diseño de aliviaderos

7/25/2019 Diseo de Aliviaderos

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Diseo de Aliviaderos:controlando las crecidas -Segunda parteContinuando con la temtica de diseo de los aliviaderos ycontrol de las crecidas, el ingeniero Ral Lopardo ampli latemtica donde y profundiz acerca de las estructuras deingreso, tipo operacional de aliviadero, estructuras de control,estudios e investigaciones, conduccin y control, vertederosescalonados y disipacin de energa. El mdulo fue

ampliando en la temtica y se lleg a conclusiones donde sedestac el eco de definir soluciones eficientes !ueeconomicen costos y logren las me"ores condiciones defuncionamiento.

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aprovecamiento idrulico


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Esta segunda parte del modulo se comenz con la descripcin de las estructuras

de ingreso, !ue son las !ue permiten el pasa"e del em#alse a la o#ra. $ara los

vertederos, esta denominacin englo#a las crestas vertedoras, rectilneas o

curvilneas %casos de aliviaderos en pozo&. $ara los orificios, la designacin se

restringe a la forma de la entrada. 'u#o una enumeracin de los diferentes tipos

de vertederos. Los mismos son(

Vertederos rectilneos( La forma de estas crestas resulta esencialmente de la

forma de la superficie inferior de la lmina vertiente so#re un vertedero de pared

delgada, lo !ue a dado origen al perfil tipo Creager y so#re todo a los perfiles

normales tipo )E* %)ater+ays Eperimental *tation&. Las formas de cresta, la

presencia de pilares separadores para el accionamiento de compuertas de

regulacin y las condiciones geom-tricas etremas determinan( a& la capacidad dedescarga, #& el perfil de la superficie li#re, c& las presiones y sus gradientes, d& las

eventuales posi#ilidades de separacin del flu"o y e& la eventual posi#ilidad de

cavitacin.

Vertederos de planta circular y Vertederos en pozo ( Los vertederos de planta

circular son principalmente utilizados en los aliviaderos en pozo %tipo tulipa o

morning glory&. En ese caso la alimentacin es radial, puesto !ue no ay

interferencia de fronteras vecinas.Vertederos de planta poligonal:En este tipo de aliviaderos, el vertedero

presenta, en cuanto a su planta, una cresta !ue se desarrolla siguiendo una lnea

partida, respetando en general mdulos o ciclos de forma poligonal. /e esa

manera, esta estructura ofrece la venta"a de permitir, para una carga de

funcionamiento dada y para una misma longitud de canal, la descarga de mayores

gastos !ue los otros tipos de vertederos.

Ingresos a presin. Evacuadores por orificio: En la concepcin de los

evacuadores de orificio, principalmente de a!uellos !ue dan origen a corros de

grandes dimensiones, se de#er prestar especial atencin al r-gimen idrolgico

del ro y a la precisin con la !ue ese r-gimen es conocido.


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Con respecto a la seleccindeltipo operacional de aliviadero se distingui

mediantelaclasificacin de los aliviaderos con respecto a su capacidad de

servicio. 0s, teniendo en cuenta su a#ilidad de servicio, los aliviaderos pueden

ser divididos en tres grandes clases( Aliviadero de servicio %tienen canales

revestidos y, en caso de ser necesario, apropiadas plateas de

amortiguacin&1 Aliviadero de servicio limitado%utilizado infrecuentemente para

operacin del em#alse, sin producir daos significativos a la estructura del

aliviadero& y Aliviaderos de emergencia%cuya utilizacin es evitada tanto como

sea posi#le, a efectos de no tener daos sustantivos en la estructura del aliviadero

o en reas de aguas a#a"o.& Las venta"as y desventa"as de aliviaderos de

servicio, de servicio limitado y de emergencia de#en ser consideradas en la

planificacin y el diseo de un aprovecamiento idrulico.

2umerosos son los factores !ue tienen influencia so#re la seleccin del tipo de

aliviaderopara un dado proyecto. Es necesario el estudio coordinado de esos

factores para asegurar !ue sea elegido el tipo ms apropiado de aliviadero. Los

factores pueden ser( caractersticas de tormentas de la cuenca, %capacidad de

almacenamiento del em#alse y funciones del mismo&1 de acuerdo al tiempo de

concentracin de las crecidas1 segn los efectos so#re el valle fluvial aguas a#a"o1

de acuerdo al tipo de presa1 segn consideraciones de mantenimiento o

simplemente por costos comparativos.

Las caractersticas operacionales de los aliviaderos seleccionados para control

de crecidas y em#alses de propsito mltiple tienen una influencia importante en

la planificacin de la regulacin del em#alse y pueden afectar significativamente la

efectividad del control de crecidas del proyecto durante las mimas crecidas. Los

tipos de vertedero se definen a#itualmente slo en dos clases glo#ales(

operativos y sin compuertas, pues esta distincin es suficiente para analizar las

principales diferencias operativas desde los puntos de vista idrolgico e

idrulico.

Aspectos de estudio e investigacin

El desempeo de aliviaderos es evalua#le a partir de tres factores principales( la

capacidad de descarga compati#le con las caractersticas idrolgicas de la

cuenca, el comportamiento satisfactorio de los rganos de control del gasto de


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alivio, y la ineistencia de daos provocados por su operacin a la propia

estructura de descarga y a los dems componentes de la o#ra.

/entro de los problemas tpicos que se plantean en los aliviaderosen el

campo estrictamente idrulico, los ms estn vinculados con la accin de la

corriente aguas a#a"o del vertedero. /entro de ellos merecen ser citados los

efectos erosivos so#re el leco, de#idos al eceso de energa cin-tica del flu"o !ue

egresa, la a#rasin por el pasa"e de material slido natural y de carcter antrpico

so#re las estructuras de tneles de descarga, rpidas, saltos y cuencos

amortiguadores, la erosin de esas estructuras por efectos de la cavitacin en

flu"os de alta velocidad y3o de elevada macrotur#ulencia, la vi#racin en vlvulas y

compuertas componentes de los aliviaderos a presin y de superficie y el

arrancamiento de losas y destruccin de muros por presiones fluctuantes.

Estructura de control. *e denominan rganos de ingreso a las estructuras

!ue permiten el pasa"e del em#alse a la o#ra. $ara los vertederos, esta

denominacin englo#a las crestas vertedoras, rectilneas o curvilneas %casos de

aliviaderos en pozo&. La verificacin de la capacidad de descarga del

vertederoen modelo fsico es indispensa#le, tomando en consideracin !ue los

clculos tericos difcilmente se reproducen eactamente, por las condiciones del

flu"o de aproimacin, la presencia de pilares separadores y, fundamentalmente,los efectos de estri#os. Los grandes aliviaderos en presas so#re grandes ros de

llanura se verifican y optimizan estudian en modelos fsicos con similitud de

4roude, en escalas de longitudes importantes %del orden de 5(566&, pues las

dimensiones en superficie de los modelos y los caudales re!ueridos a#itualmente

superan las posi#ilidades de los la#oratorios. El caso ms representativo a sido

el modelo en escala 5(566 de la presa de Corpus en 7tacu, so#re el ro $aran,

con casi 86 m de longitud y 9: m de anco, !ue ocupara prcticamente la mitad

de la nave principal del 720, re!uiriendo un e!uipo de #om#eo para 5 m ;3s. El

modelo permiti o#tener informacin importante so#re los encuentros entre

vertedero y central, las afectaciones del vertedero so#re las condiciones de

navegacin acia y desde la esclusa de navegacin %utilizando em#arcaciones en

escala radiocontroladas& y as optimizar las dimensiones de las estructuras

componentes, inclusive la posicin de la escala de peces.


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*in per"uicio de ello, del mismo modo !ue ocurriera para el aliviadero de *alto

razo $rincipal y >razo 0a

Cu& so#re el $aran y el proyecto inicial de


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/e la eperiencia de esos modelos, es interesante remarcar !ue cada o#ra es

nica y difcilmente eistan recetas generales aplica#les a esos encuentros entre

o#ras de generacin y de evacuacin. 0s es !ue mientras en el caso del >razo

$rincipal de =acyret y el proyecto de Corpus en 7tacu los estri#os del vertedero

del >razo $rincipal se etendieron en largos muros de aproimacin para gua de

las corrientes, en el caso de *alto


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presentado, en la etensa eperiencia del La#oratorio de 'idrulica del 720, dos

temas fundamentales. $or un lado, se presentan casos donde su anco de#e ser

restringido por el anco del ro en la descarga o se presenta la posi#ilidad de

re!uerir una curva para el flu"o, y por otra parte, situaciones en las !ue el flu"o

puede alcanzar valores de presiones mnimas crticas de cavitacin. En el primer

caso, los modelos fsicos ensayados %primera versin del aliviadero de El

Ciuido, presa de *aladillo, presa de


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/entro de los pro#lemas tpicos !ue se plantean en los aliviaderos en el campo

estrictamente idrulico, los ms estn vinculados con la accin de la corriente

aguas a#a"o del vertedero. En particular, merecen ser citados los efectos erosivos

so#re el leco, de#idos al eceso de energa cin-tica del flu"o !ue egresa, la

a#rasin por el pasa"e de material slido natural y de carcter antrpico so#re las

estructuras de tneles de descarga, rpidas, saltos y cuencos amortiguadores, la

erosin de esas estructuras por efectos de la cavitacin en flu"os de elevada

macrotur#ulencia, la vi#racin en vlvulas y compuertas componentes de los

aliviaderos a presin y de superficie y el arrancamiento de losas y destruccin de

muros por esfuerzos fluctuantes. En tal sentido, ca#e sealar como los cuatro

grandes pro#lemas de las presiones y velocidades fluctuantes en los disipadores

de energa de los aliviaderos a la erosin, la a#rasin, la cavitacin y la vi#racin.

Es interesante destacar !ue cada uno de esos temas, de relevante importancia en

la ingeniera idrulica, presenta diferentes aristas de inter-s segn se trate de

aliviaderos de o#ras de llanura o de gran altura, y tam#i-n segn se trate de

grandes aprovecamientos o pe!ueas o#ras regionales, donde en este ltimo

caso es usual !ue no se cuente con suficiente presupuesto ni adecuado

mantenimiento.En los aliviaderos de presas altas, !ue tienen en general una

escasa pro#a#ilidad de operacin, la o#ra se dispone con una estructura de

control convencional, una rpida y una devolucin al ro en forma de salto de

es!u.

La presencia de depresiones instantneas provocadas por pulsos de #a"a

frecuencia puede incrementar severamente los riesgos de cavitacin en

estructuras inmersas en resaltos idrulicos, an siendo los valores medios

temporales de presin #ien superiores a la tensin del vapor del l!uido, e incluso

superando a veces la presin atmosf-rica %Lopardo, /e Lo y Bernet, 58D&.

En los modelos froudianos la evaluacin de la tendencia a cavitacin por pulsos de

presin puede efectuarse a trav-s del anlisis de las presiones mnimas

instantneas !ue se registran con distinto grado de pro#a#ilidad de ocurrencia en

el tiempo. Esos valores se o#tienen al adicionar a las presiones medias

temporales los parmetros estadsticos resultantes del anlisis de presiones


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fluctuantes, en especial del istograma de amplitudes. En estos modelos

o#viamente la cavitacin realmente no se produce.

*in per"uicio de las limitaciones epuestas, es necesario destacar las nota#les

concordancias entre prototipo y modelo logradas mediante modelacin fsica con

similitud de 4roude en cuanto a definir las zonas de pro#a#le cavitacin por pulsos

de presin. Los dientes de cada %cute #locs& del disipador de energa de *alto


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Vertederos escalonados

El surgimiento de nuevos materiales y t-cnicas constructivas en el ltimo cuarto

del siglo HH an permitido el resurgimiento de los vertederos escalonados, !ue

constituyen en realidad una condicin muy antigua de diseo de aliviaderos. La

principal funcin del vertedero escalonado es provocar una p-rdida de energa en

el recorrido del talud de contraem#alse, de manera !ue la energa remanente en la

descarga disminuya a valores tales !ue aseguren un adecuado comportamientodel leco contra la erosin local, #a"ando sensi#lemente los costos siempre

elevados de los cuencos amortiguadores.


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Estos aliviaderos son usualmente construidos en ormign compactado a rodillo

%RCC& y presentan por una parte una me"or adapta#ilidad al am#iente y al paisa"e

de vastas zonas de la 0rgentina y por otra parte, a pesar de la gran incorporacin

de aire a lo largo del recorrido por el vertedero escalonado, se a detectado !ue al

disminuirse sensi#lemente la longitud del cuenco amortiguador a resalto %principal

incorporador de aire aguas a#a"o de la o#ra& disminuyen los riesgos de mortandad

de peces por eceso de gases totales disueltos %casos de las presas en el ro

*nae de Estados ?nidos y la presa de =acyret entre 0rgentina y $araguay&.

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