertido ocasional sobre

una compuerta aunque no haya sido concebida para ello, pero

si ese vertido es una regla normal de funcionamiento la com-

puerta debe construirse de forma que no vibre y resista el

impacto de cuerpos flotantes y las fluctuaciones dinámicas

de presión. Las compuertas verticales de dos cue~pos, las

clapetas y las alzas móviles son más adecuadas para este

fin.

El riesgo de obstrucción de los aliviaderos por cuerpos

flotantes es pequeño de~ido a la magnitud de las secciones*.

En estructuras menores y en vanos sumergidos, en zonas muy

boscosas, puede ser necesaria una trampa flotante aguas

arriba de las embocaduras, aunque ésto no asegura una pro-

tección total. Si las crecidas pueden aportar una gran can-

tidad de cuerpos flotantes voluminosos, lo mejor es agrandar

las secciones de desagüe.

3.5. RAPIDAS

Las rápidas tienen por misión conducir el agua al punto

de restitución. aguas abajo de la presa. Su longitud y forma

están condicionadas por el tipo de presa y la morfologia del

lugar.

Las presas de hormigón ofrecen la ventaja de poder inte-

grar en su estructura portante tanto el vertedero como la

rápida, aunque puede haber contraindicaciones a su utiliza-

ción, como son, por ejemplo: caudal excesivo para la anchura

de presa disponible, espacio ocupado por otras obras o se-

rios riesgos para lograr la disipación de energia al pié de

* Re!. (57).

I

- 21 -

Page 30: Aliviaderos MOPU

FIGURA l. ALIViADERO DE LA PRESA DE

de 1. muro(A) Cresta.

de(B) Cresta

(CJ

'.'o..,., "'.

'.-,

A-a '. "'.

"

(t '0 1(,0-- - _o.

(DJ ti"BSirate"",edio Trampo

NilJet mázimo abajo(!')l4teral...tos

221.28 lit Házimo norIWI t(FJ niu.t15 %segmento;

22

Page 31: Aliviaderos MOPU

~ooo

1 ~",."- 0*-~ ; ;' ~z ~.60 ""'1

'" '":";' . ' \ s".~:l' -- ..;. .: . --

~;/ ,

FIGURA 2. ALIVlf,DZRO DE LA PRESA DE KU-KUAN (TAIWAN)

cada uno,

tas vagón

(2) Lámina libre vertiente desde la

coronación del vertedero

1600

2nr (3) Chorros en Lámina Libre a

través de Los orificios

(4) ChorrO8 a presion con el ~1:-

ve, del agua a La cota 952

(5) Solera originaL

adicionaL

controLados por compuer-

(6) Zampea~o

23

Page 32: Aliviaderos MOPU

A ,

SECTIO~ 8-8

FIGURA 3. ALZADOS Y SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ALIVIADEROS

Alzado, desde aguas arr:ba,Los aLiviader~s en orif:.::i(4,58 . 4, .'"i8 m

(~) Sección transversaL

(1 )

B~ A """'1

tJ ~ A

4~

:> A

4..1

AA

0

SECTION A.A

6 O 5 10 m

I~...I I~

DE LA PRESA DE MORROW POINT (U.S.A.)

Sección transversa~ de~ orificiode (2)externo

deL orificio externo

24

Page 33: Aliviaderos MOPU

(U.S.A. )POINTDE t-tORROWPRESA

25

Page 34: Aliviaderos MOPU

11

,..rrvrlL. c.-- . .'0000 . . . . . I.~ 00

'". " .1'000' . """ '".

, ,O :,:O ~, #t...1.

FIGURA 4. PRESA DE lTAlPU (BRASIL). ALIVIADERO Y SUS CO~1PUERTAS

PLanta

Rápida i=quie,.daMuro divisorio

Rápida centl'aL

Rápida derecha

A.

(1)

(2)

(3)

(4)

fB" PROFIL~ PROFIL é

.. ~ 00 .1)'00.

. ---o

o 1() 4(0 lO '" "JO-~---~

(ver fotografia de la página 34)

.o2rfil. LongitudinatT&lnel. carretero

Ranuras de aireación

B.

(S)

(6)

26

Page 35: Aliviaderos MOPU

183.75t

c. Comp~ertas det ativiadero

(2) Eje det vertedero

(2) Sala de co"trot

(3) P~taforma de ac~eso a U1 arti-

cutació" det 8ervo~otor

(4) Bloque de a"cLaje

@

z_~~

4-2

l'al.ier del. eje

Compuerta de segmento

Seruonrotor

Gal.erla para cabl.es

AtaguíaaGrúa pórtico

(S)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

27

Page 36: Aliviaderos MOPU

la presa. No obstante, la utilización de la presa como ali-

viadero es, en general, la solución más económica ~, además,

suele permitir orientar el flujo según el eje del cauce y

reducir así las erosiones en las márgenes y lecho del río

aguas abajo del cuenco amortiguador.

Las rápidas en presas vertedero funcionan, generalmente,

en régimen de lámina libre, salvo cuando se usan compuertas

sumergidas que tienen un corto tramo en presión aguas arri-

ba. Cuando el aliviadero es independiente de la presa, la

rápida puede tener una gran variedad de configuraciones y

ser total o parcialmente al aire o subterránea. Los factores

determinantes de la decisión sobre la tipología son: la geo-

logía, la forma de las laderas y la topología del valle

aguas abajo.

La rápida es prácticamente inexistente en el caso de las

presas bóvedas delgadas que vierten sobre coronación. En es-

te caso, ya sea 'la lámina de caida libre o procedente de

chorros, generados por compuertas sumergidas bajo pequeña

carga, incide a poca distancia del pié de la presa. Estas

formas de vertido son adecuadas para pequeños o moderados

caudales de desagüe; se requiere cierta anchura del valle al

pié de la presa y una profundidad mínima del agua en la zona.

de impacto, compatibles con la altura de caida y el caudal

específico de desagüe. Con frecuencia se usan dispositivos

de fraccionamiento de la lámina para airearla, estabilizarla

y reducir su fuerza erosiva en la zona de impacto. Para ser

eficaces tales dispositivos deben colocarse donde la veloci-

dad sea mayor que 10 mis y tener un ancho del mismo orden de

magnitud que la lámina, lo que conduce, a .veces, a disponer

una rápida de pequeña longitud hasta un desnivel de 5-10 m*.

Cuando la sección vertiente ocupa una gran parte de

. Ret. (123).

.

la co

- 28 -

Page 37: Aliviaderos MOPU

ronación de una bóved'a delgada. es a menvdo necesario dis-

poner varias pilas partidoras en el vertedero. para evitar

la vibración de la lámina vertiente con caudales relativa-

mente débiles que podría afectar negativamente a la presa.

As! se ha hecho en las presas de Zaou1a N'Ourbaz (Marruecos)y en las de Hautefage y Moulin Ribou. (Francia). .

Los aliviaderos situados sobre una presa maciza de hormi-

gón~ o en uno de sus estribos. requieren un canal de longi-

tud significativa donde se acelera la corriente.

it..

Un aliviadero de superficie situado sobre uno de los es-

tribos adyacentes a la presa es una excelente disposición,

porque requiere una longitud relativamente moderada, perotropieza con dificultades para caudales importantes, debido

al excesivo volumen de excavación que precisa, al peligro de

inestabilidad de la ladera y a la oblicuidad, respecto al

eje del cauce. con la que se reintegran los caudales al rio.

En un aliviadero con vértedero lateral la rápida tiene un

tramo de débil pendiente, al pié del vertedero, en el que se

produce una pérdida inicial de energía. Es práctica común

controlar el nivel, en este primer cuenco amortiguador, por.

medio de un segundo vertedero o de un estrechamiento que

contrae la lámina, dimensionado adecuadamente y colocado en

el comienzo de la parte más pendiente de la rápida; alivia-

dero de la presa de Youssef Ben Tachfine (Marruecos) Fig. 5.

Ciertas formas topográficas -como son los meandros o cur-

vas pronunciadas del río y un afluente próximo a la presa-.

se prestan a disminuir la longitud del aliviadero. Debe

tenerse en cuenta, sin embargo, que el desagUe a través de

un valle secundario suele causar problemas en la confluen-

cia, debido a su mayor eros1onab1lidad, respecto a la del V!

. Reí. (79).

- 29 -

Page 38: Aliviaderos MOPU

lle principal. así como a los impactos ambientales que se

producen al c¡rcular grandes caudales por un cauce que

normalmente está casi seco.

En general, las rápidas, tanto en canal como en túnel.tienen un trazado rectilíneo, puesto que están diseñadas pa-

ra flujos supercríticos que son difíciles de curvar. Cuando

hay cambios de dirección se mantiene el régimen lento y la

sección crítica de control se sitúa en la cabecera del ~lti-

mo tramo recto.

Se pueden aceptar curvas de gran radio en régimen super-

crítico con tal que las ondas de choque queden contenidas

por los caj~ros del canal. El flujo en carga es más fácil de

desviar; por esta razón, en algunos proyectos recientes se

ha dispuesto un túnel en baja presión en el origen del ali-

viadero, con un orificio de control en su extremo de aguas

abajo, al que sigue una rápida de planta rectilínea.

Cuando es necesario adoptar un trazado curvo en régimen

rápido es preciso ensayar sobre modelo reducido para todo el

abanico de caudales, pues no sólo puede variar la disposi-

ción de las ondas, sino que para caudales distintos del má-

ximo de proyecto pueden darse asimetrías o sinuosidades,

aguas abajo, que perturben el funcionamiento del trampolín e

incluso del cuenco amortiguador.

Si la rápida es relativamente larga, una reducción gra-

dual de su anchura, simultánea a la aceleración del agua,

puede producir economías, pero debe tenerse en cuenta que,

al igual que las pilas y las curvas horizontales, se pueden

producir ondas de choque localizadas. En obras importantes

lo más prudente es efectuar ensayos, en modelo reducido, pa-

ra determinar la altura de esas ondas y su influencia sobre

la distribución transversal del flujo en la unión de la rá-

- 30 -

Page 39: Aliviaderos MOPU

pida con la obra de restitución, a fin de optimizar la con-

figuración de esta última.

A la inversa, cabe ensanchar progresivamente la rápida

para reducir el caudal específico, disminuir el calado, mi-

nimizar el riesgo de cavitación y facilitar la d.isipac1ón de

energía.

Las rápidas en túnel se adaptan bien a los valles estre-

chos con laderas empinadas, que se elevan bastante por enci-

ma de la coronación de la presa, porque su construcción in-

dependiente de las obras principales es una ventaja cuando

el espacio es limitado. Los perfiles l?ngitudinales de los

túneles están condicionados por su eventual previa utiliza-

ción como galerías de desvío durante la construcción, la

forma de embocadura (vertedero frontal o lateral, corola

circular o semicircular, etc) y las condiciones geológicas.

En general el tramo inicial es vertical, o con pendiente muy

pronunciada, a fin de acelerar la corriente. Se intenta que

este desnivel inicial no exceda de 60 m para limitar el

riesgo de cavitación (Capítulo 5) en el resto del túnel, cu-

ya pendiente se reduce a la necesaria para mantener la velo-

cidad-.

Con objeto de disminuir las excavaciones, se acepta, a

veces, que, a partir de un cierto caudal, el túnel se ponga

en carga, con lo cual la sección de control se traslada des-

I de el umbral inicial al orificio al final del túnel. Esta

I disposición entraña el problema, ya mencionado, de las bol-¡ sas de aire que se forman, con el inconveniente adicional deI

. limitar la capacidad de evacuación que se incrementa muy po-

co con la sobreelevación del nivel en el embalse. En conse-

cuencia, para adoptar esta solución ha de tenerse una con-

fianza absoluta en el hidrograma de la avenida de proyecto,

. Re!. (52).

- 31 -

Page 40: Aliviaderos MOPU

=>

~

FIGURA 5. PRESA DE YOUSSEF BEN TACHF1NEALIVIADERO DE

Pe~fil. l.ongitudinal.Puente car~ete~oPrimer umbral. de controLSegundo umbra t de cont ~o t

(1)(2)(3)(4)

oIS'

\

o

Q~\ J~...I "7

(MARRUECOS)

Desagüe de fondo ~ saLida deLtúneL de desuioTrarrrpotinPLanta

(5)

(6)(7)

32

Page 41: Aliviaderos MOPU

",

FIGURA 6. PRESA DE LA GRANDE 2 (CAt~ADA).

(A) Planta;Canal de appoxÍnlaciónAZiviaderoCuenco L'./rIOt't iguadop de aguas

arriba

(1)(2)(3)

rc) Perfi~ de~ C:~l?l1ec aml-"rcig~G(l'Ol' d~ agua.' arriba(1) Torre de Co"tro~ de las com- í3) Pue"te de servicio

puertas (4) Compuerta vagón(2) Ranuras de La ataguía (5) Muros guía

01 I

~

~L

r"'~'PO ~

fC'CJ~

~,()fC'

",-.,l.,

,~"'"",

".::;\

01

i

(~~~OmALIVIADERO

(8) Perfil. Longitudina~(4) E.';calones de~ tramo sin revestir(5) p"psa pri7lcipa~(6) C :'~"~e sumergido(7) rerfi~ deL terreno naturaL

@

o 10 20m~~

33

Page 42: Aliviaderos MOPU

~." . ." t ~~.-;. ¿ ~::,¡;.:,.::.; - .. .. . - -

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..

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-""'- ~-,

PRESA DE ITAIPU (BRASIL)

34

Page 43: Aliviaderos MOPU

PRESA DE LA GRANDE 2 (C~NADA).ALIVIADERO (16.140 m le)

35

Page 44: Aliviaderos MOPU

especialmente si

te en el caso de que la roca sea excepcionalmente impermea-ble y resistente y exista suficiente distancia entre el tú-

nel y la superficie rocosa, tanto horizontal como vertical-

mente, debe prolongarse la sección en carga hasta aguas aba-jo de la pantalla de inyección y drenaje de la presa; en ge-

neral lo mejor es evitar tal disposición.

Los aliviaderos en túnel con régimen en lámina ~ibre

plantean el problema de la aireación para todos los cauda-

les. La turbulencia es la causa de un arrastre de aire en

forma de burbujas, diseminadas en la corriente. Es práctica

común dejar un margen libre, del 20 al 35% del área del tú-

nel, por encima de la superficie del agua para asegurarsecontra la puesta en .carga, calculando el flujo con la

sección mojada restante sin emulsión de aire. 51 el régimen

con superficie libre se extiende a toda la longituddél tú-

nel y éste es corto, se establece una corriente de aire na-

tural por encima del agua, pero si el túnel está en presiónen su extremo de aguas arriba la ~enovación del aire arras-

trado sólo puede realiz"arse desc;:ie aguas abajo, a contra co-

rriente. En túneles largos y con altas velocidades, el cita-

do margen del 20 al 35% puede ser insuficiente y será nece-

sario disponer un conducto de ventilación en la sección fi-

nal del tramo en carga. Las medidas realizadas en las pre-

sas, los ensayos en laboratorio y los análisis teóricos han

permitido estaQlecer relaciones entre los caudales de aguas

.' y aire arrastrado, para distintas condicione.s de flujo, que

suministran información válida para dimensionar y proyectar

los dispositivos de ventilación..

Generalmente suele evitarse la formación de un resalto

hidráulico en la parte subhorizontal de un túnel; el factor

determinante es la altura del agua en esta zona respecto del

. ReC. (SO, 82, 83, 137).

la presa es de materiales sueltos. Solamen-

- 36 -

Page 45: Aliviaderos MOPU

agua en el cauce natural al que se restituye el caudal. Sin

embargo, un resalto hidráulico en el túnel. seguido de una

ligera puesta en carga, ha sido preconizado como medio de

disipación de energía para los desagües de fondo del sistema

de Souapitien el río Konkouré, en Guinea. La posición del

cambio de régimen se controla por medio de una geometría

apropiada y se prevén amplios dispositivos de protección

contra la cavitación y las fluctuaciones de subpresión.

En algunos casos de geología particularmente favorable

(roca dura y sin juntas) ha sido posible eliminar parte del

revestimiento (rápida excavada en escalones de La Grande 2

(Fig. 6) en James Bay. (Canadá)*; sin embargo, se mantienen

protegidas las zonas fisuradas. Estas soluciones requieren

un cuidadoso estudio, pues la erosión regresiva a través de

las discontinuidades geológicas pueden ser muy rápidas (Pre-

sa de Ricobayo en España*.).

Con altas velocidades (superiores a 30 mIs) el principal

problema es la cavitación. especialmente en el caso más nor-

mal de superficie libre. La cavitación y los medios modernos

para prevenirla y combat.irla son objeto del- capítulo 5.

3.6. OBRAS DE RESTITUCION AL RIO y DISIPACION DE ENERGIA

3.6.1. Introducción

El problema crucial de la restitución de~ caudal al cauce

es la disipación de energía. Antes de construir la presa la

energía del agua se disipa por rozamiento y turbulencia.

erosionando el río principal y lo~ t~ibutarios que son ane-

gados después por el embalse. Una vez construida la presa la

mayor parte de la energía debe ser disipada en un punto sin-

.. Ref.

** Ref.(12).

(87).

- 37 -

Page 46: Aliviaderos MOPU

gular donde se concentra el potencial eroslvo: el lugar don-

de el aliviadero devuelve el agua al río.

Aunque la literatura técnica informa sobre un número cre-

ciente de grandes aliviaderos que han resultado un éxito,

tanto en el proyecto como en la construcción, el conjunto de

resultados significativos es aún escaso, puesto que la mayo-

ría de las obras han funcionado sólo con caudales muy infe-

riores a su capacidad de proyecto y por cortos espaci~ de

tiempo. Los precedentes, menos numerosos, de aliviaderos de

funcionamiento prolongado con altos caudales, como ~S el de

Tarbela* (Fig. 7), se caracterizan por la frecuente ocurren-

cia de serios trastornos. Esto indica que, excepto cuando la

energía del agua se convierte en electricidad, el problema

de la disipación de energía no está todavía completamente

controlado. El gran número de presas, con alturas cada vez

mayores, construidas y en construcción en ríos con caudales

importantes e irregulares debe ser un serio motivo de preo-

cupación tanto para la generación presente como para las fu-

turas.

La energía se disipa, casi siempre, mediante un súbito

frenado del caudal y el consiguiente cambio de régimen su-

per-crítico a infra-critico. El ingeniero puede lograr ésto

de dos romas:

a) El tramo en el que el flujo es super-crítico se condu-

ce por un c,anal y el cambio se confina en una estruc-

tura artificial, el cuenco amortiguador, cuya geome-

tría se determina por medio de la teoría y ensayos en

modelo para que en él se forme el resalto hidráulico.

b) La corriente rápida se lanza al aire desde una cierta

altura, en forma de chorro o capa, con una importante

. Re!. (87).

- 38 -

Page 47: Aliviaderos MOPU

componente horizontal de la velocidad. El cambio derégimen del flujo se opera en un cuenco llamado col-chón de amortiguamiento. Lo ideal es que esta fosa se

vaya formando naturalmente con los primeros vertidos y

que su desarrollo sea suficientemente lent~ como parano hacer peligrar, en un lapso razonable de tiempo, la

estabilidad de las obras vitales o las laderas del

cauce.

Sin embargo, cada vez es más frecuente excavar todo oparte del

protegerlo

dos pueden

presa.

colchóncontrausarse

Si los caudales son pequeños la lámina vertiente puede

expandirse, lateralmente, de manera que los dispositivos de

fraccionamiento y aireación descritos en la sección 3.5.sean plenamente eficaces. En este caso la mayor parte de la

energía será disipada por fricción, entre el agua y el aire,

y el colchón de amortiguamiento tendrá un papel puramente

marginal (Ver "Láminas vertientes en caída libre" en el

apartado 3.6.3.).

3.6.2. Cuencos amortiguadores:

dinámicos, subpresiones,sión y mantenimiento

Resalto hidráulico

A primera vista, la disipación de .energía en un resalto

hidráulico parece muy atractiva. Este queda confinado en un

volumen limitado, con una longitud y localización teórica-

mente bien definidas, y la energía residual que deja el

cuenco puede calcularse muy aproximadamente.

de hormigón con el

veces los materiales

para la construcción

y revestirlola erosión. A

como áridos

fin de

excava-

de la

accidentes,

vibración,

problemas hidro-

cavitación, abra-

39

Page 48: Aliviaderos MOPU

109,60 --r --,-

312

(A) P~anta

(8) Per{it longitudinal.

7 9,~ O

0

@

FIGURA 7. PRESA TARBELA (PAKISTAr~)DECUENCOS AMORTIGUADORES DE LOS TUNELES T3 Y T4

(I) Dos compuertas de segmento24,88 . 7,32 m para una carga

nJáz.ima de 136 m

40

Page 49: Aliviaderos MOPU

..c

. .,..'. ,

...'~

Túnel ni 4, a plena carga, después de substituir el cuenco

amortiguador con resalto por dos canales con trampolines

.~

PRESA DE TARBELA (PAKISTAN)

41

Page 50: Aliviaderos MOPU

Por estas razones el resalto hidráulico ha sido siempre y. '

continua siendo una solución favorita del ingeniero, cuyo

objetivo es 'proyectar, por medio del cálculo y la experimen-

tación, las mejores formas y dimensiones para obtener un re-

salto corto, estable y eficiente. La abundancia de literatu-

ra técnica sobre el tema permite al proyectista adaptar las

reglas y precedentes a su propio caso, sin ningún problema.

La cuestión de las dimensiones es un tema puramente hidráu-

lico y no se considera en este documento. Debe hacerse_no-

tar, sin embargo, que el resalto es caprichoso y que su man-

tenimiento en la posición deseada dentro del cuenco o al fi-

nal de la rápida (trampolines sumergidos de ciertas presas

vertedero), depende no sólo de la posición relativa del ni-

vel de ag~as,abajo, sino también de cambios menores en la

geometría de la solera y paredes laterales. Una brusca dis-

continuidad, -un escalón vertical por ejemplo-, que genera

una fuerza considerable hacia aguas arriba, contribuye a li-

mitar el posible movimiento del resalto para diferentes con-

diciones del caudal y el nivel aguas abajo. Deben adoptarse

substanciales márgenes de seguridad para evitar la expulsión

del resalto fuera del cuenco, especialmente por influencia

de la variación del nivel aguas abajo a causa de la erosión

o degradación del lecho fluvial; una degradación de la topo-

grafía aguas abajo de la presa puede conducir a una erosión

regresiva, que convierta en poco eficaz un cuenco inicial-

mente satisfactorio. La forma de evitar esta situación es

construir un umbral de control, no erosionable, cerca de la

salida del cuenco, o bien, disponer el cuenco en un nivel

suficientemente bajo para que, además del rodillo normal se

forme otro de dirección opuesta inmediatamente aguas abajo

del pié de la presa. Este último dispositi,vo ha sido utili-

zado con éxito muchas veces en U.S.A. y en la India, aparen-

temente sin daño alguno pero para caudales y duraciones de

funcionamiento desconocidos (Indian National Committee on

Large Dams: "\-later Resources Research in India". Chapter IX,

New Delhi. 1979).

42

Page 51: Aliviaderos MOPU

No obstante, el problema más serio que plantea el

amortiguador es su resistencia estructural más que su

cia hidráulica. Los apartados siguientes proporcionan

nas ideas relevantes sobre este tema

En primer lugar debe tenerse en cuenta

ternativa práctica al resalto hidráulico,

locales hacen inaceptable la excavación

erosión. especialmente si el aliviadero

frecuencia y durante largos periodos.

La experiencia de las últimas décadas proporciona numero-

sos ejemplos de cuencos amortiguadores que han sufrido se-

rios daños por utilizaciones prolongadas con caudales cerca-

nos al máximo. Esto ocurrió, por ejemplo, con el aliviadero

de la presa de Malpaso en México. (Fig. 8). El caso de los

túneles pa~a riego de la presa de Tarbela (Pakistan) merece

una mención especial -aunque no se trate de aliviaderos de

superficie-, debido al considerable caudal y gran altura

(máximo de 3.000 m3/s por cuenco, altura entre 90 y 140 m),

sus largos períodos de funcionamiento (varios meses consecu-

tivos al año) y la publicidad dada a los frecuentes inconve-

nientes sufridos (1974-1975-1976).

El tipo de daño más frecuentemente detectado ha sido el

levantamiento y arranque de losas enteras de la solera, se-

guido o no por una erosión del cimiento, que llegó hasta 25

m de profundidad en la roca en el caso de Tarbela**. Esto

indica, claramente, la existencia de altas subpresiones bajoextensas superficies de la solera. Aunque éste es el factor

predominante, se añaden otros susceptibles de favorecer la

aparición de subpresiones y agravar los daños: cavitación,

abrasión y vibración.

. Ret. (129,130. 131, 132).

.* Ret. (86.88).

cuenco

efica-

algu-

que no existe al-

si las condiciones

previa o la post-

debe funcionar con

43

Page 52: Aliviaderos MOPU

Subpresión

Las presiones ascensionales que tienden a levantar la so-

lera son producidas por la transformación intermitente deenergía cinética en energía de presión a través de eventua-'

les fisuras de la solera. Este mecanismo es .particularmente

peligroso con números de Fraude elevados y se acentúa por la

intensa turbulencia o Macroturbulencia por la cual se produ-

ce la disipación de energía en el resalto. Una caracteristi-

ca de la macroturbulencia son .las fluctuaci.ones de presión

de alta frecuencia y amplitudes muy variábIés .en todos los

puntos, incluidas las superficies mojadas de la solera y la~-

paredes*. En el peor caso la semiamplitud se acerca a 0,4 Y-2g

-en la que "V" es la velocidad media en régimen rápido a la

entrada del cuenco-, y su período del orden de un segundo.

El análisis estadístico de

ministrados por sensores colocados en

media c~adrática de lasV

0,12 2g

Cuando se produce una presión negativa en un punto ~e la

solera puede ocurrir una situación, momentánea, de inestabi-

lidad local si e~iste una subpresión permanente en el con-

tacto roca-hormigón o en cualquier otro lugar en el espesor

de la solera (junta horizontal de construcción), o del ci-

miento, y si esa subpresión es mayor que ,el peso del hormi-

gón y roca que están encima más la presión residual del agu~

en ese punto. La fuerza ascensional total puede ser peligro-

sa si hay una subpresión permanente sobre una amplia super-

ficie y aparecen, simultáneamente, fluctuaciones negativas

de suficiente amplitud sobre una significativa extensión de

la solera. Las destrucciones sufridas por numerosos cuencos

los registros de presiones su-

las paredes indica una

fluctuaciones dinámicas entre 0,10 y

- 44 -

Page 53: Aliviaderos MOPU

oo

g..;

~~+p eII;

El

FIGURA 8. PRESA DEALIVIADERO. PLANTA Y

Losas originatesPLantaDaños producidos por ta erosiónSección transversaLNU6ua8 barras de anclajeSección transversaL MOstrando tosdaños producidos por to d~osió"

45

(1)(2)(3)(4J(5)(6)

~

LCtO

-

~ :: ePoPo-

8W'...

..

e

-00...00

w

MALPASO (MEXICO)PERFIL LONGITUDINAL

(7) Pe~fit tongitudinat mostrandOLos da"OS p~oducidos por Lae~osión

(8) PLanta indicando La zona ~e-co"8t~uid4 (ZOn4 ~ay~da)

Page 54: Aliviaderos MOPU

amortiguadores indican que la probabilidad de ocurrencia deesta desfavorable combinación está lejos de ser desprecia-

ble.

El desarrollo de subpresiones en alguna zona debajo de la

solera, especialmente en el contacto roca-hormigón, cuandoel cuenc~ está funcionando, es más bien la regla que la ex-

cepción. Esta subpresión la produce, generalmente, el nivel

del agua en el cauce, aguas abajo del cuenco, y está fa~re-

cida por el sistema de drenaje que suele imponer la proximi-dad del embalse o la existencia de una'capa frritica que do-

mina a éste. Si la profundidad de agua que requiere el re-

salto se obtiene por medio de un umbral de control al final

del cuenco, puede obtenerse una sal.ida del drenaje por gra-

vedad a una di.s.tancia razonable. Sin embargo, lo más fre-

cuente es que la profundidad del cuenco esté fijada por las

condiciones naturales del cauce aguas abajo, lo que obliga a

emplazarlo a cota inferior al lecho del río, imposibilitando

el drenaje por gravedad y permitiendo la entrada del agua a

través del sistema de drenaje, a menos que se aisle éste. Un

drenaje independiente con impulsión final para impedir el

incremento de la presión es, por supuesto, el mejor seguro

contra la creación de fuerzas ascensionales debidas a las

presiones fluctuantes nagativas. Pero el bombeo es caro y no

siempre eficaz; sólo se usa en casos extremos de grandes es-

tructuras que operan de forma continua -cuenco amortiguador

del túnel nQ 3 de Tarbela después de la tercera reparación-,

y en presas equipada.s con cen.tral .~idroeléctrica cuyo perso-.

nal puede asegurar el man'tenimiento de las bombas.

Sin bombeo o drenaje por gravedad, la ~ubpresión bajo la

solera en un punto e instante dados puede aproximarse a la

carga de aguas abajo. La desigual distribución espacial de

las fluctuaciones en un instante dado, sobre una cierta área

de la solera, hace que la fuerza total de subpresión bajo

ese área sea notablemente menor que el producto de la máxima

- 46 -

Page 55: Aliviaderos MOPU

subpresión por la superficie. Experimentos realizados por

los ingenieros rusos han permitido establecer unas fórmulas

que relacionan la subpresión total bajo una solera rectangu-lar con la carga hidráulica. el caudal especifico, la longi-

tud de la losa y su posición en el cuenco; se supone que ca-

da losa actúa independientemente. Estas fórmulas muestran

una considerable atenuación de la subpresión media efectiva

en función de la longitud de la losa y su distancia media,

hacia aguas abajo, al frente del resalto; su aplicación es-

tricta llevaría, en muchos casos, a concebir la solera con

losas relativamente delgadas y sin anclarlas al cimiento.

La experiencia, sin embargo, recomie~da ser prudentes. En

primer lugar la posición del frente de la onda es imprecisa

y puede cambiar. Además, pueden surgir otras causas de ines-

tabilidad distintas a las debidas a las fluctuaciones nega-

t~vas y a la subpresión procedente del nivel aguas abajo;

aunque su probabilidad es pequeña pueden dar lugar a fuerzas

de levantamiento más elevadas. No es inconcebible que pueda

transmitirse, momentáneamente, una fluctuación de presión

positiva bajo una zona significativa de la solera a través

de una junta o una fisura que llegase a comunicar el drenaje

con el interior del cuenco; o, en el mismo sentido, una sub-

presión igual a V2/2g (siendo 11VII la velocidad próxima a lapared) que pudiera producirse por un saliente accidental de

una junta o por la vibración de una losa y llegara a pene-

trar en la estructura. Esto conduce a una incertidumbre res-

pecto al máximo valor que puede alcanzar la fuerza ascensio-

nal, por lo que es aconsejable adoptar la precaución mínima

de proyectar la solera para resistir la más severa de las

dos situaciones siguientes:

a) Subpresión total igual al nivel de aguas abajo. apli-

cada a la superficie total de la solera con el cuenco

vacío.

47

Page 56: Aliviaderos MOPU

b) Subpresión total igual a la media cuadrática de las

flucturaciones de presión macroturbulenta*, aplicadaal coniunto del cuenco en la hipótesis de que está

lleno.

Si el cimiento tiene cohesión suficiente, unos anclajes

normales o pretensados pueden proporcionar una parte esen-

cial de la resistencia necesaria; en caso contrario, deberá

incrementarse el espesor de la solera y estabilizarla, ~n lo

posible, con el peso de los muros cajeros.

cont~a~~esta~ el p~oceso de a~~ancamiento p~ovocado

fluctuaciones de p~esión mac~otu~bulentas, se ~eco-

Para

por las

miendan las sigui"entes

a) Todas las juntas de contracción deben proveerse de lá-

minas de estanqueidad bien situadas y embebidas en el

hormigón.

b) Deben eliminarse todas las salidas de drenes en los

muros cajeros dentro del recinto del cuenco, incluso

en la zona situada por encima de la línea de agua

"teórica", aguas arriba del frente del resalto. Sin

embargo, varios proyectistas norteamericanos han men-

cionado el comportamiento satisfactorio de salidas de

drenes en el origen del cuenco de una solera dentada.

c) Aumentar todo lo posible la superflcie de las losas.

d) Solidarizar las losas por medio dI:" dientes, cajas de

resistencia al cizallamiento y armaduras a través de

las juntas.

disposiciones constructivas:

48

Page 57: Aliviaderos MOPU

e} Minimizar ei nú~ero de tongac;E s de hormigonado y en-

clavarlas.

f) Si el drenaje es indispensable. situarlo a una distan-

cia mínima de 1 m a 1.5 m de las superficies mojadas.para que el eventual desgaste por abrasió~ o cavlta-

ción no llegue a ponerlo en contacto con el flujo ma-

croturbulento.

En la misma línea de ideas debe observarse que la elimi-

nación del revestimiento de hormigón (como en el aliviadero

de Paloma, en Chile, que fue revestido después), basado en

la excepcional calidad de la roca puede ser aventurado. Por

muy buena que sea la roca siempre está fisurada, por lo que

el proceso de arranque por subpresiones momentáneamente de-

sequilibradas por fluctuaciones dinámicas (efecto de cuña),

puede ser particularmente eficaz y destructivo en ausencia

total de un revestimiento protector.

Vibración

En la disipación de energía por macroturbulencia, las

componentes pulsátiles predominantes (las de mayor amplitud)tienen frecuencias comprendidas entre O y 10 Hertz. Esto

significa que algunas partes del cuenco, como las losas de

las solera y los eventuales deflectores o dientes, corren el

peligro de vibrar en resonancia., como demostraron las medi-

ciones realizadas en las losas de los cuencos de los túneles

para riego de Tarbela antes de que fueran reforzados y an-

clados. El movimiento vibratorio de las losas abre las jun-

tas en profundidad y hace saltar sus. aristas, favoreciendo

la formación de subpresiones dinámicas y facilitando el

arrancamiento de aquellas.

. Ret. (23).

- 49 -

Page 58: Aliviaderos MOPU

La previsión contra las vibraciones implica también la

ejecución de losas macizas, conectadas entre sí por armadu-

ras transversales, a través de las juntas, y por dientes o

cajas contra el ciza.llamiento. En todo caso siempre que sea

posible deben anclarse a la cimentación.

Finalmente, es preciso

clones de presión pueden

turas, especialmente enpriori .,

Cavitación

La presión puede devenir momentáneamente- inferior a la

atmosférica en una parte del resalto, por efecto de las

fluctuaciones macroturbulentas, dando lugar a la cavitación;sin embargo, la intensa aireación de la corriente, debida

precisamente a la macroturbulencia, contrarresta este efec-to. Los dientes y obstáculos que tienen ciertos cuencos re-

sultan particularmente expuestos a la erosión por cavita-

ción. El pie de la rápida y la franja del cuenco situada en

la parte anterior al resalto son las zonas más sensibles,

porque las altas velocidades de la corriente supracrítica

están en contacto con el fondo, excepto en algunas configu-

raciones con escalón o deflector entre la rápida y el cuen-

co. Por esta razón la erosión por cavitación es frecuente en

este tipo de cuencos amortiguadores. Aunque es menos brutal

y espectacular que el arrancamiento de losas por subpresión

obliga a reiteradas reparaciones. La propia naturaleza de la

corriente en el cuenco dificulta su eliminación. Los bloques

sumergidos del tipo Rehbock o del cuenco "Tipo 111", del Bu-reau of Reclamation, son particularmente susceptibles a este

fenómeno para velocidades superiores a 15-18 mis; sólo se

puede retrasar su degradación realizándolos con hormigones

especiales o revistiéndolos con un blindaje*.

Re!. (120, 121, 122).*

tener en cuenta que estas fluctua-

producir fatiga en algunas estruc-los anclajes, difícil de evalua.r "a

50

Page 59: Aliviaderos MOPU

Abraslón

La última causa de averías es la abrasión. En los a11via-

deros de superficie, el riesgo de abrasión por los sedimen-

tos que t"ransporta la corriente es prácticamente nulo o, a

la sumo, se aplaza hasta una época lejana, cuendo la sedi-

mentación en el embalse alcance el nivel del umbral. Tanto

los acarreos como los sólidos en suspensión son peligrosos

porque contienen una proporción significativa de partículas

duras, de arena de tamaño fino a medio; por ejemplot granos

de cuarzo anguloso.

Algunos cuencos sufren daños merced a la abrasión queproduce el el material del lecho del rio situado inmediata-

mente aguas abajo de la obra.. Esto ocurre en cuencos dema-

siado cortos o mal diseñados en los que se producen contra-

corrientes desde el lecho del rio no protegido hacia elcuenco. Los sedimentos abrasivos y los residuos de la cons-

trucción, dejados en la solera antes de su puesta en servi-

cio, y las piedras arrojadas por los visitantes, pueden que-

dar atrapados dentro del cuenco y causar un desgaste consi-

derable, especialmente cuando la pendiente de salida es

abrupta. Puede ser necesario proveer al cuenco con cubiertas

y vallas protectoras para impedir que le caigan piedras. Una

distribución asimétrica accidental del flujo turbulento en

la entrada es siempre una circunstancia agravante para la

abrasión, porque concentra el desgaste sobre ciertas áreas

de las superficies mojadas.

Para protegerse contra la abrasión debida a los sedimen-

tos atrapados, el cuenco debe tener una configuración auto-

limpiante, de forma que el sedimento preexistente, o intro-

ducido ocasionalmente desde una u otra dirección, sea ráp.i-

damente expulsado. Esto puede comprobarse fácilmente en un

. Ret. (34).

51

Page 60: Aliviaderos MOPU

modelo reducido., pero debe tenerse en cuenta que las dispo-

siciones logradas sobre el modelo no son siempre tan efica-

ces en la realidad. Para impedir que entren al cuenco sóli-

dos procedentes de aguas abajo se han colocado en su salida,

a veces, trampas para piedras.

Si la corriente lleva siempre sedimentos abrasivos, el

deterioro es inevitable. La experiencia demuestra -presa de

San Men Xia en el río Amarillo-, que el desgaste es débil en

superficies de hormigón ordinario paralelas a la corriente,

aún con altos contenidos de arena abrasiva (50 kg/ril:3) , contal de que la velocidad del agua sea menor de 10 mIs. A par-

tir de este valor, el grado de desgaste crece, muy rápida-

mente~ con el cubo de la velocidad del agua'- Las velocidades

superiores a 10 mis sóncomunes en la entrada de los cuencos

y persisten en una cierta longitud hacia el interior; ade-

más, la turbulencia debida al resalto tiende a agravar el

problema de la abrasión.

Los hormigones y revestimientos especiales desarrollados

recientemente retardan el desgaste por abrasión, pero no la

suprimen por completo. De cualquier manera, su utilizaciónsería muy costosa para un cuenco amortiguador, dada la ex-

tensión de las superficies a tratar, excepto en pequeñas

obras.

Reparaciones

Los tres procesos de deterioro de los cuencos de amorti-

guamiento, subpresión. cavitación y abrasión, pueden combi-

narse y el desarrollo de uno puede dar lugar a la aparición

de otro; el resultado final es una aceleración en la degra-

dación que convierte al cuenco de amortiguamiento en una es-

tructura muy vulnerable.

* Ref. (85).

- 52 -

Page 61: Aliviaderos MOPU

Las consideraciones anteriores obligan a incluir en el

proyecto previsiones para poder inte 'ver.ir y reparar rápida-

mente si se detectan desgastes importantes. La dificultad

más común es el vaciado del agua del cuenco. Puesto que -con

el fin de obtener la contracarga necesaria para mantener el

resalto en el cuenco-, la solera suele estar situada casi

siempre muy por debajo del nivel del agua en el.río, resulta

que, a menos que éste esté completamente seco, se necesitará

algún tipo de ataguía. El montaje será muy rápido ~ la ata-

guía está formada por elementos horizontales, apoyados sobre

pilas, que se manipulan desde una pasarela, pero tal solu-

ción será, en general, muy cara..

Si se prevé que el aliviadero ha

y durante largos períodos, una buena

mentar longitudinalmente la rápida y

tar la ,ejecución de obras parciales

cionamiento.

3.6~3. Trampolines y láminas vertientes. Socavaciones. Ero-

siones. Zampeados. Problemas hidromecánicos.

Trampolines

La denominación de salto de esquí o trampolín se refiere

a la colocación de deflectores al final del canal de descar-1I

ga del aliviadero. Estos deflectores imponen un cambio brus-

co de dirección a la corriente, cuando despega de la estruc-

tura de hormigón, de la que salen chorros que describen una

trayectoria al aire libre y caen en una zona prefijada del

cauce. La disipación de energía tiene.lugar, principalmente,

en el volumen de agua que rodea la zona del impacto. El de-

flector final, llamado también trampolín, está situado a una

.Además, hay que cerciorarsemiento hidráulico y resistenmacroturbulenciao (NoT).

de operar frecuentemente

precaución es comparti-

el cuenco, para facili-

incluso durante su fun-

de que las. pilas no pertwrban el funciona-los fuertes efectos de la velocidad y la

53(i C; 1~~~

Page 62: Aliviaderos MOPU

cierta altura por encima del nivel de aguas abajo, de modo

que esta altura, el ángulo de salida y la altura total de

caída son los parámetros principales para determinar la

trayectoria. Cuando hay varios chorros es posible, a veces,

hacerles chocar a lo largo de su trayectoria en el aire lo

que contribuye a la disipación de energía (ver más adelante

los aliviaderos de chorros cruzados).

La lámina

peligrosas si

rior y el nivel

siguiente efecto

Las barras que se forman debido al depósito de los mate-

riales erosionados, aguas abajo del cuenco socavado, pueden

sobreelevar el nivel del agua y reducir el espacio libre

hasta la cara inferior de la lámina, lo que produciría los

problemas de oscilación que se acaban de indicar.

La primera preocupación del proyectista es, en general,

aumentar la distancia entre la zona de impacto y el trampo-

lín, con objeto de proteger, adecuadamente, la cimentación

contra la erosión remontante; esta preocupación es, eviden-

temente, difícil de satisfacer cuando la altura de caída es

pequeña (menor d~ 50 metros). Por lo que respecta a la si-

tuación de la zona de impacto respecto a las márgenes y a la

forma de los chorros en orden a obtener unos resultados da-

dos -desviación lateral, alcance, fraccionamiento, etc-, ca-

da emplazamiento constituye un caso especial, que sólo puede

estudiarse adecuadamente en modelo reducido. De ahí la gran

variedad de trampolines existentes, simétricos o asimétri-

cos, formados por planos cortados o por superficies de cur-

vatura progresiva, etc. Se pueden encontrar, para la misma

disposición general, cierto número de formas distintas cuyo.

comportamiento hidráulico no sea significativamente distin-

to.

vertiente puede ser perturbada por osc11ao~ones

el espacio libre situado entre su cara infe-

de aguas abajo es insuficiente, con el con-

de una posible vibración de la presa.

54

Page 63: Aliviaderos MOPU

Un caso particular es el de los trampolines situados a

cotas muy bajas, a la salida de galerías de desvío del río

durante la construcción, utilizadas posteriormente como ali-

viadero. En algunos proyectos -Sidi Mohamed Ben Aouda, enArgelia*-, estos trampolines son sumergidos, para caudales

altos, y funcionan entonces como un cuenco amort'iguador, en

el que se produce un cierto tipo de resalto hidráulico (fig.

9) .

Láminas vertientes en

La lámina vertiente en caída libre, se presenta sólo en

las presas bóvedas cuyos paramentos de aguas abajo son "en

desplome" o subverticales. En ocasiones se intenta disipar

una parte de la energía antes del impacto sobre el cauce. A

este fin, se incorporan al umbral de vertido, o ligeramente

por debajo del mismo, separadores y deflectores, de modo que

los flujos múltiples, obtenidos por fragmentación de la lá-

mina, chocan entre sí o sobre los deflectores antes de ser

lanzados al aire. De esta forma, la superficie de fricción

entre el agua y el aire en derredor se aumenta sustancial-

mente, siendo la disminución del alcance del impacto un in-

dicador de la eficacia conseguida. La disipación de energia

sólo es significativa si la fragmentación produce una emul-

sión eficaz; ésto no se consigue en la práctica más que con

láminas delgadas -menos de 5 Ó 6 metros sobre el umbral de

vertido-, es decir, para las pequeñas avenidas de alta fre-

cuencia.

Los deflectores y trampolines incorporados a los umbrales

para láminas vertientes sobre bóvedas po~ D.F. Roberts en

Africa del Sur -P.K. Le Roux y Hendrik Verwoerd**, en el rio

Denominada Es Saada recientemente.... Ref. (13).

caída libre

55

Page 64: Aliviaderos MOPU

Orange-, responden a esta preocupación* (fig. 10). Cuando la

anchura del cauce permite repartir trasversalmente la lámina

vertiente -el caudal 'de cálculo en las presas indicadas es,

aproximadamente, de" 60 m3/s/m y el espesor de la lámina en

el trampolín de 4 metros-, la fuerte aireación resultante

produce una significativa disipación de la energla. Las com-

puertas diseñadas por el profesor Aubert y situadas de forma

decalada produc~n un efecto parecidQ.*.

En la mayoría de los casos, sin embargo, una parte sus-

tancial de la energía se conserva hasta la zona de impacto y

se disipa bruscamente en la masa de agua que la rodea. El

fenómeno no es fundamentalmente diferente del que tiene lu-

gar en un cuenco de am<?:rtiguación por resalto hidráulico; la

energía se disipa gracias a la fricción de la macroturbulen-

cia y los efectos que la acompañan -fluctuaciones de la pre-

sión dinámica, abrasián, cavitación-, son los mismos.

La diferencia esencial reside, normalmente, en el hecho

de que la masa de agua afectada es mucho más grande, y las

áreas de turbulencia más intensa tienen un contacto menos

directo con las superficies mojadas. Las situaciones con pe-

queños volúmenes de agua son transitorias o excepcionales y

se producen con ocasión de la puesta en servicio del alivia-

dero, cuando no se ha efectuado una preexcavación o bajo el

impacto de la lámina vertiente sobre una solera de protec-

ción cuyo colchón de agua sea de profundidad reducida.

Cuencos de socavación***

La elección de una restitución con trampolín se basa en

la hipótesis de que, a partir de un cierto grado de de sarro-

* Ref. (49, 123).

** Ref. (11).

*** Ref. (5, 93, 94, 96).

- 56 -

Page 65: Aliviaderos MOPU

FIGURA 9. ALIVIADERO DE LA PRESA L'~ 51DI MOHAMED BEN ~OUDA

(ARGELIA). DENOMINADA ES SAADA RECIENTEMENTE

.'

0(1) PLanta generaL deL aprovechamiento

(Al Dientes deftectores de aguas abajo

fl!18 6.:~~~

o 50I . I

(2) PerfiL longitudinaL del aLiviadero

188.50

0

57

Page 66: Aliviaderos MOPU

(J) Secció~

(4)

-r-~60

~I 154

180.00.

.00

G) o 30 60mI 1I

tl'a'lsuel'sa~ torre de toma

A.A 0I.

12.50

bajotrarlf3t1er6at de l.as gaterías

et cuerpo de presaSecc iór¡

58

Page 67: Aliviaderos MOPU

AA

FIGURA 10. PRESAS P.K. LE ROUX y HENDRIK VERWOERD

(AFRICA DEL SUR)

AlA Sección verticaL

BIB ALzado desde aguas abajo

(1) Diente separador

al fA

..G)

-o

BB

~ ~

(2) PLataforma Deftectora

(3) Tubos de Aireación

59

Page 68: Aliviaderos MOPU

,.

PRESAP.K. LE (AFRICA SUR)ROUX DEL

CONDIENTESLIBRE DEAIREACIONVERTEDERO

60

Page 69: Aliviaderos MOPU

110 del cuenco de socavación. su profundidad y extensión no

aumentarán significativamente con el funcionamiento conti-

nuado del aliviadero.

Diversos autores han propuesto funciones que proporcionan

la profundidad máxima del cuenco, bajo el nivel de aguas

abajo, producida por el vertido libre de una lámína que cae

sobre un material granular isotrópico. Las variables más re-

presentativas son el caudal: a) el caudal específ~o, y b)

el desnivel total entre el embalse y el nivel del agua en el

cuenco. La fórmula más conocida es la de Véronese, obtenida

a partir de las medidas realizadas en modelo reducido:

d = 1 9 h O,225 O 54, q ,

La fórmula de Martins, por su parte, recoge la envolvente

de observaciones sobre modelo reducido y los datos de die-

ciocho obras en servicio*:

d = 2,3 hO,lO qO,6

En un infOr'me de Rober't L. Geor'ge** pueden consultarse

otr'as fór'mulas al respecto. Todas ellas son independientes

del tipo de mater'ial en el que está excavado el cuenco; en

efecto, se hace la hipótesis de que la profundidad final es

independiente de las caracter'ísticas del.mismo, toda vez que

la cohesión y la r'esistencia sólo influyen en el tiempo de

funcionamiento que ser'á necesario para alcanzar la profundi-

* En la ecuación de Martins (Ref. 94) "h1. es el desnivel entre el em-

balse y:- el nivel en el cuenco si se trata de una lámina en caída libre

desde el umbral de control.- el final del trampolín si se trata de un aliviadero con rápida.

Martins indica Que, en todos los casos observados, el citado bordeestá situado sólo unos metros por encima del nivel de aguas abajo.

** Re!. (49).

d: profundidad (m)

h: desnivel total (m)

q: caudal específico (m3/s . m)

- 61 -

Page 70: Aliviaderos MOPU

dad de equilibrio. La validez de estas ecuadiones para esti-

mar un orden de magnitud está reconocida por los proyectis-

tas, incluso en el caso de trampolines situados al final de

rápidas de gran longitud, a pesar de que el ángulo de inci-

dencia del chorro y la distribución transversal del caudalson parámetros importantes que no se toman en cuenta. Sin

embargo, estas fórmulas no definen el perfil del cuenco ni,

por tanto, las erosiones remontante y lateral -corrientes de

retorno-, y sus consecuencias prácticas.

En el mejor de los casos, cabe esperar que la socavac1ón

final del cuenco se alcanzará sin c~mprometer seriamente la

estabilidad de las obras principales, aunque la erosión del

cauce aguas abajo y de las márgenes quede incontrolada. Sin

embargo, una situación tan favorable no es la más frecuente

ya que implica la existencia de un valle ancho, con laderas

de altura reducida y pendiente pequeña, es decir, un empla-

zamiento abierto. Por el contrario, lo más normal es que el

valle sea muy estrecho y las márgenes demasiado altas y

abruptas como para que la profundidad máxima dada por las

ecuaciones anteriores no haga temer una preocupante exten-

sión de la socavación.

Aliviaderos de chorros cruzados

Se puede aprovechar la intersección de los chorros ver-

tientes -por ejemplo, de un aliviadero de superficie y de un

aliviadero de medio. fondo-, para disipar una parte de la

energía y reducir el cuenco de erosión que se obtendría con

un solo aliviadero que evacuara el mismo caudal total.

Así, como han demostrado los ensayos de Lencastre reali-

zados. para la presa de Alto Lindoso, en Portugal., si un

aliviadero intermedio, de caudal "Q", se sitúa debajo dE" un

. ReC. (80.81).

- 62 -

Page 71: Aliviaderos MOPU

aliviadero de superfic ie de caudal "0,5 QII -c ruzándose los

chorros en la parte inferior-, la profundidad del cuenco re-

sultante puede llegar a ser incluso ligeramente más pequeña

que la que resultaría para el citado desagüe intermedio fun-

cionando solo con el caudal "Q".

Queda, sin embargo, por estudiar sistemáticamente en mo-

delo reducido la influencia tridimensional de los parámetros

involucrados: alturas, distancia vertical entre aliviaderos,

anchura y número de los chorros, relación de caudales, etc.

Conviene observar, no obstante,

conllevan un aumento sensible de

por la formación y precipitación

de agua: sobre las líneas eléctricas, transformadores, acce-

sos, instalaciones situadas en las laderas, etc.

Ensayos en modelo reducido

Cuando se trata de grandes aliviaderos resulta necesario

acudir a la realización de ensayos en modelo reducido -in-

cluso en los casos de valles abiertos-, a fin de estudiar

con mayor precisión, la forma y dimensiones de la socavación

libremente creada por el aliviadero y definir las proteccio-

nes necesarias para limitar el desarrollo de la misma. La

dificultad principal de los ensayos reside en la modeliza-

ción de las características de los materiales erosionables,

especialmente en el caso de materiales coherentes, -macizos

heterogéneos con diferentes grados de alteración y dureza,

siempre más o menos afectados por discontinuidades; también

es importante definir los procedimientos de verificación del

modelo que, algunas veces, puede incluso exigir la reproduc-

ción sobre el modelo de un proceso de erosión realmente ob-

servado a escala natural.

En los casos de valles abiertos, la modelización completa

cruzados

planteados

pulverizadas

que los chorros

los .problemas

de las masas

63

Page 72: Aliviaderos MOPU

del cauce y laderas, mediante arenas o gravas de la granulo-

metría adecuada, permite estudiar la forma y dimensiones del

cuenco finalmente desarrollado. No obstante, el efecto de

escala puede causar problemas en este tipo de investigación,

dado que el talud natural varía con el diámetro del material

granular utilizado. La profundidad máxima qe la socavación

se registra en la zona de impacto del agua, y no suele ser,

salvo casos excepcionales, motivo de preocupación. En un

trampolín de adecuada geometría y con suficiente alcanc&, la, , . '

erosion remontante sera moderada y no se req\J1ere mas que

una pequeña, o incluso nula, protección -muros pantalla,

mantos de grandes bloques-, para asegurar su estabilidad; el

problema se plante~, especialmen~~, para caudales bajos

cuando no se p.ro~uce el suficiente despegue del chorro.

Las corrientes de retorno son, frecuentemente, la causa

de una excesiva extensión lateral de la socavación, ya que

sus características evolucionan con el crecimiento del cuen-

co y sus efectos pueden ir agravándose. Para detener este

proceso suelen utilizarse pantallas, mantos o revestimientos

de escollera o de hormigón, combinaciones de estos mismos

elementos, etc; en el diseño de sus características -profun-

didades, pesos, pendientes, etc-, son de gran utilidad los

ensayos en modelo reducido.

El diagnóstico sobre el desarrollo del cuenco en valles

estrechos es mucho más aventurado. La posibilidad de estu-

diar su formación con un modelo de fondo móvil no es aplica-

ble en estos casos. En efecto, el perfil de equilibrio no se

alcanzará hasta después de haberse removido una gran canti-

dad de material, lo que puede comprometer la estabilidad de

las estructuras principales u originar la formación, aguas

abajo, de barras perjudiciales. Los casos en que pueda pre-

sentarse una roca de excepcional calidad, cuya degradación

sea irrelevante a pesar del ataque continuado de la presión

dinámica, la cavitación y la abrasión, son tan raros como

64

Page 73: Aliviaderos MOPU

las grandes cascadas naturales. TOl~ -; ello no obsta para que

cada vez sean más numerosos los a:iviaderos emplazados en

valles estrechos en los que no se diseña ninguna protecciónen la zona de impacto. Esta tendencia se explica porque son

muy poco frecuentes los aliviaderos que funcionan durantemucho tiempo en régimen de caudales elevados, lo .que sí ha-

ria irremediable la erosión del cauce y laderas. La actitud

de los proyectistas en este caso -que puede llamarse de

riesgo calculado-, es la de preferir hacer un seguimiento

del funcionamiento real del aliviadero, en la suposición de

que la erosión avanzará lo suficientemente despacio como pa-

ra no impedir la adopción de medidas correctoras antes de

que se alcance una situación critica.

Si los aliviade~os están situados en valles estrechos y

han de funcionar todos los años con caudales elevados, re-

sultará inevitable un fuerte proceso erosivo. Un ejemplo

destacado es el aliviadero principal de la presa de Tarbela*

por el cual se evacúan cada año, durante varias semanas,

caudales del orden de 8.000 m3/s (caudal de cálculo, 14.000

m3/s; altura 130 m) (Fig. 11). El trampolín final del canal

de descarga lanza el agua a un barranco lateral que, a su

vez, desagua en un pequeño afluente del río Indo. La geolo-

gía de ambos cauces es compleja, con roca de calidad muy va-

riable, localmente resistente pero completamente fracturada,

y no se dispuso inicialmente ninguna protección, excepto una

pantalla por debajo del trampolín que alcanzaba ambas lade-

ras. En estas condicione~, se produjo una fortísima erosión

-que ha movilizado varios millones de metros cúbicos en los

pocos años transcurridos desde su entrada en servicio (1974)

y que ha comprometido gravemente la estabilidad del trampo-

lín-. obligando a realizar una protección de hormigón com-

pactado. con un revestimiento anclado de hormigón armado.3que ha supuesto un volumen total del orden de 700.000 m **.

. Re!. (19,87,88)

.. Re!. (68).

- 65 -

Page 74: Aliviaderos MOPU

No es fácil predeterm~nar inicialmente las proteccionesque serán necesarias una vez que el aliviadero "entre en fun-

cionamiento. El proyectista no dispone tan siquiera de la

herramienta aproximada que constituye el modelo de fondo mó-

vil, puesto que el mayor cuenco de amortiguación admisible

es mucho menor, generalmente, que el cuenco "que puede alcan-

zarse como situación de equilibrio final en materiales gra-

nulares. Los laboratorios permiten ensayar modelos construi-

dos, total o parcialmente, con materiales de baja cohesión

-arena y cal, arena y arcilla, arena, yeso y cemento-, poco

aptos para modelizar macizos rocosos y, en conseCuencIa, pa-

ra aportar información útil sobre la amplitud que alcanzará

la erosión, después de un tiempo dado de funcionamiento.

Desgraciadamente, la adecuada modelización de rocas de dife-

rentes durezas, y especialmente de sus discontinuidades, es-

tá lejos de haber alcanzado un nivel científico riguroso. La

importancia de tales discontinuidades -juntas, diaclasas,

fracturas, fallas- en el proceso erosivo, debido a su sensi-

bilidad frente a la fluctuación de las presiones dinámicas,

hace que los resultados obtenidos con un modelo cohesivo, a

fin de prever el desarrollo final del cuenco, deban ser con-

siderados con reserva, a menos que haya podido calibrarse a

partir de los primeros vertidos reales del aliviadero, como

fue el caso de la presa de Kariba.

Así pues, el criterio del proyectista es fundamental en

el diseño de las protecciones requeridas en aliviaderos si-

tuados en valles estrechos. La idea básica es que la disipa-

ción de energía debe producirse en un volumen de agua equi-

valente a vez y media, como mínimo, el que se necesitaría

para disipar en un resalto hidráulico el mismo caudal flu-

yendo desde la misma cota, pero no cabe duda de que sería

mejor un volumen ampliamente supe.rior. Aunque para alcanzar

este volumen puede requerirse la excavación previa del cauce

y laderas, es preferible a la excavación incontrolada que

puedan realizar los caudales vertidos. Es deseable, sin em-

66

Page 75: Aliviaderos MOPU

bargo, que el cuenco no sea mucho 'lás ancho que la lámina

vertiente o los chorros, para evitar la 'formación de co-

rrientes de retorno; un modelo de paredes fijas proporciona

informacion fiable en este sentido.

Las protecciones destinadas a estabilizar la f~sa consis-

ten en revestimientos de hormigón armado, mantos de escolle-

ra y bloques así como combinaciones de ambos. Los revesti-

mientos de hormigón armado son mucho más resistent&s que la

roca frente a la degradación producida por las fluctuacionesde presión, debido a que también son más homogéneos. En la

práctica, no obstante, su empleo se limita a terrenos en los

que sea fácil cimentarlos o apoyarlos -es decir, rocas de

media o buena calidad-, ya que de los contrario su espesor

resulta prohibitivo.

Los mantos de escollera o de bloques son sólamente váli-

dos para superficies horizontales o de pendiente suave, en

las que el peligro de socavación es pequeño, lo que reduce

sustancialmente su campo de aplicación.

Puede necesitarse proteger el fondo, las paredes, o ambos

a la vez; el caso típico de protección del fondo es el de la

solera destinada a recibir el impacto de la lámina vertien-

te, generalmente al pie de una presa bóveda, pero existen

numerosos ejemplos de este tipo de losas que han sido des-

trozadas, o seriamente afectadas, desde el principio de su

puesta en carga, por 10 que es lógico preguntarse acerca de

la naturaleza y amplitud de las solicitaciones a que están

sometidas.

La presión dinámica sobre la zona de impacto puede alcan-

zar el valor de la altura de caída si no existe un colchón

de agua amortiguador (Figura 12). pero decrece rápidamente

al alejarse del punto de impacto~ de manera que el efecto

neto es un esfuerzo de punzonamiento sobre la solera. Cola,

- 67 -

Page 76: Aliviaderos MOPU

Lencastre, Hausler, George y otros autores. han intentado

establecer -en modelo reducido-, las relaciones entre algu-

nas de las diferentes variables de las que intervienen en el

fenómeno: sobrepresión, altura de caída, caudal específico,ángulo de incidencia del chorro sobre la solera, distancia a

la zona de impacto y espesor del colchón de ~gua; también se

ha dispuesto de algunas medidas realizadas en presas de ex-

plotación. Aunque los resultados presentan grandes disper-siones, ponen en evidencia la importancia del espeso~ del

colchón de amortiguamiento, que debe ser muy considerable

para evitar que la sobrepresión alcance el fondo (según

Hausler, 45 m para el caso de un caudal e~pecífico de 1003m Is.m cayendo desde una altura de 100 m).

En todo caso, por elevada que sea la presión dinámica, el

problema es resoluble en principio, ya que, en general, la

solera está apoyada sobre roca, y si cabe esperar algún

efecto viga por asentamientos locales del cimiento, basta

con dimensionar adecuadamente el espesor de hormigón y las

armaduras correspondientes.

Dejando aparte el caso especial de corrientes con caudal

sólido abrasivo, el factor más peligroso es la subpresión

que puede presentarse cuando la zona de impacto se comunica

con el contacto hormigón/roca o con fisuras del cimiento ro-

coso. La subpresión se transmite lateralmente, sin disminuir

su valor, hasta las zonas más alejadas del impacto, en las

que no se haya equilibrada por la sobrepresión sobre la so-

lera; en consecuencia, se produce un efecto de "gato hidráu-

lico", capaz de levantar las losas o de desplazar los blo-

ques enteros de roca que yacen encajados entre las disconti-

nuidades naturales de¡ cimiento.

.El fenómeno se puede agravar por las fluctuaciones de la

. Ref. (30.56, 58, 79, 49).

68

Page 77: Aliviaderos MOPU

presión dinámica debidas a la in'rt'nsa macroturbulencia que

existe en la zona de impacto.. Segun Lencastre.., la ampli-

tud de esas fluctuaciones alcanza 2,8 yeces la presión media

en la zona de impacto, si el espesor del colchón amortigua-

dor es menor que 11,4 veces el espesor del chorro; por el

contrario, y en las condiciones especificas de su ensayo, el

mismo autor ha encontrado que la presión media y las fluc-

tuaciones resultan irrelevantes para espesores del colchón

superiores a 15 veces el del chorro. Es evidente que se pre-

cisan más ensayos para un mejor conocimiento del problema,

ya que la influencia de la altura de calda, en especial, no

parece haberse estudiado suficientemente.

Resulta que los daños más importantes que puede sufrir un

colchón de amortiguamiento son s~:~ejantes a los descritos,

anteriormente, al comentar los cuencas amortiguadores por

resalto hidráulico. Tanto el riesgo de vibración de las lo-

sas como la eventual fatiga en el hormigón y armaduras, que

pueden producir las tensiones alternativas, son muy altos si

no existe suficiente espesor de agua, en cuyo caso se redu-

ce, substancialmente, la magnitud de la presión y la ampli-

tud de las fluctuaciones.

El zampeado se sitúa a una cota relativamente alta, pues-

to que su finalidad es, precisamente, evitar que la socava-

ción alcance la profundidad de equilibrio en la que la so-

brepresión y las fluctuaciones dinámicas serían irrelevan-

tes; incluso sin un colchón de agua de amortiguamiento puede

resistir vertidos prolongados si no está sometido a subpre-

siones. Por esta razón se emplean aquí las mismas disposi-

ciones constructivas adoptadas para la solera de los cuencos

amortiguadores por resalto hidráulico: estanqueidad de las

juntas, monolitismo, anclajes profundos para prevenir las vi

. Re!. (63).

.. Re!. (79).

69

Page 78: Aliviaderos MOPU

o ~ ~ M ~M--

f! j/ ~I \./'Aj

{" "- --(, ," ',---

... .."'V ~ A.A.

FIGURA 11. ALIVIADERO PRINCIPAL DE LA PRESA DE TARBELA (PAQUISTAN)

(A) PerfiL LongitudinaL por eL eje de La rápidaI Máximo niveL en eL embaLse: (6J Piez~etros

472,7.5 m (7 J Ga lcria de d,'erza.ie tongitudina l.

, Cajero del. canal (8) E.rtenaómetros et1 pozo deI Borde deL trampoLín: 372,10 m mediciones mú~tip~e8I Mu~o pantaLLa (9) Panta~~ de inyecciones, Galeria inferior de drenaje (10) Nivel deL cauce antes de ~

transversaL e71trada en funC'io?tamiento delaLiviadero: 356,85

(1)

(2)(3)(4)(5)

(B) PLanta deL cuencoTrampaL!" (4) EscoLLeraMuro de protección LateraL (5J Zonas de drenajeejecutado en 1979/80 (6) Hormigó" compactadoHormigón armado

'7n

(1)(2)

(3)

~ ~ 1.,-...

0

~-

I

CD. - ., "

--,"-,. ,'.\. .".

.. ., ..' .. ., , .

~~

.,

23~

I. .~00..,

...

~

~"- "..,@

70

Page 79: Aliviaderos MOPU

PRESA

. .

8.

TARBELA (PAKISTAN). ALIVIADERODE

71

Page 80: Aliviaderos MOPU

(1) L\h = Sobrepresió" perma"e"te

(2) H = Profu"didad deL cotchó"

de agua de amortiguamie"to

(J) y = Dista"cia horizo"tat desde

eL centro de La zona. de

impacto

~h0PERMANEr.TE EN UNA SOLERA

Según R. Cota:

Si H > 7.43 B

Ah máz = 7.43 Vo2/2g . BIH2Ah = A h máz. e-43 .34 11 IH

72

Page 81: Aliviaderos MOPU

braciones y resistir las subpres10nes residuales, etc.. El

espesor de la losa y las cuantías de armaduras y anclajes

han de aumentarse considerablemente bajo la zona de impacto

y en sus proximidades; como el área afectada es relativamen-

te reducida, el coste adicional no es excesivo. Por otra

parte, puede añadirse también un drenaje del contacto hormi-

gón/roca, con la condición de que los desagües e'stén sufi-

cientemente alejados de las zonas de sobrepres1ón.

La seguridad adicional proporcionada por un colt;..",n de

agua sólo es significativa en el caso de que sea suficiente-

mente profundo. Como ya se ha dicho, los ensayos en modelo y

mediciones realizadas en presas en explotación -cuyos resul-

tados hayan sido publicados hasta el momento-, resultan in-

suficientes todavía para conocer adecuadamente la verdadera

relación existente entre todas las variables involucradas.Se estima, por otra parte, que la sobrepresión en la zona de

impacto de la solera y las fluctuaciones dinámicas asociadas

no se reducen, sustancialmente, más que a partir de espeso-

res de colchón del orden del 20% de la altura de caída.

La creación de un pequeño contraembalse, mediante un ver-

tedero de control situado aguas abajo, es una de las formas

de disponer de un colchón amortiguador sin que sea necesario

realizar excavaciones muy elevadas (presa deVouglans, Fran-

cia)... No obstante, conviene no reducir excesivamente el

volumen de aire debajo de la lámina vertiente, con el fin de

evitar fenómenos de oscilación, fenómenos que también pueden

derivarse de elevaciones del nivel causadas por la formación

de barras, aguas abajo, con los materiales socavados.

Las protecciones laterales deben limitarse

rias para impedir la erosión de la corriente

. Re!. (114).

.. Re!. (11,27).

a las necesa-

emergente del

73

Page 82: Aliviaderos MOPU

cuenco y de las 1nev1 tables corr1ent.es de retorno. Ello im-

plica que no se pueden permitir los impactos directos sobrelas zonas laterales en las que no haya suficiente calado, lo

que obliga, a menudo, a ejecutar excavaciones del pie de la

ladera.

La turbulencia asociada a las corrientes de salida o de

retorno es substancialmente menor que la que se produce en

la zona de impacto; así, si las protecciones lateral8s se

encuentran a distancia suficiente del impact.ó, las fluctua-

ciones de presión a que serán sometidas estarán muy ~tenua-

das. Sin embargo, si se trata de r~vestimientos o muros de

hormigón verticales o muy inclinado.s, bastarán subpresiones

relativamente pequeñas para provocar su pérdida de estabili-

dad, cuyo mejor remedio es diseñar, previamente, una amplia

base de apoyo y la ejecución de anclajes. La situación más

p.roblemática se produce cuando los muros laterales tienen

como misión, además, el sostenimiento de las laderas, pero,

en todos los casos, el objetivo principal debe ser la pro-

tección del borde inferior del muro.

Si la protección lateral se combina con una solera, la

fosa está prácticamente encajada, y la estabilidad de ambas

protecciones constituye un problema conjunto. La situación

contraria es aquella en la que se permite que la socavación

profundice libremente, hasta que la profundidad del colchón

de agua alcance un valor suficiente para que, a partir de

ahí, el avance adicional de la profundidad se produzca muylentamente. En estos casos, es recomendable cimentar los mu-

ros laterales -desde el principlo-, varios metros por debajode la socavación final, lo que significa complicadas excava-

c10nes en zanja. Para reducir la profundidad de estas exca-

vac1ones, puede intentarse hacer más lento el proceso de ~o-

cavación a partir de una cierta profundidad, mediante. la co-

locación de bloques; sin embargo, está situación es mucho m~

74

Page 83: Aliviaderos MOPU

nos segura y conlleva dificultades prácticas de ejecución a

insuperables.menudo

La protección lateral mediante escollera o bloques de

hormigón sólo es recomendable para los valles abiertos, comoya se indicó anteriormente. Se utiliza para estabilizar ta-

ludes relativamente suaves dentro de la fosa, o en la parte

superior de las márgenes situadas a suficiente distancia de

la zona de impacto.

3.6.4. Ensayos en modelo.

Ya se ha dicho que las partes de aguas arriba e inter.rne-

dias de los aliviaderos de superficie -vertederos frontales,

laterales o circulares, canales de aproximación, embocadu-

ras, pozos, .rápidas, túneles-, no requieren normalmente en-

sayos en modelo, salvo que se trate de diseños muy diferen-

tes a los habitualmente utilizados. Así, cuando estas partes

son modelizadas, es, generalmente, con ocasión del ensayo de

las condiciones de restitución al cauce. lo que da pie a la

modelización del conjunto del aliviadero. Por tanto. las

consideraciones que siguen se refieren, únicamente, a la mo-

delización de las obras de restitución.

El dimensionamiento puramente hidráulico de un cuenco de

resalto sólo requiere ensayo en modelo si el diseño difiere

sustancialmente de los tipos empleados normalmente; de lo

contrario, el ensayo sólo tiene el interés de verificar el

proyecto.

Si se construye el modelo, debe emplearse para obtenerinformación sobre las fluctuaciones dinámicas

numerosos puntos de interés de los paramentos

de la rápida, solera, pie de. muros laterales,

Ret. (97).

de presión en

mojados: final

etc. Actualmen

75

Page 84: Aliviaderos MOPU

te ya se dispone para ello de equipos de registro de las

fluctuaciones -sensores piezoeléctricos- y de medios de tra-

tamiento automático de las medidas obtenidas, que permiten

determinar los parámetros estadísticos de interés -medias,

desviaciones tipicas, distribuciones, etc-.

Por el contrario, el modelo reducido es indispensable en

los casos de trampolines y láminas vertientes sobre colcho-

nes de agua.

El diseño detallado de un trampolín capaz de dar a los

chorros de agua el ángulo de salid,a, la fragmentación y el

alcance deseados sólo puede obtenerse experimentalmente. El

mode lo perm.i te. .además. medi r los esfuerzos e jerc idos sobre

el trampolín, y determinar el caudal -normalmente pequeño-.

por debajo del cual se forma un resalto hidráulico; este va-

lor es, por 0tra parte, mayor para caudales crecientes que

para caudales decrecientes.

El estudio de las d.imensiones finales de la fosa en un

emplazamiento abierto -con la ayuda de un modelo de fondo

móvil-, ya ha sido 'comentado. El objeto principal del ensayo

es. en este caso. investigar si la erosión remontante puede

comprometer la estabilidad del trampolín, o contribuir a la

formación. aguas abajo, de barras transversales al cauce.

En el caso de emplazamientos estrechos, una investigaciónfiable de la socavación implicaría la modelización de la ro-

ca y sus discontinuidades con un material de cohesión ade-

cuado*. Aunque en este campo todavía queda mucho por hacer,

el modelo reducido es un buen instrumento para el proyectis-

ta. Los ensayos deben iniciarse con un material totalmente

erosionable y reiterarse con materiales ligeramente cohesi-

vos; si hay' barreras a la erosión bien definidas -en .el

Ref. (67).76

Page 85: Aliviaderos MOPU

fondo. laterales o hacia aguas arriba-. han de modelizarse

también, preferiblemente después del primer ensayo con ma-

terial no cohesivo. Pueden investigarse así las condiciones

de circulación a lo largo de los laterales fijos,.observando

la existencia, o no. de corrientes de retorno. Se pueden

medir las velocidades. presiones y fluctuaciones dinámicas

en puntos significativos. obteniéndose. de esta forma. una

valiosa información sobre la erosión potencial a la que d~-

berán hacer frente la roca o la obra de protección.. Se puede

predecir así la probabilidad -normalmente baja-. de que una

roca sin protección no resulte afectada, o la utilidad del

revestimiento de un determinado tipo. A estos efectos. la

profundidad del colchón de agua y la amplitud lateral de la

socavación constituyen dos variables fundamentales del ensa-

yo.

Si la excavación sólo será revestida lateralmente -no en

el fondo ni aguas abajo-. el hormigón debe extenderse. en el

modelo de laterales fijos, hasta por debajo de la profundi-

dad final de socavación; en este sentido. y para obtener es-

timaciones fiables, las paredes que modelizan el revesti-

miento deben situarse en su emplazamiento antes de someter

el fondo móvil a la socavación correspondiente a la profun-

didad final.

La medida de velocidad a lo largo de los laterales permi-

te también evaluar el riesgo de un mayor o menor transpo"rte

de sólidos gruesos, con el consiguiente .efecto abrasivo, es-

pecialmente si el fondo no está revestido. Este peligro pue-

de limitarse con la construcción de un revestimiento verti-

cal, que está menos expuesto a la abrasión; no obstante,

pueden plantearse otros problemas de estabilidad cuando las

paredes laterales tienen una función de sostenimiento de la

ladera, lo que obliga a la ejecución de anclajes profundos.

77-

Page 86: Aliviaderos MOPU

3.7. PROTECCION CONTRA EL HIELO

El hielo puede dañar las compuertas y bloquear su apertu-

ra. Unicamente la calefacción de los elementos vulnerables

-juntas de estanqueidad, drenes, conductos de aireación, ra-

nuras, guías-, puede mantener utilizables las compuertas en

todo momento para hacer frente a situaciones de emergencia.

Las filtraciones de los a1iviaderos pueden provocar una

acumulación de hielo que desvíe los flujos o reduzca la efi-

ciencia de trampolines y resaltos. Al helarse las masas pul-

verizadas de agua, pueden, igualm~nte, producirse efectos

perniciosos sobre las líneas eléct~icas o en las cubiertas

de las edificac1.0nes. Por todo ello, el desagüe de algunos

aliviaderos se efectúa subterráneamente, como en las presas

de Mica Creek y de Portage t4ountain (Canadá)..

Tambi~n se puede evitar el bloqueo de las compuertas pro-

ducido por el hielo, calentando la cara de aguas abajo del

propio tablero que ha de estar provisto de un aislamiento

que evite las pérdidas de calor. En otros casos, se inyecta

aire comprimido por tubos perforados situados a una cierta

profundidad bajo el nivel del agua, de modo que las burbujas

de aire arrastran hacia la superficie agua más caliente, que

evita la formación de hielo contra el tablero de la compuer-

ta.

Otras alternativas consisten. en bombear directamente,

hasta las inmediaciones de las compuertas, el agua tomada

del fondo del embalse -más templada-, o el agua de refrige-

ración de los alternadores. Las pilas de hormigón pueden

también protegerse calentando eléctricarnente las armadu-ras... ,;

78 -

Page 87: Aliviaderos MOPU

4. ALIVIADEROS DE FONDO Y SEMIFONDO

4.1. COMPONENTES. CARACTERISTICAS

En este capítulo están comprendidos los aliviaderos de

orificio o sumergidos; es decir, conductos o galerías quefuncionan en carga, en toda o en parte de su longitud, y cu-

ya función es evacuar o restituir al río el agua ~el embal-

se. aguas abajo de la presa. Los aliviaderos de superficie

con carga en la entrada y en una cierta longitud de la con-

ducción se han descrito en las secciones 3.4. y 3.5.

Aunque no existe un cri terio estric.to de clasificación,

la denominación de aliviadero de fondo o semi fondo se apli-

ca, en este capítulo,- a los dispositivos de evacuación cuya

carga es igual a la hidrostática del embalse, o a una parte

importante de la misma, y cuyo caudal equivale a la totali-

dad, o una gran proporción, de la capacidad de evacuación de

la instalación. Sin embargo, también en este capítulo se ha-

rán algunas consideraciones sobre desagües sumergidos con

capacidades menores que las indicadas.

Hay una gran diversidad de disposiciones de los aliviade-

ros sumergidos, que son función de la capacidad de evacua-

ción requerida, de la carga hidráulica, del tipo de presa,

de la frecuencia prevista de su empleo. de las condiciones

de restitución al río y del estado de la tecnología.

Los recientes progresos en el proyecto y construcción de

compuertas permiten hoy instalar desagUes profundos, de gran

sección y bajo fuertes cargas, para la evacuación de grandes

caudales de avenida. Esta disposición tiene indudables ven-

tajas; uno de sus inconvenientes puede ser que la capacidad

de evacuación sólo crece proporci.onalmente a la raiz cuadra-

. Ref. (11,21,27, 32, 136).

FINALIDAD.PRINCIPALES.

79

Page 88: Aliviaderos MOPU

da de la carga de agua. de forma que si no se conoce bien el

régimen de caudales del río. puede ser preciso instalar.un

aliviadero de superficie complementario para in~rementar la

seguridad ante el riesgo de desbordamiento. Por otra parte.

las severas condiciones en las que han de funcionar. ocasio-

nalmente. los grandes desagUes profundos.. exigen de los

equipos hidromecánicos un alto grado de fiabilidad y aptitud

para regular los caudales evacuados y un buen conocimiento,

por parte del proyectista. de las ~ondiciones de resistencia

de los materiales utilizados en la construcci.ón del desagUe.

frente a las altas velocidades de circulación del agua.

Los desagües de fondo y semifondo de las presas pueden

tener los siguientes cometidos:

control y evacuación de las avenidas

vaciado del embalse para realizar reparaciones en la

presacontrol del nivel del embalse. durante su primer llena-

dodesc~nso rápido del nivel del embalse, en caso de emer-

genciaevacuación de sedimentosdesvío del río duraAte la construcción de 1a presa

desagUe parcial y preventivo del embalse, ante la inmi-

nencia de una crecida, creando un "colchón de avenidas"

-

-

--

Los caudales destinados

en el cauce de aguas abajo,

ral, se desaguan por tomas

Se indican, a continuación, algunos ejemplos de obras lm-

portantes que informan

proporcionan una idea

las posibilidades de

a mantener una cierta circulación

suelen ser pequeños y, en gene-

especiales.

recientes

magnitud

sobre las realizacionesgeneral sobre el orden de

estos dispositivos.

-y

de

80

Page 89: Aliviaderos MOPU

La finalidad principal de los desagUes es la evacuación

de avenidas, como es el caso de la presa bóveda de Kariba,

en la frontera de Zambia-Zimbabwe, cuyos seis desagües, de

8,5 m x 9,1 m, evacúan 9.500 m3/s bajo una carga de 33 m

(Fig. 13). El aliviadero de Cabora Bassa* en Mozambique(Fig. 14) está formado, principalmente, por ocho desagUes demedio fondo equipados con compuertas de segmento, de 6 m x

37,8 m, que desaguan, en total, 13.100 m /s bajo una carga de

82 m.

Los cinco desagües de fondo de la presa de gravedad de

Ohdo, en Japón, de 5 m x 5,6 m, evacuan 3.800 m3/s en con-

junto, bajo una carga de 58 m. Su finalidad es la explota-

ción eficaz del embalse para el control de avenidas. El de-

sagüe de fondo principal de la presa de tierra de M' Jara**,

en Marruecos. está proyectado para esta misma finalidad. con

una compuerta de segmento, de 6.2 m x 6,6 m, que puede desa-. 3

/guar 1.400 m s bajo una carga de 73 m.

La presa bóveda de Sainte Croix... (Fig. 15), en Francia,

tiene dos desagües de fondo de 4,5 x 4 m, para un caudal to-

tal de 1.100 m3/s bajo una carga de 72,7 m. La presa bóveda

de La Barthe..., también en Francia, dispone de dos desagües

profundos, de 3,5 m x 3,3 m, con una capacidad unitaria de3350 m /s con carga de 59 m. Las funciones de estos dos desa-

gües son la evacuación de avenidas y el vaciado para opera-

ciones de mantenimiento o para un desembalse rápido en caso

de emergencia.

Los desagües de fondo, de 7 m x 7 m, de la presa de con-

trafuertes de Khashm el Girba, en Sudán, están previstos pa-

ra evacuar las avenidas principales y dar paso a avenidas m~-

. Ref. (116. 119).

.. Ref. (177).

... Ref. (11).

- 81 -

Page 90: Aliviaderos MOPU

nores, tras bajar el nivel del ~mbalse, para evacuar grandes

cantidades de sedimentos.; su capacidad máxima es de 7.700

m3/s con 32 m de carga (Fig. 16). Los seis desagUes, de 6 m

x 10,5 m, de la presa de contrafuertes de Roseires (Fig.

16), en Sudán, tienen la misma finalidad, pudiendo desaguar37.500 m /5 con una carga aproximada de 35 m.

El aliviadero principal de la presa de contrafuertes de

Jupia en Brasil~, consta de 37 desagUes de fondo, de lQ m x

7,5 m, con capacidad de 45.000 m3/s bajo una carga de 19 m

(Fig. 16). Esta disposición fue adoptada, entre otras cau-

sas, para permitir la evacuación de caudales muy importantes

durante el período de construcción de la presa.

Un ejemplo de grandes desagües previstos para el control

durante el primer llenado del embalse, es el de la presa de

bóvedas múltiples de r~anicouagan 5 (Daniel Johnson) en Cana-

dá**. Se construyeron dos desagües, de 4,4 m x 3,35 m, equi-

pados con compuertas de segmento, para permitir la evacua-

ción de 1.000 m3/s, con carga de 75 m, y capaces de funcio-

nar hasta con 150 m de carga. Estos desagües fueron tapona-

dos después del primer llenado del embalse.

La restitución de caudales aguas abajo de la presa en los

períodos en que no se producen crecidas, se realiza, normal-

mente, mediante válvulas instaladas en el extremo de las tu-

berías forzadas, lo que permite regular los caudales con más

precisión que con las grandes compuertas. Se puede citar, co-

mo ejemplo, la presa de gravedad de Grand Coulee, (U.S.A.),

que está equipada con 40 conductos de restitución, de 2,6 m

de diámetro, que se emplean para el control de caudales, con

una capacidad conjunta de 6.370 m3/s y dotados de válvulas

de anillo. Otro ejemplo, más reciente, es la presa arco gra~

. Ret. (11).

.. Ret. (37).

- 82 -

Page 91: Aliviaderos MOPU

o 10 20mI . I

(1) Seis desagües en carga, de28,S: 9,1 m cada uno, con-

troLados con compuertas vagón

(2i PerfiL deL chorro con eL niveL

deL embaLse a La cota 475,80

(3) PerfiL deL chorro con eL niveL

deL embaLse a La cota 494,90

FIGURA 13. PRESA DE KARIBA (ZAt4BIA-ZIMBABWE):

SECCION POR EL ALIVIADERO EN CARGACERO EN CARGA

Nivel mínimo aguas abajo, 382,173(283 m 18)

Nive~ máximo aguas abajo. 404,133(9.627 m 18)

Nivel. de embal.ee nozornd'l -NiveL de emba~se mínimo

Fosa de erosión

382,17(4)

(5)

normd'l.

minimo

(6)

(7)

(8)

83

Page 92: Aliviaderos MOPU

(ZIMBABWE-ZAr~DIA )KARIBAPRESA DE

84

Page 93: Aliviaderos MOPU

)

~326 29~- - -- -. -

_~295 ~

326

231,00

FIGURA 14. PRESA DE CABORA BASSA (MOZAMBIQUE):

DESAGUE DE MEDIO FONDO; SECCION LONGITUDINAL

( 2) Compuerta de guarda 6, 00 %

(2) Ocho compuertas de segmento26,0 % 7,8 m

total.

~~~;;~=-~~~:. o o

. 2lOS.SO m (J) NiveL de embalse normaL

Mázimo niveL de embat..

NiveL minimo de ezptota-

ción

(4)

(oS)

de

313.100 m 18

85 m

-

85

Page 94: Aliviaderos MOPU

481.70

Do8 compuertas de Segmento de

24 . 4,5 m

Capacidad

La cota

Compuerta

4

(1)

total. 1.100 m'J/s

de embaLse es 477.00

guarda tipo vagónde

7,90 m2

(2)

483.00

.,.:sb~---:::::~~::~~ o

SAINTE-CROIX (FRANCIA):FIGURA 15. PRESA DE

ALIVIADERO EN CARGA; SECCION LONGITUDINAL

de embaLse

aguas abajo

aguas abajo

f.láximo

Minimo

Má::: imo

niveL

nivel.

niveL

(J)

(4)

(5)

(6)

cuando

DefLectores

86

Page 95: Aliviaderos MOPU

FIGURA 16. PRESAS DE CONTRAFUERTES - SECCION POR EL ALIVIADERO Et~ CARGA

(A) NiveL mínimo de aguas abajo

(8) NiveL máximo de aguas abajo

(1) Presa de Kas1vn el. Girba (S~

Siete desagües con compuertas de 7

~~~~:~L.~ j

Treinta y siete desagües con compuertas de 10 . 7,30 m

cinco

4~7~ -;- J 0@

.:sk~': 4 . O O

\ ~~OO~~~;e~

Crba (Sudán)

;as de 7 . 7,30

0

(2) Presa de Jupia (BrasiL):

[email protected]"S~~~:~ 5 O .

"S~~O~~~

0

o 20 40m~. I

(3) Presa

desagües I

(Sudán):

: de 6 . 10, S 111

Roseires

compuerta

: de

con

Page 96: Aliviaderos MOPU

vedad de Aldeadávila, en España, equipada con dos válvulas

chorro hueco de 2,5.m de diámetro, que desaguan un caudal

300 m3/s bajo una carga de 120 m (Fig. 17).

de

de

4.2. CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS

Al tr'atar de

los desagües de

otr'os que tienen

ción al cauce.

4.2.1. Desagües de fondo de gran

. Est'e tipo de desag\,ies. pueden estar alojados dentro del

mac:izo de una presa de hormigón o en una galería o conducto

independiente. En ambos casos, la válvula de control puede

estar situada en el extremo de aguas arriba, en el de aguas

abajo o en un punto intermedio. La elección depende de la

disposic"¡óo' general de las instalaciones, de las caracterís-

ticas del flujo y de los dispositivos que se adopten para la

restitución de caudales aguas abajo de la presa. Si el ele-

mento de control está situado en la extremidad inferior o en

un punto ..in.termedio, el conducto suele ser blindado en la

zona de. águas arriba, a fin de proteger al hormigón de la

presa de la carga hidrostática plena que existe en el int'e-

rior de la conducción. El blindaje de acero suele prolongar-

se una cierta distancia, aguas abajo de la válvula, para me-

jorar la resistencia ante la cavitación, cuando las veloci-

dades son muy altas, y la resistencia a la abrasión si las

aguas arrastran sedimentos.

De una forma general, los desagües de fondo deb,

vistos de dos elementos de cierre; una válvula de

caudal y otra de guarda. La elección del tipo de v

acuerdo con lo apuntado anteriormente, condiciona

sición general de las obras.

DESAGÜES

diferenciarán. de aquellos

.1 de res.ti tu-

los desagües sumergidos, se d

gran capacidad de evacuaciónpor finalidad regular el caudal

capacidad

ben ir pro-

control de

válvula, de

a la dispo-

obras.

88-

Page 97: Aliviaderos MOPU

Para mantener una presión positiva sobre las paredes, el

conducto, aguas arriba de la válvula de control, se dispone,

generalmente, con cierta convergencia y una cuidada transi-

ción en la toma. La compuerta de guarda puede estar situada

antes o después de esa transición, pero, en este segundo ca-

50, se puede prever un ataguiado suplementario, aguas arriba

del estrechamiento.

Detrás de la válvula de control, el desagüe p~de estar

blindado en toda o en parte de su longitud, en función de

las ve~ocidades del agua, del posible arrastre del sedimento

y de que se aduzca, o no, aire en el contacto del flujo con

las paredes. No existen reglas definidas a este respecto y

los proyectos se basan, en general, en la experiencia y en

ensayos sobre modelos. En el apartado 4.4. se señalan algu-

nas recomendaciones.

Los desagües de fondo de gran capacidad se construyen, a

menudo, sin rejillas de protección. Cuerpos flotantes tales

como árboles, ramas, maleza, etc, pueden ser atraidos, en

importantes cantidades, por el flujo del desagüe; el modo

más sencillo de resolver el problema es dar a los conductos

dimensiones suficientes para dejar paso a estos cuerpos flo-

tantes e ,instalar compuertas de vano libre que puedan ser

maniobras en presencia de los posibles arrastres. Cuando las

dimensiones del desagüe son grandes, comparadas con las de

los cuerpos flotantes, se suprime la rejilla y se diseñan

formas de las transiciones de entrada capaces de facilitar,

al máximo, el paso de los cuerpos sólidos.

En caso de duda se puede adoptar una rejilla de gran al-

tura, dotada de la máxima luz

compatible con las dimensiones del desagüe y calculada deforma que resista incluso en caso de obstrucción

bién hay que prever dispositivos de limpieza de :

cuerpos flotantes, en el caso de que el riesgo

entre sus barrotes que sea

total. Tam-

sedimentos y

de obstruc-

89-

Page 98: Aliviaderos MOPU

ción sea alto (chorros a presión. alimentación con agua lim-

'pia procedente de las fugas -veánse apartados 4.5 y 4.6).

Con los espaciamientos habituales entre las barras de las

rejillas es poco probable la obstrucción total y, por ello.

algunos proyectistas adoptan, arbitrariamente. ~~a pérdida

de carga de 6 a 12 m para el cálculo de los barrotes de las

rejas.

4.2.2. DesagUes de restitución con regulación de caudales

Para restituir. con gran carga. caudales que pueqen ser

pequeños, se utilizan varios tipos de válvulas. que se si-

túan, generalmente, al final de una conducción metálica es-

pecial. La válvula de guarda puede ser una compuerta plana o

una simple válvula compuerta. Dadas las pequeñas dimensiones

de paso del conducto. las entradas de estos desagües están,

generalmente, protegidas con rejillas. En algunos casos. es-

tos dispositivos pueden estar asociados a los grandes desa-

gües de fondo para limpieza de sedimentos y residuos. Debe

tenerse en cuenta, sin embargo, que existen ejemplos de de-

sagües que han quedado fuera de servicio por obstrucción de

las rejillas y/o los conductos, colmatados con sedimentos y

arrastres.

4.3. COMPUERTAS y VALVULAS

Las compuertas para

gües de gran capacidad

vertical; estas últimas

puertas de guarda.

Para los desagües que requieren una regulación más precisa

de caudales, se utilizan diversos tipos de válvulas que,

normalmente, se sitúan al final. del conducto y se complemen-

tan con compuertas o válvulas de guarda.

los desa-

de tablero

I como com-

el control de caudales de

pueden ser de segmento o c

se utilizan, generalmente,

90

Page 99: Aliviaderos MOPU

de control de desagües de fondo de gran ca-Válvulas

pacidad

4.3.1.

En la evolución del diseño de grandes desagües de fondo.

la tendencia es emplear cada vez más las compuertas de seg-

mento para el control de caudales. La principal -ventaja de

estas compuertas en instalaciones de gran presión es que no

necesitan ranuras, eliminando la fuente potencial de cavlta-

ción que estas significan debido a los despegues -~e la co-

rr1ente que producen.

Las compuertas de segmento han probado, satisfactoria-

mente, su capacidad para manejar diferentes cargas, llegando

hasta el centenar de metros, una vez que se han desarrollado

dispositivos eficaces para lograr la estanqueidad frontal.

Para cargas superiores a 100 m se han ensayado compuertas de

segmento con un escalón en el umbral, que permite aplicar la

junta de estanqueidad al desplazarse la compuerta, y siste-

mas para la aireación del despegue, pero aún no se pueden

sacar conclusiones definitivas sobre la eficacia del proce-

dimiento.

Se han empleado compuertas de tablero como válvulas de

control de caudales con cargas de hasta de 200 m (Mauvoisin,

en Suiza), pero su utilización debe considerarse excepcio-

nal, pues un funcionamiento prolongado con apertura parcial

no puede ser aceptado como normal. La compuerta plana tiene

la ventaja evidente de ocupar menor espacio que la de seg~

mento, cuyo alojamiento, en algunos casos, resulta dificil.

El empleo de compuertas planas, para la regulación de

caudales con aperturas parciales, requiere especiales pre-

cauciones cuando la carga es alta. Se puede admitir que has-

ta 20 m de carga, aproximadamente, no se presentarán proble-

mas de cavitación; pero, a partir' de a~í, su buen funciona-

miento exige formas especiales de las ranuras y de los bor-

91

Page 100: Aliviaderos MOPU

0~0 ,:1 I

~-Y--

Máximo niveL deL e.~batse

Máximo nivel. de embalse

EscaLa en metros

(1)

('}.)

(3)

ru.2.2-

0o \ 10 ., 'mI-I I '-.A.I

JD"'00

FIGURA 17. PRESA DE ALDEADAVILA (ESPAÑA):

DESAGUES DE fONDOSECCION POR LOS

dB

H :

chorro hueco

: llJ.65",

en avenidas (4) Dos vávuLas

, =Q =

2,50 m;3

300 m /8

92

Page 101: Aliviaderos MOPU

PRESA DE ALDEADAVILA (ESPAÑA)

3m /a)(2.800ALIVIADERO

93

Page 102: Aliviaderos MOPU

des para lograr mantener positiva la presión y permitir la

aireación del flujo.; no obstante, existen ejemplos de com-

puertas planas de regulación con carga de hasta 60 m (ali-

viadero de Kariba, 33 m; desagüe de fondo de P.K. Le Roux,

60 m. (Fig. 18); desagüe intermedio de M.ica, 60 m*4. Las

compuertas de tablero de grandes dimensiones capaces de re-

gular caudales con cargas mayores de 60 m, son escasas. En

l~ presa de Serre Pon~on, en Francia, los dos desagües están

dotados de compuertas de orugas de 2,60 m x 5,60 m, cada uno

de los cuales puede desaguar 600 m3/s con carga de 124 m,

pero sólo se accionan durante breve tiempo (maniobras anua-

les de control). En la presa de Colbun, en Chile, se han

instalado compuertas deslizantes de 2,5 m x 3,7 m en el cie-

rre del túnel .provisional de desvío y son capaces de desa-

guar hasta 730 m3/s bajo carga de 108 m; han funcionado

ininterrumpidamente durante 324 días, con caudales compren-'";,

didos entre 5C y 690 mv/s y cargas de hasta 100 m, sin que

se hayan observado problemas de cavitación ni en el blindaje

ni en el hormigón.

Para reducir los problemas hidráulicos que se producen en

las ranuras de las compuertas deslizantes para aperturas

parciales, se ha propuesto el empleo de compuertas delgadas

macizas de 'Iplancha de acero", en las siguientes presas:Victoria, en Sri Lanka (3 m de anchura, 4,1 m de altura;

carga sobre el umbral, 94 m; espesor 270 mm); Alicura, en

Argentina (2,2 m de anchura; 3,2 m de altura, carga en el

umbral de 118 m y espesor 260 mm); Emosson, en Suiza (1,1 m

de anchura; 1,8 m de altura, 155 m de carga y 120 mm de es-

pesor).

Las fuerzas que actúan sobre una compuerta, hacia arriba

o hacia abajo,

* Reí. (14).

*. Reí (84,98, 99).

del bisel de bordepara cada forma de umbral,

- 94 -

Page 103: Aliviaderos MOPU

3(1.700 m /5)ALIVIAD ERa

9S

Page 104: Aliviaderos MOPU

(1) Compuerta de servicio (ataguía) (8) Zampeado(2) Compuerta de guarda (9) .~imo niveL de embaLse en

(3) Compuerta plana 2.30 r. 2,60 m2 avenidas

(4) Deftector (10) Márimo nivet de aguas ¡~

(5) Cámara de válvuta (11) Cota det zampeadoi 1.l"'

(6) Gatería de acceeo 1.098,6

(?) Cq~ucto de aireación por ta

pita det puente

0 ~L 1180,0

0_RL ~.5~

x (SUDAFRICA)DE P.K. LE ROUFIGURA 18. PRESA

DESAGUE DE FONDO y DETALLES DE LA COMPUERTA DE REGULACION

a) Esquema det desagüe de fondo

Page 105: Aliviaderos MOPU

v;

(A) Sección en alzado

(8) Sección A-A

(1) ~ansición de sección circu~

a rectangu lar

(2) O.ftector

"* ~..4

-, ...~

A

4000

B

bJ Esquema de La vátvuLa pLana

(3) VálvuLa plana

(4) Alojamiento de La vávu~

(5) Pistón hidráuLico

(6) Blindaje en ace~o inoxidable

97

Page 106: Aliviaderos MOPU

y de la geometría de las ranuras, as! como las eventuales

vibraciones del tablero, deben ser analizadas'para diferen-

tes grados de apertura y condiciones de funcionamiento (ve-

locidad de maniobra, carga). Se deben realizar estudios so-

bre modelo con esta finalidad, as! como para, eliminar posi-

bles vórtices aguas arriba (ver apartado 4.7.)

4.3.2. Compuertas de

capacidad

La compuerta de guarda debe ser capaz de cerrar a pleno

caudal. Por lo general será una compuerta d~. tablero verti-

cal (vagón, deslizante, de orugas) situada ~ distancia va-

riable respecto a la de control. según sea. la disposición

del desagüe. Puede estar colocada delante o detrás de la

transición de entrada del conducto. disponiéndose una com-

puerta por cada desagüe o una sola compuerta para varios,

según el riesgo que se acepte.

Las compuertas de guarda que pueden ser izadas por encima

del máximo nivel del embalse para su inspección periódica,

presentan indudables ventajas desde el punto de vista de la

conservación.

Algunas compuertas de guarda pueden ser inspeccionadas en

la cámara de maniobra. situada inmediatamente encima del de-

sagüe. mediante el cierre de una clapeta horizontal que ob-

tura la entrada del hueco. una vez levantada la compuerta.

En este caso. la propia clapeta, maniobrada por un disposi-

tivo situado en una cámara lateral. no es accesible si no se

dispone de algún otro medio para ataguiar el desagUe. aguas

arriba de la compuerta.

4.3.3. Compuertas y

Las válvulas de chorro hueco divergente, situadas en el

guarda en los desagües de fondo de gran

válvulas regulación de caudalespara

98

Page 107: Aliviaderos MOPU

extremo de una conducción forzada, son las que más se em-

plean con fuerte carga, para regular con" precisión los ca~

dales de restitución. En la presa de Glen Canyon (U.S.A.),

cuatro válvulas de chorro hueco de 2,4 m de diámetro desa-

guan hasta 420 m3/s bajo una carga de 162 m. En la presa de

Botchac (Yugoslavia), dos válvulas de 2,8 m de diámetrotienen un caudal unitario de 128 m3/s. Tambien se empleanpara regular el caudal, en ocasiones, compuertas deslizantes

y válvulas de anillo de alta presión.

Entre los diversos tipos de válvulas, se extiende cada

vez más el empleo de la Howell-Bunger, de cono fijo y man-

guito cilíndrico móvil. De construcción bastante sencilla,

permite obtener un chorro anular sin excesiva dispersión

cuando está provista de un manguito colector. No presenta

ningún problema de cavitación, siempre que descargue al aire

libre. La válvula de chorro hueco, desarrollada por el "U.S.

Bureau of Reclamation", que se caracteriza por tener el cono

o aguja móvil, también produce resultados satisfactorios,

aunque es menos utilizada.

válvulas de

esféricas,un cierre

Las

riposa,tada de

4.4. CAVITACION, BLINDAJES, CONSERVACION*

Los flujos con gran

tac1ón que dependen de

formas de las estructuras,

de la aireación.

La aceleración rápida del flujo bajo la compuerta de un

desagUe de fondo produce altas velocidades de circulación, a

. tambi

líI1.

guarda en tuberías pueden ser de tipo

planas, etc. La válvula esférica está

de estanqueidad para el mantenimiento.

ma-do-

velocidad plantean problemas de cavi-

los materiales utilizados, de las

del acabado de las superficies y

108 capítulos 5 6.in y

99-

Page 108: Aliviaderos MOPU

10 largo de las paredes y del fondo del conducto, con una

capa limite muy delgada. Se suele prever un blindaje de ace-

ro en una longitud suficiente para que se forme una capa li-

mite que sea compatible con el acabado de las superficies

del hormigón de aguas abajo. Pero no hay método preciso paradefinir esta longitud, por lo que se adopta una u otra sobre

bases puramente empíricas. Para cargas altas, por encima de

40 m, se emplean, con frecuencia, largos tramos blindados.

Sin embargo. a veces se producen los fenómenos de cavitracióndentro de la zona revestida de acero y, para evitarlos. es

preciso prever dispositivos que permitan la aduc~1ón de

aire. Para cargas hidráulicas mayores de 80 m parece necesa-

rio blindar todo el conducto. aguas abajo de la compuerta, o

bien, a partir del punto en que termina el blindaje introdu-

cir aire en la lámina en contacto con las paredes de hormi-

gón.

Ya se ha mencionado, previamente, el empleo de compuertas

de segmento como elementos de control y la adopción de for-

mas especiales de las ranuras como medios para evitar pro-

blemas de cavitación. Los riesgos de cavitación asociados a

las ranuras de las compuertas de guarda son menos críticos y

hoy día se pueden atenuar utilizando ranuras de formas hi-

dromecánicas que ya son clásicas..

Los blindajes de acero inoxidable permiten mejorar la re-

sistencia frente a la abras1ón de los sedimentos finos que

pueden circular por el desagUe. Si, a pesar de todo, se pro-

duce la abrasión, resulta difícil reemplazar el blindaje

erosionado; por esta razón es preferible utilizar revest1-

mientos con mortero a base de resinas, con hormigón de fi-

bras de acero o con otros productos especiales, que tienen

la ventaja de permitir una rápida reparación de las superfi-

cies dañadas. En el caso de desagUes que transportan sed1me~

. Ref. (14).

- 100 -

Page 109: Aliviaderos MOPU

tos de forma habitual se debe prestar especial atención al

problema de la conservación y del acceso para realizarla.

Los desagües de fondo que han de evacuar gravas,requie-ren revestimientos especiales, que pueden con~istir en un

pavimento a base de adoquines de granito, pero es necesario

que la máxima velocidad se mantenga dentro de unos límites

bastante bajos.

4.5. PROTECCION FRENTE A LOS CUERPOS FLOTANTES.

La afluencia de cuerpos flotantes en gran cantidad, puede

provocar la obstrucción de los desagUes de fondo provistos

de rejillas. El problema es importante, en particular, si

los cuerpos flotantes se pueden acumular en la superficie

del agua frente al desagUe, en cuyo caso puede ser conve-

niente disponer de un desagüe superficial para su evacua-

ción. Otro procedimiento de prevención consiste en dotar al

desagüe profundo de una rejilla bastante alta y procurar no

situar el conducto muy próximo al lecho del río. También se

pueden detener los cuerpos flotantes por medio de una esta-

cada flotante suficientemente resistente, pero este procedi-

miento no evita el acceso de los cuerpos que navegan entre

dos aguas. El ejemplo de la presa de Palagnedra (Suiza) es

ilustrativo a este respecto: en 1978, una avenida catastró-

fica provocó la obturación total del aliviadero, de la toma

de agua y de los desagUes profundos, causando vertidos por

coronación de la presa (Ver. Brusch1n, S. ~auer, P. Delley,

G. Trucco "The overtopp1ng of the Palagnedra darn". Water Po-

wer, Enero 1982).

En los paises fríos.

te de las compuertas se

. Ret. (57).

el hielo que puede acumularse delan-

rompe y fracciona mediante botes ro~

- 101 -

Page 110: Aliviaderos MOPU

pe-hielos y se

nación.elimi

Hay compuertas de tableros deslizantes o de clapetas que

permiten el paso de hielos con cargas hasta de 2 m, si en

esas condiciones siguen siendo maniobrables los mecanismos..

Cuando el volumen de hielo a evacuar aumenta con excesivarapidez y se producen atascos de témpanos, las compuertas se

levantan a toda su altura para dejar completamente diáfana

la entrada. En este caso, los cuencos de amortiguamiento de

ben ser más profundos y no disponer de obstáculos ni dientes

que puedan ser dañados por los hielos...

4.6. PROTECCION CONTRA EL ATARQUINAMIENTO

En el caso de desagües diseñados para evacuar sedimientos

por efecto de corrientes de densidad o por descargas del em-

balse, con nivel bajo, se deben tomar precauciones con obje-

to de evitar su obstrucción por atarquinamiento.

La presa de Iril Emda, en Argelia, y la de Gebidem, en

Suiza, son ejemplos de las disposiciones que se ha adoptado

a este respecto. En la primera, las tomas de los conductores-de evacuación de las corrientes de densidad, provistas de

rejillas, están situadas lateralmente sobre las paredes de

un desagüe de grandes dimensiones, que puede abrirse de vez

en cuando para limpiar las tomas laterales y puede también

ser ataguiado para labores de conservación.

En la presa de Gebidem, que ha de permitir la evacuación

de gravas, se ha previsto que, antes de las operaciones de

limpieza, se forme un depósito delante de la entrada; en

consecuencia se ha provisto a los desagUes de una pantalla

Ver también el apartado

Re!. (59. 150)...

conduce hacia desagUes especiales para su

hielo"."Protecci6n el3.7

102

Page 111: Aliviaderos MOPU

de hormigón, frente a las tomas, para evitar Que el depósito

penetre en el interior del conducto y llegue a alcanzar la

clave. Además, se dispone de una alimentación con aguas lim-

pias detrás de la pantalla para atacar el pie del cono del

depósitQ Que haya penetrado en el desagüe y compensar las

fugas de la compuerta, evitando así que se forme un tapón de

tarQuln compacto..

4.7. PROTECCION FRENTE A LOS VORTICES

Cuando la carga sobre la embocadu

dio fondo o de uno profundo con vál,

ta, resulta insuficiente, se pueden

tices que hacen disminuir el caudal

de presión y vibraciones peligrosas.

Se pueden suprimir estos vórtices mediante el estudio en

modelo reducido de ménsulas o collarines especiales, dis-

puestos alrededor de las pilas, o intercalando diferentes

tipos de estructuras de guía del flujo (vigas horizontales,

muros cajeros verticales o sub-horizontales, rejas, placas,

etc); también se puede utilizar la inyección de agua, proce-

dente de las zonas de aguas tranquilas.., y sistemas de suc-

ción de la capa límite como el que ha sido estudiado, por

ejemplo, pal~a la presa de Piedra del Aguila (Argentina)**..

4.8. OBRAS DE RESTITUCION y DISIPACION DE ENERGLA****

Los problemas

fondo abarcan dos aspectos principales:

. Ret. (85).

.. Ref. (133).

... Ret. (24).

Ver el apartado 3.6.

la embocadura de un desagüe de me-

ido con válvula parcialmente abier-

se pueden crear uno o varias vór-. el caudal y producen oscilaciones

de restitución al río de los desagUes de

103 -

Page 112: Aliviaderos MOPU

l. Una alta concentración, por unidad de anchura, del

caudal evacuado.

2. Posibilidad de funcionamiento en una amplia gama de

variación de la carga.

Por ejemplo, la concentración máxima de caudal a la sali-

da del desagUe de Cabora Bassa es de 270 m3/s.m, bajo una

carga de 82 m; en Khashm el Girba, donde la concentracióndel caudal es, como máximo, de 160 m3/s.m, los desagües de-

ben trabajar con una carga máxima del orden de 35 m y una

mínima de sólo pocos metros, cuando se baja el nivel del em-

balse, en la estación de lluvias, para expu1sar los sedimen-

tos acumulados.

En las presas bóveda de Cabora Bassa, Kariba y Sain-

te-Croix, se aprovecha el flujo por los desagües para redu-

cir, en lo posible, las obras de restitución, operando con

niveles bajos del embalse y calando los orificios suficien-

temente bajos, de forma que la zona de impacto en el lecho

del río esté lo más alejada posible del pie de presa, evi-

tando así el riesgo de erosión. Las presas bóvedas de Morrow

Point, en Estados Unidos, y de Cambambe, en Angola, tienen

el mismo tipo de aliviaderos profundos, pero la carga de

funcionamiento es menor, por lo que ha sido preciso cons-

truir grandes cuencos de amortiguación.

En la presa de Khashm el Girba, la restitución se realiza

mediante un trampolín que funciona parcialmente sumergidocon grandes caudales. En la presa de Roseires, en la que los

desagües profundos tienen la misma misi.ón que en la ante-

rior, se ha dispuesto un cuenco de amortiguación más profun-

do, pero bastante corto, que asegura una disipación de la

energía por resalto hidráulico para todos los caudales.

Como en todos los aliviaderos, la elección entre una res-

- 104 -

Page 113: Aliviaderos MOPU

titución libre o una disipación en un cuenco, con o sin dis-

persión, está ligada estrechamente a la disposición de las

obras, a los aspectos geomorfológicos, a las condiciones de

funcionamiento. etc.

PROBLEMAS PARTICULARES DE LA CIRCULACION DEL AGUA A GRAN-

VELOCIDADESDES

CAVITACION:

TERISTICOS*.

5.1.

En la evacuación del agua a grandes velocidades concu-rren, frecuentemente, circunstancias favorables para que se

produzcan fenómenos de cavitación, como es una gran turbu-

lencia asociada a presiones hidrostáticas débiles o modera-

das. Entre las obras más expuestas a la cavitación se en-cuentran: los canales de descarga de los aliviaderos de su-

perficie a partir de un desnivel de 40 a 50 m bajo el máximo

nivel del embalse y sus trampolines finales, así como los

canales a la salida de los aliviaderos en carga (ver aparta-.

do 4.4). También se produce cavitación en el flujo macrotur-

bulento de los cuencos destinados a la formación del resalto

y en otros fosos de amortiguamiento, siendo particularmente

intensa en el contacto con los obstáculos incorporados a

ciertos tipos de cuencos y en las estelas que producen.

Los daños causados por la cavltaclón, en las obras pro-

yectadas para conducir corrientes de agua a gran velocidad,

son frecuentes en las presas, cada vez más altas y con ali-

viaderos de mayores capacidades construidas durante los úl-

timos decenios. Limitándose a los alivladeros de superficie

se pueden citar los ejemplos de las presas de:

Houver. (USA)

. Ref. (40, 54, 74, 114, 125, 15S).

GENERALES. EJ EMPLOS CARAC-CONSIDERACIONES

105

Page 114: Aliviaderos MOPU

Glen Canyon*, (USA)Karun, (Irán), en la que la mitad inferior del canal de

descarga del aliviadero y el trampolín final han sido

seriamente erosionados en varias ocasiones** (Fig. 1).

El Infernillo, (México) donde la cavitación ha socavado

agujeros de varios metros de profundidad en los codos

que enlazan los pozos inclinados con los túneles de

desviación.Keban, (Turquía), donde se produjeron deteriorac10nes

superficiales cerca de las junta~ transversales entre

las losas del canal de descarga***.

Mica, (Canadá).

Bratsk, (URSS)Yellowtail, (USA), en la que la cavitación ha producido

un agujero de más de 2 m de profundidad, aguas abajo

del codo vertical del aliviadero en túnel**** (Fig.

19).Guri, (Venezuela), donde el contraescape sumergido del

aliviadero de su primera fase, fué seriamente dañado

por cavitación al nivel de la arista del trampo-

-

-

-

lín..***.

5.2. DISMINUCION DE

5.2.1. Acabado de superficies; limitaciones prácticas; en-

vejecimiento del hormigón.

En la circulación

des velocidades, la

derada. Cuando las

. Ref.

.. Ref.

Ref.

Ref.

-*-** Ref.

LOS DAÑOSPOR CAVITACION

agua, con superficie libre, a gran-

presión hidrostática es generalmente mo-

líneas de flujo son casi paralelas y pró-

(7, 155)

(162) .

(3) .

( 7 . 20).

( 29) .

106

Page 115: Aliviaderos MOPU

Jli " 'Ot. o'

NEt

~~

I

~

FIGURA 19. ALIVIADERO EN TUNEL DE LA fRESA

DISPOSICION GENERAL y DETALLES DE

Ranura de aireación

Zona poco dañada

Zona muy dañada

R4nw-a de herraduzo4

(A)

(B)

(C)

(O)

.

lF)(U.S.A. )YELOWTAIL

AIREACION

DE

LA

(E) Burbuja de aire(FJ Oet4tLe de La ranura de ~ir.4ción

4 Lo L4~go de t .j. de La '0 ter4

Page 116: Aliviaderos MOPU

ximas a la horizontal, la

minada por la profundidad

inclinadas, la presión se

p = y . cos o<.m n

siendo y el calado normal a la solera y~el ángulo que éstan

forma con la horizontal.

La convexidad de la solera hace disminuir la presión h1-

draúlica, mientras una concavidad la incrementa. También se

producen variaciones locales de presión como consecuencia de

irregularidades en las superficies, a las que se superponen

las fluctuaciones hidrodinámicas asociadas con la turbulen-

cia; en consecuencia, pueden aparecer, momentáneamente, pre-

siones subatmosféricas en las proximidades de las irregula-

ridades y, especialmente, aguas abajo de las mismas.

El riesgo de cavitación se agrava. notablemente, cuando

la velocidad es muy elevada en el contacto con las superfi-

cies de hormigón; es decir. cuando la capa limite no se ha

desarrollado completamente*. Esta situación. por desgracia.

es frecuente en los aliviaderos de superficie; en las rápi-

das, la circulación pseudopot~ncial del agua. se mantiene

hasta muy abajo para láminas de agua de gran calado y en los

codos y deflectores la fuerza centrifuga distorsiona,"desfa-

vorablernente, el perfil de velocidades.

Investigadores americanos

-Galperin. Oskolov. Rosanov

diversas fórmulas que. para

solera caracterizada por sus

. Ref. (26).

.. Ref. (15,16,40)

... Ref. (43,44,45,46, 104, 105, 125, 134,135,136).

deter-

rápidas

presión hidrostática viene

del agua, mientras que en

reduce con su inclinación:

-J. Ball y Falvey**-, y rusos

y SE'menkov***-, han propuesto

una singularidad aislada en la

dimensiones y perfil, detE'rmi-

108

Page 117: Aliviaderos MOPU

nan las condicion~s de preslón y de velocidad que delimitan

el dominio de la cavitación. Parece que los ensayos se han

realizado con capas límites muy poco desarrolladas. Las nor-

mas de terminación de superricies consideradas por america-

nos y rusos son equivalentes, aunque las de los segundos son

llg~ramente menos severas. Para velocidades elevadas (V> 30

mis) y en el estado actual de la técnica, dichas normas son

prácticamente imposibles de cumplir, si se trata de superf~-

cies de hormigón encofrado o reglado, exigiendo, pQsterior-

mente, un pulimentado de las irregularidades. Tal operación,

además de laboriosa, presenta el inconveniente de dejar unas

superficies frágiles, como consecuencia del inevitable des-

carnado de una parte de los áridos superficiales; el trata-

miento de las aristas de las juntas de contracción es par-

ticularmente delicado debido a su fragilidad. Por otra par-

te, la calidad del terminado realizado se deteriora rápida-

mente con el tiempo, como consecuencia de la acción de los

agentes atmosf~ricos (variaciones de temperatura, hielo,

etc) aunque no se produzcan cavitaciones, ya que las super-

ficies pulimentadas son particularmente sensibles a este ti-

po de degradación.

También se pueden producir, después de la construcción,

irregularidades superficiales debido a la formación de con-

calcáreas.creciones

5.2.2. Tratamiento de las superficies, revestlmientos espe-

ciales*

La presencia de una capa l!rnite insuficientemente desa-

rrollada, caracterizada por velocidades elevadas a algunos

milímetros de los paramentos, justifica la aplicación de las

reglas mencionadas en el apartado 5.2.1 a los canales de

descarga, cuencos y deflectores de los aliviaderos de super-

. Re!. (1, 53,60,73, 106).

109

Page 118: Aliviaderos MOPU

ficie. La experiencia demuestra que prácticamente no se pro-

duce cavitación en rápidas con terminación normal en el hor-

migón, si la capa límite interesa a todo el espesor de la

lámina líquida; de esta forma, el efecto favorable de la

disminución de las velocidades cerca de las paredes contra-

rresta el efecto contrario de la generalización de la turbu-

lencia. Desgraciadamente, la capa límite no alcanza la su-

perficie del agua antes de que la velocidad llegue a ser pe-

ligrosa (desniveles superiores a 50 m), a no ser con lámina

de poco espesor, correspondiente a pequeños caudales especí-

ficos.

La formación de la capa limite -se acelera por la mayor

rugosidad de las paredes; por ello, no

una terminación particularmente cuidada

mojadas en los tramos iniciales de los

Para controlar la cavitación podría ser beneficioso au-

mentar la rugosidad, artificialmente, en el tramo de fuerte

aceleración, situado en el origen del canal de descarga,

disminuyendo progresivamente la rugosidad en el sentido de

la corriente. Conviene investigar sobre esta alternativa,

aunque sería dificil llevarla a la práctica.

La consideración precedente explica que sea favorable la

inclusión, en el perfil longitudinal del canal de descarga,de un tramo subhorizontal, relativamente largo, hasta una

sección situada entr.e 30 y 40 m por debajo del nivel del em-

balse, cuando la morfología del terreno permita esta dispo-

sición. Del mismo modo, las pilas de gran longitud situadas

entre los vanos de la entrada, prolongadas a ser posible por

muros-guía, contribuyen a acelerar la formación de la capa

límite, debido a la interacción que generan entre los roza-

mientos sobre el fondo y las paredes laterales. Las estelas

producidas por las pilas cortas son también favorables debi-

do a la aireación que proporcionan.

es necesario exigir

para las superficies

aliviaderos.

110

Page 119: Aliviaderos MOPU

Se emplean revestimientos especiales a fin de mejorar el

acabado de las superficies y aumentar la resistencia a los

impactos prqducidos por la implos1ón de las burbujas de va-

por generadas por la cav1tación. Con los blindajes de acero

se cumplen simultáneamente ambos objetivos.

Los blindajes tienen los inconvenientes de costar caros y

plantear problemas para su anclaje al hormigón. Entre el

hormigón y la chapa no debe quedar ningún hueco ext~nso, pa-

ra evitar el peligro de que aquella vibre. en resonancia con

las oscilaciones de la presión dinámica, ya que la vibración

produciría una pérdida progresiva de adherencia, así como

tensiones que por fatiga terminarían arrancando el blindaje.

Generalmente, éste se reserva para superficies de limitada

extensión particularmente expuestas. Los casos más típicos

son los orificios de control de los aliviaderos en carga y

los desagües de fondo, así como los tramos de canal situados

inmediatamente aguas abajo de los mismos. Es recomendable

que las secciones de control se coloquen al final de una

transición convergente, de modo que la presión aguas arriba

de las mismas sea suficientemente elevada para impedir la

cavitación; en este caso, el blindaje no se justifica si no

se requiere por razones de estanqueidad o para resistir a la

presión interior. El riesgo de cavitación comienza poco an-

tes (algunos metros) aguas arriba de la sección de control.

Debido a la rápida aceleración del agua en las desembocadu-

ras convergentes, la forma del perfil de velocidades es des-

favorable en alguna longitud (velocidades elevadas en con-

tacto con las paredes) si la presión hidrostática no es sig-

nificativa. El blindaje se impone, aunque exista un disposi-

tivo para airear la lámina de agua próxima a la sección de

control, si es elevada la probabilidad de funcionar prolon-

gadamente con velocidades' peligrosas (V >25 mis). En lo que

se refiere a la extensión del blindaje en los canales de sa-

lida, no parece que existan, hasta ahora, reglas precisas

deducidas de análisis teóricos o de ensayos experimentales,

- 111 -

Page 120: Aliviaderos MOPU

de manera que la decisión

del ingeniero. Las normas

de la siguiente forma:

La solera, en una distancia mínima d = 50

el radio hidráulico del orificio.

-

Los cajeros, en toda su altura mojada hasta una distan-cia d = 15 RH Y en su mitad inferior hasta d = 30 ~H.

-

Puesto que el objetivo es acompañar el desarrollo de la

capa límite, hasta la sección donde la velocidad cerca de la

pared sea compatible con la calidad de terminación prescrita

para la superficie del hormigón, es evidente que la longitud

blindada debe aumentar de acuerdo con la velocidad que exis-

ta en la sección de control y que una rugosidad creciente en

~l blindaje, hacia aguas abajo, contribuiría a acelerar el

desarrollo de dicha capa límite. Se deberían emprender ensa-

yos que permitieran dimensionar más racionalmente la longi-

tud del blindaje y conocer mejor los efectos de la rugosi-

dad.

Otra utilización restringida del acero como revestimiento

anticavitación se encuentra, a veces, en los trampolines de

lanzami~nto y en los cuencos para formación de resalto. Para

retrasar su deterioración, se blindan las aristas de ciertos

dientes deflectores o dados y, a veces, toda su superficie.

Si bien es cierto que tales protecciones deben considerarse

como piezas de desgaste, aún deben realizarse progresos que

desarrollen un sistema de fijación conveniente, que permita

reemplazarlas rápidamente.

La ejecución de la junta

junta está expuesta a grandes

tes problemas de continuidad.

tracción o el envejecimiento

depende, en cada caso, del juicio

más prudentes prescriben blindar

~. siendo ~

hormigón-acero. cuando dicha

velocidades, presenta frecuen-

Los e!'e.ctos térmicos. la re-

del hormigón (descantillado de

112

Page 121: Aliviaderos MOPU

la arista de hormigón), pueden abrir esta junta cOn el con-

siguiente despegue del blindaje, que, en cualquier caso, de-

be estar fuertemente anclado y bien drenado para evitar que

la sobrepresión correspondiente a una parte, más o menosgrande, del término de velocidad de la carga hidráulica, se

introduzca en el intradós y lo levante.

Durante los últimas años se han desarrollado otras tipos

de. protecciones, además del acero. Su aplicación q~eda prác-

ticamente limitada a las reparaciones, debida a su precio y

al actual desconocimiento de su comportamiento a largo pla-

za. Estre dichas protecciones se encuentran las resinas epo-

xi, los hormigones con fibras de acera y las resinas de po-

liuretano*.

Las resinas epóxicas se utilizan, ocasionalmente, bajolas siguientes formas:

- Simple pintura de las superficies de hormigón expues-

taso

Impregnación de estas superficies con una profundidadde 1 a 3 cm.

- Reparación de zonas erosionadas mediante morteros de

resina epóxica.

La pintura y la impregnación mejoran, ciertamente, el

acabado y la resistencia de las superficies de hormigón, pe-

ro mucho menos que el blindaje de acero. El proceso de im-

pregnación es bastante delicado y laborioso, puesto que re-

quiere el secado previo del hormigón en varios centfmetros

. Ver Boletín 43 de ICOLO "Resinas sint6ticaa para los

presas" (1982).ento8 dereveatimi

- 113 -

Page 122: Aliviaderos MOPU

de profundidad y unas condiciones de temperatura muy estric-

tas*,

Los morteros epóxicos se reservan para reparaciones loca-

lizadas. Algunas veces, los resultados son decepcionantes,

especialmente cuando las superficies tratadas quedan someti-

das a fuertes variaciones térmicas, ya que debido a las di-

ferencias entre los coeficientes de dilatación térmica del

hormigón y los morteros epóxicos, las paredes se .resquebra-

jan en su contorno. Por otra parte, las irregularidades que

-se producen facilitan el desarrollo de la cavitación.

La incorporación de fibras de acero en el hormigón.. se

ha promovido después de comprobarse, experimentalmente, que

los daños por cavi taci.ón. se retrasan cuando aumenta la re-

sistencia a tracción del material; en el caso del hormigón

la resistencia a tracción se mejora notablemente con la adi-

ción de fibras de acero. Estas fibras tienen, además, la in-

teresante propiedad de hacer menos frágil la superficie del

hormigón, atenuando la tendencia al descascarillado. Las fi-

bras tienen una longitud comprendida entre 2 y 4 cm y una

sección de 0,05 a 0,16 mm2. La última reparación del cuenco

de amortiguación del túnel ng 3 de Tarbela (1976-1977), ha

incluido la colocación sobre la solera de una capa de des-

gaste, de 50 cm de espesor, que contiene 80 kg/m3 de fibras

de acero con el fin de tratar de mejorar la resistencia a la

cavitación y a la erosión

En la práctica, la fabricación y colocación del hormigón

de fibras pr~senta ci~rtas dificultades, debido a la tenden-

cia de las fibras a ~nmarañarse y a la posibilidad de que

algunas fibras aisladas se "claven" ~n pequeñas depresiones

. Reí. (10).

.* Ver Boletín

**. Reí. (28).

40 de ICOLD: "El hormig6n armado con fibras" (1982).

114

Page 123: Aliviaderos MOPU

superficiales que se forman por capilaridad. El comporta-miento del hormigón con fibras en Tarbela parece haber sido

satisfactorio hasta el presente (1984), a pesar de que ha

estado sometido, simultáneamente, durante mucho tiempo, a

las solicitaciones de subpresión y cavitación que la macro-

turbulencia produce en el resalto hidráulico. El-hormigón de

fibras se ha utilizado, también, para reparar las erosiones

por cavitación que se han producido en los desagües de fondo

de las presas de Libby y de Dworshak (U.S.A.)..

Las investigaciones en la protección del hormigón contra

la cavitación se han dirigido en otro sentido muy diferente

al de incrementar la resistencia superficial a la tracción,

con la esperanza, fundada en las cualidades de los revesti-

mientos elásticos delgados, de amortiguar, considerablemen-

te, los choques reiterados por la implosión de burbujas de

vapor. En realidad estos revestlmientos flexibles se ensayan

actualmente para luchar contra la erosión del hormigón por

la abrasión que producen los sedimentos, pero como el ataque

por impacto también está presente en este último fenómeno,

las soluciones válidas contra la abrasión también podrían

serIo contra la cavitación. Actualmente el material de re-

vestimiento flexible más prometedor, parece ser la resina de

poliuretano (ver ejemplo en el apartado 5.3).

5.2.3. Aireación--.

Desde el punto de vista de la cavitación, las burbujas de

aire, no disueltas, que permanecen en una corriente de agua

tienen un efecto benéfico, ya que amortiguan el desarrollo

de presiones subatmosf~ricas e lncrementan la compresibili-

dad del agua, reduciendo, considerablemente, la violencia de

* Ref. (120)

,* Ref. (31. 136).

115

Page 124: Aliviaderos MOPU

los choques que acompañan a la 1mplos1ón de las burbujas de

vapor.

Los investigadores Peterka y Russel* han demostrado que

un contenido de aire emulsionado, del orden del 8~ en volu-

men, en las proximidades de una pared, evita.el ataque de la

cavitación a esta superficie, aún con velocidades del agua

muy elevadas (V)27 mis).

En los vertidos libres, que son los más críticos de$de el

punto de vista de la cavitación, la aireación se produce de

forma natural, desde la superficie, cuando toda la sección

llega a ser suficientemente turbulenta para que la tensión

superficial no pueda evitar los intercambios entre las fases

líquida y gaseosa. Como ya se ha indicado en el apartado

5.2.2, la turbulencia en el origen de las rápidas se concen-

tra, prácticamente, en la capa limit~, de forma que la ai-

reación natural comienza, sólamente, a partir de la zona en

la que dicha capa límite alcanza la superficie del agua.

El fenómeno d~ autoaireación de

cuando las rápidas tienen longitud s\

el pleno desarrollo de la capa límitutilizado para reducir ~l ri~sgo de I

canales de descarga de gran anchura

caudales normales d~ funcionami~nto

crecidas dec~nales), el espesor de la

siblemente al metro cuando la veloci

30 mis (aliviadero propuesto para la

bre el río Konkouré, ~n Guinea). Las

las pilas int~rmedias, cuya parte pos

da, aumentan la aireación natural de

En un canal completamente turbulento la cantidad de aire

. Ret. (107.108.128).

aireación de la lámina se favorece

en longitud suficiente para permitir

la capa límit~; est~ efecto ha sido

~l ri~sgo d~ cavitación, proy~ctando

gran anchura ~n los que, para los

.Jnc10nami~nto (por ejemplo para las

~spesor de la lámina no supera sen-

.ndo la velocidad sobrepasa los 25 a

~esto para la presa d~ Souapiti, so-

Guinea). Las estelas producidas par

~uya parte posterior no está perfila-

ón natural de la circulación de agua.

- 116 -

Page 125: Aliviaderos MOPU

emulsionado en una sección determinada varía, considerable-

mente, siendo muy importante en la superficie aunque lleguea ser insignificante en el fondo. En ausencia de obstáculoso de dispositivos de aireación, el contenido medio de aire

aumenta gradualmente hacia aguas abajo, si la corriente es

acelerada, debido al incremento de la turbulencia.

Si el riesgo de cavitación es elevado, la aireación natu-

ral no suele ser suficiente para asegurar la necesaria pro-

tección*, ya que cuando comienza a desarrollarse, la veloci-

dad ha alcanzado, frecuentemente, un nivel peligroso y el

contenido de aire en el fondo es inferior al 8%, que es el

valor mínimo admisible para evitar que se inicie el ataque

por cavitación. En todo caso, es muy recomendable procurar

aireación; los factores favorables son los mismos menciona-

dos en el apartado 5.2.2. a propósito del desarrollo de la

capa límite.

El empleo de la aireación artificial** para evitar la ca-

vitación en láminas libres a la salida de las conducciones

en carga o en las rápidas de los aliviaderos, es cada vez

más aceptada. El procedimiento más utilizado consiste en

disponer localmente bajo la lámina liquida. o lateralmente a

la misma. un espacio vacío en comunicación con la atmósfera.

En la práctica, la solución consiste, simplemente, en dispo-

ner discontinuidades en la solera o encadas con los tubos de aireación instalados; se pueden adop-

tar diversas configuraciones,

- Una ran ura

- Ranuras, resaltos.

les; ver en las figuras 20, 21 y 22, los dispositivos

* Ref. (25.143. 160).

** Re!. (17.39. 118, 128, 134, 135, 147).

los cajeros, c.omunl-

tales como:

larga y profunda o un escalón en la solera.

pozos o tubos en las paredes latera-

- 117 -

Page 126: Aliviaderos MOPU

de aireación de los aliviaderos de las presas de Ust

111m y Foz Do Arela y de los túneles para riego de

Tarbela.

Con frecuencia, el borde de aguas arriba de las disconti-

nuidades de la solera se dispone en rampa, a fin de aumentar

el alcance de la trayectoria descrita por la parte inferior

de la lámina, que se lanza desde pocos metros hasta diez o

más*.

La mayor parte del aire arrastrado es absorbido, gracias

a la intensa emulsión que se produce en la zona inferior de

la lámina, a cierta distancia de la arista de lanzamiento.

La eficacia de un dispositivo -expresada, esencialmente, po'r

la relación Qa/Qe (caudal de aire a caudal de agua) depende

de varios parámetros**, entre los cuales el más importante

es el número de Froude del movimiento del agua no emulsiona-

da, así como un parárnetro adimensional, función de la dife-

rencia entre la presión atmosférica y la del aire contenido

en la cavidad formada bajo la lámina, y también, la longitud

de dicha cavidad. La relación Q /Q = f (Q ) puede ser de-a e e

terminada experimentalmente para cada configuración del dis-

positivo de aireación. Si se utilizan modelos reducidos,

previamente a la construcción de la presa, los efectos de

escala plantean dificultades importantes. Debido a la visco-

sidad y a la tensión superficial del agua, los resultadosdel modelo tienden a subestimar la eficacia del dispositivo

en verdadera mag~itud. La viscosidad juega un papel más im-

portante en el modelo, basado en la semejanza del nÚMero de

Froude, debido a que el espesor relativo de la subcapa limi-

te laminar es mayor que en el prototipo. La tensión superfi-

cial. que se opone a la entrada de burbujas de aire en la

lámina de agua. no parece jugar un papel significativo a es-

. Ref. (33.71)

.. Ref. (54, 109, 110, 111, 112, 113, 157).

118 -

Page 127: Aliviaderos MOPU

tos efectos, cuando el número de Weber (We = p V~ L/cr) es

superior a 106. Por consiguiente, para minimizar estos efec-

tos del ensayo seria necesario construir modelos, a gran es-

cala, del dispositivo de aireación ensayado..

Las mediciones realizadas sobre presas en explotación, en

los túneles para riego de Tarbela** y en el aliviadero de

superficie de Foz do Areia***, demuestran que la relación

Q IQ disminuye cuando Q aumenta. Por ejemplo, ~n Foz doa e eAreia Q IQ decrece de 0,7 a 0,07 cuando el caudal específi-

a e 3co crece desde 10 a 110 m Is.m. El proyecto de aireación de-

be tener en cuenta esta reducción, con objeto de que se man-

tenga su eficacia para el máximo caudal de proyecto.

De todas formas, la eficacia de un dispositivo de airea-

ción no está exclusivamente ligada a la relación Q /Q , yaa eque el factor determinante es el contenido de aire en pro-

fundidad, cerca de la solera y de la zona inferior de los

cajeros; en general, la parte superior de éstos se beneficiade una aireación abundante proporcionada por la turbulencia

debida al rozamiento lateral. En la zona en la que la lámina

alcanza la solera, después de su paso sobre el dispositivo

de aireación, el contenido de aire es, normalmente, sensi-

blemente superior al necesario 8%. Sin embargo, hacia aguas

abajo, las burbujas de aire son atraidas hacia la superficie

por el gradiente de presión decreciente y escapan, progresi-

vamente, hacia la atmósfera. El fenómeno de desaireación se

intensifica en las concavidades de la solera (trampolines)

debido al incremento de las presiones hidrostáticas y, a

partir de cierta distancia, el contenido de aire en las pro-

ximidades de la solera puede descender por debajo del citado

8%. En el modelo de los túneles de Tarbela, realizado a es-

. Ref. (109).

.. Red. (70).

... Ref. (110.113).

V2 LI

119 -

Page 128: Aliviaderos MOPU

DEVERSOIR

SECTION

PROFIl. DU

SPILLWAY

(A) Buzobuja de aire bajo ta lámina

vertiente

RampaSatida de tos conductos de air.

ción (2,2 m2 cada uno)

(8)

(C)

DETAlL 'I

"Z..,1-

~\~~

'&.

FIGURA 20. ALIVIADERO DE LA PRE~A DE UST ILIN (URSS)

DISPOSICION GENERAL y DETALLE DE LA AIREACION

(D) H&Lro ds separació"

(E) CO~uct08 de admieió" d. air.2(10 lit cada 14"°)

120

Page 129: Aliviaderos MOPU

I

I

I

-----

\ "

FICURA 21. ALIVIADERO

SPOSICIONDI

(al Dime"sio"es

RampasJunta

(1) aireaciónde

(2)

0

::tl1.50

PRESADE FOZ DODE LA (BRASIL):AREIA

GENERAL y DETAL~!$ AIREACIONDE LA

principaLes del. aLiviadero

2m(3) Cuatro

121

Page 130: Aliviaderos MOPU

~

@

6.0t & ~U t ~¿ ~~~~~~? + 9 5

"I

400 "50.. I

(bJ Sistema de aireación deL aLiviadero

d

d

d

20

15

10

aireación

aireación

aireación

cm

cm

cm

Orificio

Orificio

Orificio

1;

2;

J;

de

de

de

-

0 00

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"""'"""

-

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O' ~ //

-"""""0' <.

admis ió,¡ de aire(c) sistenk:1 de

Qa = Cauda L de a i~e admi t ido

SaLida de aireA =

122

Page 131: Aliviaderos MOPU

.~. .

PRESA DE fOZ DO AREIA (BRASIL)

ALIVIADERO; RAPIDA CON RAMPAS DE AIREACION

J ".'. .~

..~

. "".

. , . ," .; °r ..-

":00 O ~_?O' - .. '"\..~.,'1'0~'-~"~. :;"'o'o~' o""'F

:'ti1..~ , ' ,.t.,t'~ .

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..(..1

.' 00

,.", .. .

. ~...I;I. .

.

123

Page 132: Aliviaderos MOPU

,.

PLAN

(a) Diapoaitivo d. aireación .t tún.t n. 3. PLanta y se~ién

(1)

(2)

(3)

(4)

cámara de La compue~ta de desagüe (SJ Toma de ai~.

Ranura d. atagulas ezistente (6) Pozo. de aireación

Rápida de hormigón ( 7) Ranura8 de aireación

Muros de hormigón ezi.tente8 .ol~ra

0- '* 347.7<)

. 345.2~

,

. /I

~

SECTION A-A

10o 20 30 m

(PAKISTAN):FIGURA 22. PRESADE TARBELA

niTUNEL. DI..- .,

:i'"

3. ':.:,

RIEGO

... la

124

Page 133: Aliviaderos MOPU

~ I

, / 1 00 V O 60_. ... - ... - J -.-/ / " ¡ "675. / -:.A --

/ _o¿ .5.~ J.::

/' /// /

bJ Sección transversaL de La ranura de aireación en La soLera,

en La extremidad deL bLindaje de tos desagües 3A y JB

(1) Cámara de La compue~ta det

desagüeHormigón er.istente

Ranura. de ataguias er.istente

BLindaje er.istente

Nueuo Labio deL defLecto~

(2)

(3)

(4)

(5)

.@~,

::~;j::l.:-i;~-~..: . ,,:.

,

//

,./

o 1 2~- I J

m

resi,¡a epoz.i(6) RettB~ con

(7) ~unta de estanqueidad

( 8 ) Hormigón con fibras de acero

(9) C1Iafl.án de 7S . 7S "",

(10) Chaflán de 2S . 2S 11m

125

Page 134: Aliviaderos MOPU

cala 1/12, casi todo el aire arrastrado había alcanzado la

superficie del agua 30 m aguas abajo de la ranura de fondo;

sin embargoL al compararla con el prototipo, se detectó un

distorsionante y considerable efecto de escala. En la situa-

ción actual aún resulta incierta la longit':1d de la rápida

protegida por un dispositivo de aireación y es preciso espe-

rar la ejecución de observaciones sistemáticas, sobre obras

en servicio, para analizar el comportamiento ante una amplia

gama de caudales que lleguen hasta la máxima capacidad de

evacuación.

La construcción de los dispositivos de aireación debe

hacerse con especial cuidado, sobre todo cuando están colo-

cados en zonas. de alta velocidad. Los materiales que deben

utilizarse, la terminación de la superficie y las precaucio-

nes estructurales impuestas, son las mismas que se recomien-

dan para las obras sometidas a solicitaciones de subpresión

dinámica y cavitación. Las juntas de construcción y de con-

tracción así como las aristas de los dientes deflectores son

unas zonas delicadas, debido al riesgo de descantillado, por

lo que puede ser conveniente instalar blindajes locales que

deben estar sólidamente anclados al hormigón. Las normas re-

lativas a la terminación de las superficies de hormigón pue-

den ser menos estrictas si se dispone de aireación forzada

El emulsionamiento producido por un alto contenido de

aire in~rementa la sección mojada, por lo que es necesario

sobreelevar los cajeros d:e las rápidas e incrementar la sec-. .: "

ción transversal de los aUviaderos en túnel, lo. cual puede

suponer un coste muy elevado cuando se trata de evitar su

puesta en carga. En Foz do Areia, por ejemplo -para un cau-3dal evacuado de 8.500 m /s y velocidades del orden de 43

m/s-, el entumecimiento observado supone el 80% por encima

del calado sin air~ación. En consecuencia, debería orientar-

se la investigación hacia sistemas de aireación, formados

por pequeños dispositivos y espaciados a lo largo de la rá-

126

Page 135: Aliviaderos MOPU

p.ida algunas decenas de metros, que mantuviesen el conteni-do

de aire cerca del 8% en las proximidades del fondo, sin

emulsionar demasiado el resto de la lámina vertiente.

5.3. ABRASION EN LOS ALIVIADEROS y DESAGUES DE FONDO. REVES-

TIMIENTOS ESPECIALES

Generalidades.5.3.1.

La presencia de arrastres de fondo o de sedimentos en

suspensión en una corriente rápida puede originar rápidos

desgastes en los conductos; en muchos casos, estos desgastesson inevitables, puesto que aún no se conocen materiales ca-

paces de resistirles prologadamente y que sean fáciles de

colocar en obra con precios razonables.

Generalmente ni las arcillas ni limos finos en suspensión

producen problemas serios. Sin embargo, no ocurre lo mismo

con las arenas -que contienen granos duros y angulosos-, ni

con las gravas y bolos arrastrados, de los que una parte no-

table, si no la totalidad, está constituida por materiales

abrasivos.

Estos problemas aparecen más o menos tarde en los desa-

gües de fondo y en los aliviaderos profundos; en los alivia-

deros de superficie, por el contrario, se presentan a largo

plazo, excepto en el caso de pequeños embalses que se llenan

de sedimentos en los primeros años de servicio.

Aunque sean de la misma I

rezcan asociados, conviene

sean los arrastres de fondo

el papel preponderante.

. Ref. (106).

naturaleza y frecuentemente apa-

distinguir ambos casos, según

o los sedimentos los que jueguen

127

Page 136: Aliviaderos MOPU

5.3.2. Abrasión por arrastres de fondo

En las presas construidas sobre torrentes de alta montaña

se producen situaciones preocupantes; los aliviaderos y de-

sagties de fondo deben permitir el paso de caaudales sólidos

muy importantes, una vez que el embalse está parcialmente

relleno de acarreos e incluso, en ocasiones, desde la ini-

cial puesta en servicio de la obra.

Las obras más expuesta

la parte inferior de los (

zan ciertas disposiciones

nómeno o para retardar su

Adopción de conductos de la menor longitud posible (las

presas bóveda s~ prestan mejor que otras a esta alter-

-

nativa).

Utilización de áridos con alta r~sistencia al desgaste-por rozamiento (arenas y

plo).

Eliminación de singularidades geométricas en el inte-

rior del conducto (codos, pilas, convergencias yensan-

-

chamientos).

Revestimiento de las zonas más criticas.-

Los revestimientos preconizados

la cav1tación (ver apartado 5.2.2).

que tales protecciones reduc~n la

las reparaciones periódicas, pero n

lución definitiva.

Sede Ku

puedeKuan

-

as a la abrasión son las soleras ycajeros. En el proyectó se preconi-

5 para disminuir la magnitud del fe-

l evolución, tales como:

de cuarcita, por ejem-gravas

2 son los mismos que para

. La experiencia demuestra

frecuencia y amplitud de

nunca proporcionan una so-

citar, como ejemplo, el aliviadero de la presa

(rig. 2) construido desde 1959 a 1962 sobre el

128

Page 137: Aliviaderos MOPU

torrente Ta Xia Ch1 en Taiwan, que arrastra enormes can-

tidades de bolos y arena de cuarcita, en- cada avenida oca-

sionada por los tifones. El embalse se ha rellenado con

aluviones, en los dos primeros años, hasta el nivel del um-

bral de los aliviaderos, situados a media altura de la presa

que es una bóveda de 85 m de altura. Desde entonces todas

las crecidas son evacuadas, con su caudal sólido, por cuatro

aberturas de 9 x 6,6 m2, que están protegidas por un blinda-

je de acero inoxidable tanto en la solera como en-el tercio

inferior de los cajeros. Las compuertas de control son de

tipo vagón, están c910cadas en el paramento de agua abajo de

la bóveda y sus caminos de rodadura están suficientemente

separados de los bordes de la conducción para que queden

protegidos contra el impacto de los sedimentos. Los chorros

de agua que salen de los cuatro desagUes caen en una fosa de

80 m de longitud, revestida con hormigón armado anclado a la

roca con cables de acero pasivos. En el contacto hor-

migón-roca se ha dispuesto una red de drenaje que desagua

cerca del borde de aguas abajo. El espesor de la solera, ~

es de 3,5 m como media, alcanza los 5 m en una zona de ex-

tensión limitada afectada por el impacto directo de los cho'~

rros de agua.

La pr~sa de Ku Kuan ~ntró en s~rvicio en 1962 y los blin-

daj~s d~ los conductos han r~sistido bien contra la abra-

sión. Por el contrario, la solera de la fosa de impacto ha

requerido reparaciones periódicas, la última de las cuales

(1982), se realizó d~spués de 8 años de ~xplotac1ón, durante

los que se ha vertido un volumen total de 550 hm3 de agua,

en su mayor parte desde el nivel máximo del embalse (H = 80

m). Se estima que durante este periodo cayeron sobre la so-

lera, al menos, 550.000 t de acarreos (1 kg por cada m3 de

agua). Casi la totalidad de la erosión se ha concentrado en

la zona de impacto, donde se ha formado una fosa de 700 m3,

con una profundidad máxima de 4,3 m. No existe evidencia de

que en la formación de dicha fosa hayan contribuido otros

- 129 -

Page 138: Aliviaderos MOPU

factores destruct1vos como son la subpresión o la cavita-

ción. Aguas abajo de la zona de impacto se han formado ero-

siones, tanto en la solera como en los laterales, pero son

sólo superficiales e incomparablemente menores que las ~b-

servadas en la zona de impacto.

Al comienzo de la explotación se colocó

migón bituminoso flexible sobre el fondo d

.fue arrancada rápidamente y no se ha rep

consideró insuperable el problema de gar~

cia al hormigón subyaciente.

En general puede decirse que J

bles de resistir, durante largo 1

cavitación han tenido éxito rara

ma conservación.

Abrasión por sedimentos en suspensión5.3.3.

Este tipo de daños se produce independientemente y tam-

bién se superpone a los que generan los arrastres de fondo.

El problema está asociado, generalmente, a la existencia de

arenas finas o muy finas, e incluso limos, que contienen una

fuerte proporción de granos angulosos de cuarzo.

EmbaLse de Sa,-une?'l.2:ia en eL rio

Superficie de cuenca:

Aportaci6n anua1 media de agua:

Aportaci6n anual media de s6lidos en suspensi6n:

Aportaci6n estacional (Julio a Octubre) de s6lidosen suspensi6n:

Concentraci6n media anual de sólidos en suspensi6n:

Concentración me~ia estacional (Julio a Octubre):

°100 = 0,30 mmj Oso = 0,03 mmj °15 - 0,005 mm

~locó una capa de hor-

~do de la cubeta, pero

l repuesto, ya qlte se

garantizar su adheren-

los revestimlentos suscepti-

tiempo, a la abrasión y a la

vez y precisan de una mlni-

Amar i z. 1. o

684.000 km'

42,3 km2

1,6 Gt

1,38 Gt

38 ka/""

57 ka/m

ka/m3

ka/m3

130

Page 139: Aliviaderos MOPU

El ~ del material, incluyendo la fracci6n menor de 0,01 mm, son

granos de cuarzo anguloso..

EmbaLse de Khashm eL Girba en el rio Atbara, afLuente deL NiLo

Aportaci6n anual media de agua:

Aportación anual media de sólidos en suspensión:

Concentración anual media de sólidos en supensi6n:

Arena 52%; Limos 28%. Arcilla 20%

Granulometr!a de la arena: D5Q = 0.2 mm. Dgo = 0,35 mm

El riesgo más frecuente de la erosión debida a los sóli-

dos en suspensión, afecta a las mismas obras que la produci-

da por los arrastres de fondo; es decir, a los desagües de

fondo y a los aliviaderos en carga. En estas obras las velo-

cidades suelen ser muy elevadas y el contenido en sedimentos

es más elevado que la media en toda la altura del embalse*,lo que complica el problema de la conservación de los para-

mentos.

Según la experiencia china en Sanmenxia, el desgaste de

la solera, representado por el espesor medio "e" de la capa

erosionada, puede expresarse por una relación del tipo:

k V3 t T=

~e

La expresión anterior,l!neos, no tiene en cuenta

la curvatura de los filetes

más rápida en las concavidades.

. Más del doble en la presa de Sanmenxia sobre el río Amarillo.

12 km3

90 Gt

7.5 kg/m3

de la corriente

sedimentos

descarga para V

del conducto

depende de

sedimentos

v Velocidad media

t = Concentración de

= Duración de la

= Radio hidráulico

- Coeficiente que

la forma de 108

y t dadosT

~K y deDSO

establecida para conductos recti-

un importante parámetro como es

liquidos, ya que la erosión es

S1 hay despegues de la lámi-

131 -.

Page 140: Aliviaderos MOPU

na aumenta

se agrava,

se produce

rugosidad.

el desgaste en

frecuentemente,

una vez que la

La previsión cuantitativa de los desgastes'por erosión es

aún muy imperfecta. De las observaciones realizadas en San-

menxia, se deducen las siguientes conclusiones:

Para velocidades inferiores a 10 mis y a pesar de la

alta concentración de sedimentos antes mencionada, tan-

to la erosión de los paramentos de hormigón ordinario

como de los blindajes es insignificante.

Cuando la velocidad aumenta hasta 12 mis, la erosión'es

aún despreciable en los paramentos de hormigón, que

contiene una elevada proporción de cuarcita, pero co-

mienza a aparecer en los blindajes de acero.

Existen revestimientos que ofrecen una durabilidad ra-

zonable para velocidades inferiores a 25 mIs (verapartado 5.3.4). En el estado actual de la técnica no

es posible conseguir protecciones

dades superiores a este valor y

bles de sedimentos abrasivos (por

los por metro cúbico).

Con el fin de minimizar las tareas de mantenimiento en

las obras destinadas a dar paso a materiales en suspensión,

conviene tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

l. Minimizar la longitud de dichas

2. Diseñar sus secciones d~ modo que la velocidad no su-

pere el valor de 10 mis en la mayor parte d~ su reco-

rrido.

y el fenómeno

cavitación que

1ncrementa su

la zona de

por efecto

superficie

impactode la

mojada

eficaces para veloci-

contenidos considera-

encima de algunos kl-

obras.

132

Page 141: Aliviaderos MOPU

Limitar las velocidades elevadas a los últimos metros,

anteriores a la salida, donde se dispondrá un revesti-

miento reemplazable o reparable.

3.

4. Evitar que dichas velocidades excedan los 25 mis.

5. Desaguar al lecho natural inmediatamente aguas abajo

de la salida.

6. Construir obras que sean fácil y rápidamente visita-

bles.

Estas disposiciones son similares a las aconsejadas para

controlar la cavitación. La segunda implica la elección de

una conducción en carga; la cuarta equivale a proscribir la

utilización de desagües de fondo o aliviaderos con cargas

superiores a 30 m.

Revest1m1entos5.3.4.

Las protecciones superficiales contra la erosión son las

mismas que se han indicado para la cavitación, siendo la

chapa de acero el material más utilizado. De los resultados

obtenidos en la presa de Sanm~nxia en China, podría deducir-

se que son preferibl~s los áridos de cuarcita, pero el mejor

comportamiento de ~ste hormigón no ha sido corroborado por

otros precedentes.

La solera de los desagües de fondo de la presa de Khashm

el Girba (Fig. 16) estaba protegida por un blindaje de 12 mm

de espesor que fue perforado por la erosión, después de doce

años de servicio. Se ha calculado que cada metro de ancho de

la solera ha soportado el paso de 8,5 millones de toneladas

de arena abrasiva. alcanzando el agua en los desagües una

velocidad máxima de 21,S mis.

protectores

133

Page 142: Aliviaderos MOPU

La chapa de acero inoxidable de los túneles de descarga

del aliviadero de la presa de Ku Kuan, ha resistido muy bien

el paso de más de 1.500 millones de metros cúbicos de agua,

muy cargada de material sólido, durante más de veinte años

de explotación.

La principal dificultad de los blindajes consiste en el

anclaje al hormigón de las chapas de recambio. Todavía no se

ha encontrado una solución satisfactoria que permita una re-

paración rápida y fiable. aunque se espe.ra que. no ha de pa-

sar mucho tiempo antes de que este problema esté soluciona-

do.

Los hormigon~s sobredosificados en cemento (600 kg/m3)

con una adición de corindón, así como los revestimientos ca-

reados con adoquines de granito, han sido utilizados, con

más o menos éxito, ~n superficies críticas de obras someti-

das a baja carga hidráulica (Compagnie National Du Rhone)..

En las d~sembocaduras convergentes d~ los desagües de fondo

de la presa de Sanmenxia -donde la velocidad puede alcanzar

25 m/s-, los cajeros han sido protegidos con losas vitrifi-

cadas (denominadas losas de diabasa artificial) de 2 cm de

espesor y recibidas con mortero; estos desagües han funcio-

nado permanentemente, durante cuatro meses al año, con

caudales cuya concentración oscila entre 63 y 183 kg/rn3 y

puntas excepcionales de 476 kg/m3, de forma que al final de

cinco años el desgaste superficial no ha pasado del milíme-

tro.

Al igual que para la cavitación, también se utilizan en

la reparació~ de erosiones localizadas, revestimientos peli-

culares y morteros de resinas epoxi. Las variaciones t~rmi-

cas abrevian considerablemente la duración de estos tipos de

revestimiento. Recientemente se han desarrollado nuevos re-

* Ref. (92).

satisfactoria que permita una re-

aunque se espe.ra que. no ha de pa-

que este problema esté soluciona-

134

Page 143: Aliviaderos MOPU

vestimientos epóxicos que no son tan sensibles a las varia-

ciones de temperatura, porque tienen unos coeficientes de

dilatación térmica similares a los del hormigón. En las pre-

sas de Villeneuve y de Péage-du-Roussillon, sobre el Ródano,

y en la de Vin~a, en los Pirineos, se han probado morteros

de asfalto-epoxi-corindón, en capas de 20 mm de'espesor, que

son más resistentes a la .erosión que los morteros de resina

epóxica debido a su mayor flexibilidad.

Durante los últimos años la innovación más notable ha

consistido en la sustitución, durante los años 1977-78. del

blindaje de acero de los desagües de la presa de Khashm el

Girba por un revestimiento flexible a base de resina de po-

liuretano. En las pruebas realizadas por la Compagnie Natio-

nal du Rhone, las características de la resina de poliureta-

no superaron, notablemente, a las de otros materiales. El

ensayo consistió en someter una placa de material al impac-

to, bajo un ángulo de 452, de un chorro de agua cargado de

sílice con una presión de 0,25 f4Pa. La muestra está sumergi-

da en un estanque lleno de agua; la duración del ensayo nor-

malizado es de 75 minutos, al cabo de los cuales se mide el

volumen del hueco formado por la erosión en la superficie de

la muestra. Utilizando como referencia, con coeficiente uni-

dad, las placas de vidrio utilizadas por el CNR, se obtuvie-

ron los siguientes valores relativos:

Hormigón normal (350 kg/m3 de ceme~to) 3,50Hormigón sobredosificado (600 kg/m ) con adición de corindón 0,90Mortero de resina epoxi 0,80Resina epoxi pura 0,22Buen granito 0,55Mortero de asfalto-epoxi-corindón 0,50Resina de poliuretano alisada 0,14Acero 0,04Fundición 0,02Resina de epoxi-uretano-hematies 0,06

4,001,000,900,240,750,600,180,050,030,08

aaaaaaaaaa

Page 144: Aliviaderos MOPU

ca, antes

liuretano

de resina

de

de

de

La experiencia ha demostrado que este revestimiento

siste bien al desgaste, pero, desgraciadamente, los choques

de cuerpos flotantes sumergidos (baobads y otros troncos) le

han arrancado localmente y han sido necesarios frecuentes

trabajos de mantenimiento.

5.4. DESPRENDIMIENTO DE NITROGENO EN LAS SALIDAS DE LOS ALI-

VIADEROS y DESAGUES

Entre los años 1968 y 1970 se descubrió el efecto de la

sobresaturación de nitrógeno en las aguas de los ríos, aguas

abajo de los aliviaderos de las presas, con desastrosas con-

secuencias para la vida de los peces y, especialmente, de

los salmones.. Se ha estimado en 1970, que cerca del 90% de

los salmones emigrantes hacia aguas abajo en el río Snake

(U.S.A.) murieron por efecto de la sobresaturación de nitró-

geno en el agua evacuada por los aliviaderos de las presas.

Este fenómeno, que consiste en el exceso de nitrógeno y

oxígeno disuelto en el agua, constituye un nuevo factor, de-

terminante de la calidad del agua, que debe ser muy tenido

en cuenta en los aprovechamientos de recursos hidráulicos de

aquellos ríos en los que la pesca juega un papel importante.

La experiencia demuestra que la sobresaturación está ligada

proporcionalmente al caudal vertido y alcanza un valor asin-

tótico.

Para combatir, que no eliminar este

rio limitar los vertidos, incrementando

balse, y procurar no inundar las zonas

aguas arriba.

* Ref. (138).

extender una capa14 mm de espesor;

poliuretano puro

de mortero de resina de po-

finalm~nte se aplicó una capa

de 8 mm d~ espesor

fenómeno, es necesa-

la capacidad de em-

de desove, situadas

136

Page 145: Aliviaderos MOPU

La restitución del agua a través de las turbinas no in-

crementa la concentración de gas disuelto, pero, frecuente-

mente, la demanda de energía se reduce en épocas de aveni-

das; por esta razón, el U.S. Corps of Engineers ha estudiado

la posibilidad de un turbinado poco eficaz, produciendo poca

energía sin reducir sensiblemente el caudal ev'acuado; para.

ello, puede colocarse una ataguía perforada con numerosos

orificios, aguas arriba de la toma de agua de la turbina,

ajustando la inclinación de las palas de las turbiAas Kaplan

de manera que se funcione con peores rendimientos. No se han

realizado ensayos el tiempo suficiente para poder demostrar

que los rodetes de las turbinas no sufren como consecuencia

de este tratamiento.

Otro procedimiento consiste en disponer un deflector en

el tramo final de la rápida del aliviadero, que dirija una

proporción moderada del caudal hacia la superficie de aguas

abajo más bien que hacia el fondo del cuenco; en la presa de

Lower Granite (U.S.A.) el caudal desviado,por canales de 153m de ancho, fue de 425 m /s.

Finalmente. el último medio de luchar contra este fenóme-

no. consiste en soslayar los tramos del río con fuertes con-

centraciones de nitrógeno. transportando por carretera a los

alevines en camiones especiales cuando emigran hacia el mar;

sin embargo, no está demostrado que esto no altere el ins-

tinto del pez y le impida, d~ adulto, volver a los mismos

criaderos.

6. CONSERVACION y REPARACIONES

6.1. CONSERVACION

El mantenimie-nto de- las obras civiles correspondientes a

los aliviade-ros no presenta problemas diferentes que los re-

lativos al resto de la presa y sus estructuras ane-jas. Uni-

137 -

Page 146: Aliviaderos MOPU

camente el acabado de las superficies susceptibles de sufrir

los daños causados por la erosión, merecen mayor. atención

que el de otros hormigones. La grietas o descantillados pro-

ducidos por los agentes atmosféricos o golpes accidentales

de herramientas, andamiajes, piedras, etc, deben ser repara-

dos antes de poner ~l aliviadero en servicio. Es preciso

controlar, de forma especial, las superficies acabadas me-

diante pulido porque son más frágiles. Los depósitos y con-

creciones duras, calcáreas, deben ser eliminados.

La conservación de las compuertas es, evidentemente, de

primordial interés. La mejor solución a estp respecto es ha-

cerlas funcionar a plena o media carga, peno en la mayoria

de los casos l~s compuertas retienen agua de forma permanen-

te y su apertura, para labores de mantenimiento, implica

pérdidas inaceptables de agua regulada y es causa de aveni-

das artificiales aguas abajo. Por consiguiente, es absoluta-

mente indispensable prediseñar un sistema de ataguías o com-

puertas de guarda, que permitan la inspección y mantenimien-

to periódicos de las compuertas y sus piezas fundamentales.

Con objeto de reducir la conservación anti-corrosión se

tiende a re~mplazar los cables de maniobra. especialmente si

están permanentemente sumergidos, por piezas macizas y cade-

nas "galle". De la misma forma la regla general es utilizar

el acero inoxidable para todas las piezas fijas (caminos de

rodadura. placas de apoyo) en contacto continuo con el agua.

Deben efectuarse ensayos de apertura de las compuertas.

aunque sea parcial. de las compuertas siempre que sea posi-

ble y las condiciones hidráulicas aguas abajo lo permitan.

Es preciso inspeccionar y controlar. per.iódicamente. -la se-

guridad de los diferentes elementos y dispositivos (compuer-

tas y mecanismos de explotación. rápida, túneles, trampoli~

nes, fosas y cuencos de amortiguamiento. erosiones aguas

abajo. etc) (ver los Boletines 29 y 49 de ICOLD).

138

Page 147: Aliviaderos MOPU

6.2. Reparaciones

Los daños más frecuentes, que necesitan. urgentes y a me-

nudo muy costosas reparaciones, están causados por los fenó-

menos de cavítacíón, abrasíón y disipación de la energía. En

los capitulas anteriores se han comentado las zonas que es-

tán más expuestas a uno o varios de estos fenómenos, los da-

ños que pueden causar y los procedimientos para atenuar sus

efectos. Sin embargo, con independencia de las precauciones

que se adopten, la probabilidad de que se produzcan daños

nunca es nula, especialmente cuando se deben desaguar gran-

des caudales frecuentemente. La esperanza es que los daños

producidos por una avenida aislada no alcancen nunca dimen-

siones desastrosas y haya tiempo para, movilizando los re-

cursos necesarios, realizar las necesarias reparaciones an-

tes de que llegue la siguiente crecida. Esta actitud implica

la necesidad de tomar, durante la etapa de proyecto, las

disposiciones convenientes.

Por cuanto se refiere a la erosión producida por la cavi-

tación en las rápidas y trampolines, una disposición pruden-

te, en situaciones de riesgo elevado, consiste en dividir el

caudal de desagüe total en varias obras independientes y

proveer al personal de explotación con los medios necesarios

para una rápida reparación. Como regla general, tanto las

rápidas como los aliviaderos deben ser directamente accesi-

bles, cuando no están funcionando, porque su emplazamiento,

bien por encima del nivel de aguas abajo, facilita, sin du-

da, su inspección y eventual reparación.

La abrasión produce problemas similares, cuya solución es

más fácil si son accesibles las zonas involucradas.

Las situaciones más críticas se presentan debido a los

daños que genera la disipación de energía: subpresiones di-

námicas, abrasión y cavitación. Los cuencos amortiguadores

139

Page 148: Aliviaderos MOPU

por resalto hidráulico son especialmente problemáticos pu~s-

to que su emplazamiento -normalmente a cota inferior a la

del río aguas abajo-, dificulta su inspección y reparación.

En esta situación,. y a menos que el río esté completamente

seco, sólamente es posible inspéccionarlos y repararlos si

han sido ,. previ amente. ai slados y agotados.

Sus dimensiones, tanto en anchura como en profundidad,

implican ataguías muy grandes y muy lentas de instalap. De

nuevo surge la necesidad de que el proyectista divida el

caudal en varios cuencos independientes y, en la me~ida de

lo posible, disponga la instalación de pilas sobre las que

se puedan instalar las ataguías y de un puente grúa que las

pueda manejar fácilmente.

En algunos casos, como en la presa de ~1angla (pakistán) ,

se ha extremado la seguridad disipando la energía en dos

etapas, mediante dos cuencas amortiguadores sucesivos; el

primero .se ha instalado a cota inmediatamente superior al

nivel del río aguas abajo. Aunque'está más expuesto a sufrir

daños, debido a la mayor carga hidráulica que soporta, es

también más fácil de inspeccionar y reparar.

La mencionada dificultad para el control y reparación de

los cuencos con resalto es, algunas veces, un factor decisi-

vo a la hora de seleccionar la fosa de amortiguamiento. En

el mejor de los casos el socavón se desarrollará libremente

y alcanzará el perfil natural de equilibrio sin ninguna in-

tervención exterior. La eventual protección se

ralmente en las márgenes, muy por debajo de la

prevista para la fosa. de manera que nunca sea

agotarla.

Sin embargo, si se construye un zampeado para limitar la

erosión. su mucha mayor vulnerabilidad para limitar la ero-

sión obliga a prever procedimientos que faciliten la inspec-

sitúa gene-

profundidadnecesaria

140

Page 149: Aliviaderos MOPU

ción y las oportunas reparaciones; se exceptúan aquellos ca-

sos en los que se pueda asegurar que quedará en seco, o dé-

bilmente sumergido, durante los períodos en que no funciona

el aliviadero. Tales medidas incluyen la compartimentación

longitudinal o la instalación de una contraataguía.

Es conveniente mencionar los trabajos de reparación rea-

lizados en el cuenco de amortiguamiento, de 60 m de profun-

didad, de la presa de Kariba. Esta fosa ha sido ins,pecciona-

da, regularmente, desde 1962, por hombres-rana y se han co-

locado protecciones de hormigón sumergido en el lado de

aguas arriba según un programa preestablecido. Los hombres

rana se ocuparon de las labores de limpieza de la cimenta-

ción, de la instalación de encofrados y de la colocación de

escollera, mientras que los sondeos e inyecciones se reali-

zaron desde plataformas flotantes. La reciente instalación

de la segunda central, sobre la margen izquierda del río

Zanbeze, ha reducido considerablemente el volumen anual ver-

tido, que era de 25.000 hm3 como media hasta 1981, y también

las labores de reparación, ya que la fosa de amortiguamiento

ha permanecido prácticamente inalterada desde entonces.

141

Page 150: Aliviaderos MOPU

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ANEXO 1

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Page 160: Aliviaderos MOPU

LISTA DE PAISES QUE RESPONDIEROli AL CUESTIONARIO

ANEXO 2

SOBREALIVIADEROS

EspañaEstados

Francia

Indonesia

Africa del Sur

Alemania Federal

ArgeliaAustralia

Austria

BélgicaBrasil

Canadá

Unidos

JapónMéxico

,

SuizaTailandia

Venezuela

ZimbabweChecoeslovaquia

China