Aliviaderos, Desagües y Cuencos de amortigüación MUC - 2014.pdf

UNIVERSIDAD ALFONSO X EL SABIO MUC DISEÑO, EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO DE OBRAS HIDRÁULICAS

ALIVIADEROS, DESAGÜES y CUENCOS DE AMORTIGUACIÓN

ÍNDICE

Parte 1ª: ALIVIADEROS 1.1. Conceptos generales - Función; Capacidad, dimensionamiento; Constitución; y Tipología - Figuras y esquemas 1.2. Tomas en un aliviadero 1.3. Conducciones en un aliviadero 1.4. Reintegro al cauce 1.5. Niveles de agua característicos en la explotación de un embalse 1.6. Vertederos: Diseño y ecuación. 1.7. Dimensionamiento aliviadero con compuertas

Parte 2ª. DESAGÜES PROFUNDOS 2.1. Conceptos generales - Función; Capacidad, dimensionamiento; Constitución; y Tipología - Figuras y esquemas

Parte 3ª. CUENCO DE AMORTIGÜACIÓN 3.1. Cuenco Amortiguador. Aspectos generales de diseño

Parte 4ª. NORMATIVA ESPAÑOLA APLICABLE A ALIVIADEROS Y DESAGÜES DE PRESAS. - La Instrucción de Grandes Presas. - El Reglamento de Seguridad de Presas y Embalses.

Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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ÍNDICE

Parte 1ª: ALIVIADEROS 1.1. Conceptos generales - Función; Capacidad, dimensionamiento; Constitución; y Tipología - Figuras y esquemas 1.2. Tomas en un aliviadero 1.3. Conducciones en un aliviadero 1.4. Reintegro al cauce 1.5. Niveles de agua característicos en la explotación de un embalse 1.6. Vertederos: Diseño y ecuación. 1.7. Dimensionamiento aliviadero con compuertas

Parte 2ª. DESAGÜES PROFUNDOS 2.1. Conceptos generales - Función; Capacidad, dimensionamiento; Constitución; y Tipología - Figuras y esquemas

Parte 3ª. CUENCO DE AMORTIGÜACIÓN 3.1. Cuenco Amortiguador. Aspectos generales de diseño

Parte 4ª. NORMATIVA ESPAÑOLA APLICABLE A ALIVIADEROS Y DESAGÜES DE PRESAS. - La Instrucción de Grandes Presas. - El Reglamento de Seguridad de Presas y Embalses.


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Parte 1ª : ALIVIADEROS 1.1. Conceptos generales Una presa retiene el agua para crear un embalse y utilizarla para una función (abastecimiento, regadío, generación energía etc.). Para ello requiere unos órganos de desagüe voluntarios, llamados tomas de explotación , que pueden ser de distintos tipos y posiciones. Las tomas de explotación están íntimamente relacionadas con el objetivo del embalse, y éste no tendría utilidad alguna sin ellas. Pero además, la presa tiene la necesidad de evacuar el agua sobrante de las avenidas, pues por grande que sea un embalse no hay garantía de que no se presente una crecida excepcional que rebase su capacidad de retención. Este problema será mayor cuanto menor sea el volumen del embalse respecto a las aportaciones de la cuenca. La evacuación de estos caudales excedentes presenta, además, una característica: como los sobrantes no se presentan repartidos en un período largo, sino concentrados en avenidas de duración relativamente cortas, con caudales muy grandes, la evacuación de éstos plantea problemas serios, no sólo por la magnitud del caudal, sino porque la elevación de nivel producida por la presa en el cauce crea una energía suplementaria que ha de amortiguarse de alguna forma: o naturalmente, con las erosiones consiguientes, o artificialmente, gracias a dispositivos especialmente diseñados diseñados para tal fin, como son los cuencos de amortiguación. Los órganos destinados a la evacuación de caudales excedentes o sobrantes se llaman aliviaderos, y pueden ser de varios tipos, según su situación: Aliviaderos de superficie, Aliviaderos o desagües de medio medio fondo (intermedios), y Desagües de fondo (profundos).

Función del aliviadero → Desagüe aportaciones excedentes

(superada capacidad embalse en situaciones puntuales—ave puntuales—avenidas--) nidas--) → Evitar vertido por coronación

- en presas de hormigón los daños afectarían a elementos funcionales - en presas materiales sueltos los daños conllevarían la rotura → Consecuencia: Los aliviaderos de una presa tienen una notable influencia en su seguridad


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Capacidad / dimensionamiento → en caso labio fijo: debe tenerse en cuenta la seguridad (inundación) aguas arriba y abajo de la

presa, para el caso de producirse la avenida de proyecto y extrema -

Hay que fijar el Qmax de salida (por labio y desagües profundos), teniendo en cuenta la avenida de proyecto ya laminada.

-

Hay que fijar el nivel máximo en el embalse teniendo en cuenta la avenida extrema (N.A.E.)

Constitución de un aliviadero → Tomas (desvío del agua del embalse): superficiales –régimen libre-/ sumergidas-a presión Conducción

→

(transporte del agua para su reintegro al río): en reg libre / a presión

→ Reintegro al cauce (envío agua al río en condiciones óptimas): cuenco amortiguador /

trampolín

Tipología aliviaderos  s/

régimen hidráulico de funcionamiento en la conducción: régimen libre / a presión

- en régimen libre: vertido longitudinal / vertido lateral - a presión: en túnel lateral / con pozo vertical (morning glory)  s/

control caudales en la toma: labio fijo / compuertas 

ventajas labio fijo (respecto a compuertas)

- Automatismo de funcionamiento: no falla / seguridad funcionamiento (No reclamaciones ante daños por vertidos aguas ↓) - Sencillez mantenimiento: no requiere personal especializado 

ventajas compuertas (respecto a labio fijo)

- Mayor capacidad útil embalse para regulación (mayor NMN)  Por

la interrelación con la presa: Aparte e integrado en el cuerpo de presa - Normalmente, se construye fuera del cuerpo de presa, cuando no se disponga de escotadura suficiente en la presa, y también en presas de materiales sueltos.

 Por

la forma del reintegro al cauce: mediante resalto hidráulico o trampolín


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1.2. Tomas en un aliviadero Constan de tres partes: embocadura, canal de aproximación y sección de control (paso de régimen lento a rápido). Pueden ser de distintas formas: recta, arqueada, quebrada, circular (cáliz o morning glory), semicircular o con forma de sector. Existen dos tipos de tomas: * De labio fijo, No desagua hasta que el agua supera el nivel del umbral * Con compuertas, Se mueven a voluntad y se puede controlar caudal y nivel

Aliviadero con compuertas, reintegro en lámina pegada con Cuenco amortiguador

Aliviadero labio fijo, reintegro en lámina despegada

Aliviadero circular (Morning Glory)


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1.3. Conducciones en un aliviadero Existen dos tipos: En lámina libre y En presión 

Características en Lámina libre : * Más flexibilidad de caudales que “en presión” * Construcción en canal o en túnel * Protección de las soleras: revestir con hormigón armado, anclajes a la roca * Juntas: evitar escalones inversos y airear en zonas de succión * Curvas: adaptar solera y cajeros con peralte * Transiciones suaves * Resguardo: por la indeterminación del coeficiente de rugosidad, por las olas y por las emulsiones



Características en presión * Cámara de transición de régimen libre a presión: dar amplitud para evitar depresiones * Codos (evitar de depresiones fuertes) * Boquilla de salida * Mayores niveles de embalse necesarios * Rigidez de caudales, suelen funcionar mal con caudal variable


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1.4. Reintegro al Cauce Existen dos tipos: Trampolines y Resalto + cuenco amortiguador 

Características TRAMPOLINES * Controlar dirección y concentración del chorro (erosión): - Enfilar con cauce aguas abajo - Estrellar contra ladera resistente * Dientes y rebajes * Obra maciza y compacta * Ventilación en las zonas de succión  evitar cavitaciones * Efectos cinéticos: vibraciones * Ensayos en modelos reducidos



RESALTO + CUENCO AMORTIGUADOR * No hay conservación de la energía * Determinar la longitud para que se produzca el resalto en el cuenco (ver resultados experimentales). * Dientes y otros dispositivos que ayudan a la amortiguación de energía * Número de Froude entre 4.5 y 9

Dos opciones: a) necesidad excavación, b) necesidad contrapresa Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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Labio fijo, conducción en lámina libre y reintegro con trampolín

Labio fijo, conducción en presión y reintegro con trampolín


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1.5. Niveles agua en régimen explotación presas

NAP

NAP NMN

s

NMN

h ZL

hc

ZL : cota labio del aliviadero S : sobreelevación (diferencia cota del agua en embalse y cota del NMN en avenidas) hc : altura de compuerta cota del NMN = Z L (aliv labio fijo) / ZC+hc (aliv con compuertas) cota del NAP = Z L + calado vertiente desagüando con avenida de proyecto (h)

1.6. VERTEDEROS: Diseño y Ecuación Ecuación

Q = Cd Lu h

3/2

h

Cd = Coeficiente de vertido (2,1 en perfiles hidrodinámicos / 1,86 perfiles pared delgada) Existen distintos perfiles hidrodinámicos; Vertedero UBSR (2,18 máximo), Perfil Jukovsky (2,15), Craeger (2,09 máximo).

Lu = Longitud útil de vertido (descontando ancho de pilas y efecto canto en estribos y pilas) n , nº de pilas Lu= L – 2(n K p + K e) h

K p; coef contracción pilas, K e; coef contracción estribos ( los

valores dependen de la forma mas o menos redondeada del perfil de pila y estribo, )

h = calado vertiente (en m) ; Q = caudal vertido (m3/seg) Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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Geometría del vertedero 

Características a cumplir

Sección Control : Paso régimen lento a rápido (sección crítica próxima a labio vertedero) Perfil adaptado a lámina inferior agua (↑ capacidad), ( ↓ presiones s/ paramento).

Nota: Es preferible un diseño que propicie presiones positivas sobre la pared del vertedero que otro que ajuste la lámina de agua sin presiones (a presión atmosférica), circunstancia que genera mayor capacidad de desagüe pero ofrece regímenes inestables y pudieran aparecer depresiones que producen cavitación lo que conlleva peligro de erosión de la pared. Los perfiles llamados hidrodinámicos se ajustan a estas características. En España se utiliza frecuentemente el perfil CRAEGER --cálculo perfil Craeger en el vertedero de una presa 1º) Se facilitan coordenadas para un calado vertiente de 1 m 2º) Se fija el calado vertiente de diseño ho 3º) Se multiplican las coordenadas dadas por ho 4º) Se determinan los puntos de tangencia A (del perfil aliviadero con tangente horizontal) y B, (del perfil aliviadero con talud paramento aguas abajo)

ho

A B


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1.7. ALIVIADEROS CON COMPUERTAS: DISEÑO Y Nº DE COMPUERTAS capacidad de desagüe (compuertas TAINTOR) α

--bajo compuerta

Q = K D Lu

2 gh

D

K = coef de desagüe, depende ángulo apertura de compuerta ( α) y del tipo de compuerta. Ver valores en tabla adjunta D = apertura de compuerta (en m) H = calado compuerta en su nivel estático

Desagüe bajo compuerta. Coeficientes de desagüe en función del ángulo de apertura de compuerta

-- sobre compuerta

igual al vertedero normal de perfil pared delgada-(Cd = 1,86)

Q = Cd Lu h3/2


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condiciones a imponer a las compuertas 1ª) nº de compuertas 2 2ª) geometría bc 2h 3ª) capacidad de desagüe

por peligro acodalamientos / deformaciones tres condiciones

1ª) capacidad de desagüe en situación extraordinaria

El conjunto de los órganos de desagüe debe desagüar el caudal originado por la avenida de proyecto, Q NAP, con todas las compuertas abiertas, y teniendo en cuenta el efecto laminador del embalse. * Q NAP = caudal punta

de avenida de proyecto, ya laminado NAP Q DP = caudal desagüado por desagües profundos con embalse a cota NAP = caudal desagüado con todas (n) las compuertas abiertas Q NAP nc * NAP Q NAP ≤ Q DP + Q NAP nc

* NAP - Q NAP ≤ Q DP + n C d bc ( s + hc ) 3 / 2 (1)

2º) capacidad de desagüe en situación accidental

El conjunto de los órganos de desagüe debe desagüar el caudal originado por la avenida de 100 años, Q 100, con una compuerta averiada (cerrada) y el resto abiertas, con el embalse situado en nivel NAP, y teniendo en cuenta el efecto laminador del embalse. * Q100 = caudal punta de avenida de 100 años, ya laminado NAP = caudal desaguado por desagües profundos con embalse a cota NAP Q DP

* NAP NAP Q100 ≤ Q DP + Q NAP ( n −1) c + Q C



*

NAP Q100 ≤ Q DP + ( n − 1) C d bc ( s + hc )

3/ 2

1

+ C d bc s

3/ 2

(2)

3º) capacidad de desagüe en situación normal

El conjunto de los órganos de desagüe no podrá desaguar, con el embalse a cota NMN, un caudal superior al caudal punta de avenida de 50 años, sin tener en cuenta el efecto laminador del embalse. NMN + Q NMN Q50 ≥ Q DP nc



NMN + n C d bc hc Q50 ≥ Q DP


3/ 2

(3)

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Parte 2ª. DESAGÜES PROFUNDOS 2.1 CONCEPTOS GENERALES DE DISEÑO CONCEPTO Dintel más bajo que umbral de aliviaderos de superficie POSICIÓN y NUMERO Intermedios / De fondo Al menos, deben disponerse DOS conductos paralelos (salvo en presas categoría C) (s/ R.S.P.E.) FUNCIONES Control del nivel del embalse Vaciado del embalse Limpieza de sedimentos Control del río en fase de construcción Colaboración en control de avenidas CAPACIDAD (s/ R.S.P.E.) La capacidad debe estar ligada a las funciones que cumple, y su cálculo se deja a criterio del proyectista. Pe/ Que permita controlar el nivel de agua en el embalse (sobre todo en los 1º llenados), de tal forma que sea posible rebajar el nivel del embalse en un 10% en un tiempo razonable (1 semana) cuando entra el Q medio del río. PARTES - Embocadura - Elementos de protección - Conducción a presión - Elementos de cierre y auxiliares (válvulas, bypass) - Reintegro EMBOCADURA

Rejas de protección: Problemas vibraciones (por cavitación) Ataguía para revisión excepcional de la válvula de seguridad. ELEMENTOS DE CIERRE (Válvulas)

Aguas abajo: Control Aguas arriba: De seguridad

MANIOBRA de apertura y cierre de los elementos de cierre Abrir: ByPass  válv seguridad  válv control Cerrar: Válv control  válv seguridad  ByPass PRECAUCIONES EN FUNCIONAMIENTO Gran presión: Esfuerzos en válvulas Si hay sedimentos, fluido denso: erosión en conductos  PROTEGER; Blindaje con chapa de la solera del túnel o canal. Para evitar obstrucción hay que mantenerlos sistemáticamente Altas velocidades (40 m/s). Ventilación y aboquillamiento de la salida. Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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A continuación se observan esquemas del desagüe de fondo de una presa (vista en planta y alzado)


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ESQUEMAS DE DESAGÜES DE FONDO EN UNA PRESA, EN PLANTA Y ALZADO

Presa de la LOTETA


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Presa de TOUS


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VÁLVULAS Y COMPUERTAS EN DESAGÜES DE FONDO (s/ R.S.P.E. se deben disponer DOS, de seguridad y de control) VÁLVULAS-COMPUERTAS VERTICALES (deslizantes, tipo BUREAU). COMPUERTAS DE SEGMENTO (radiales, tipo TAINTOR). VÁLVULA DE AGUJA. VÁLVULA DE MARIPOSA. VÁLVULAS DE CHORRO HUECO (HOWELL-BUNGER, descarga al aire / chorro difuso para evitar erosión).

CONFIGURACIÓN HABITUAL: Aguas arriba (de seguridad): Compuerta vertical o válvula de mariposa (con poca presión) Aguas abajo (de control): Chorro hueco o segmento (tipo TAINTOR)

Compuerta vertical


Válvula de aguja

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Válvula de Chorro Hueco (HOWELL – BUNGER)

Compuerta de segmento, tipo TAINTOR, utilizada en un desagüe de fondo, como control


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Parte 3ª. CUENCOS DE AMORTIGUACIÓN 3.1. CUENCOS DE AMORTIGUACIÓN. ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO 

Función a) Amortiguación / Disipación de la energía producida por el desnivel existente entre labio aliviadero / punto de restitución al cauce b) La Energía Potencial (en labio) se transforma en energía de velocidad (en punto de restitución



Formas de amortiguación de la Energía a) Vertedero

 Trampolín  Cuenco

de Amortiguación / Colchón amortiguador

La disipación se produce en el cuenco en zona diseñada al efecto (a cierta distancia de la presa para no ser afectada su cimentación)

x = V0 t Cos α y = ½ g t2 – V0 t Sen α α

X

Y

Se puede dirigir el chorro hacia la zona en que el impacto cause el menor daño, adoptando distintas formas en el trampolín en la zona del lanzamiento:

Distintas formas de lanzamiento desde un trampolín

b) Vertedero

 Cuenco

de Amortiguación

La disipación se produce,  

parte en el vertedero (por pérdidas por rozamiento) resto en el Cuenco, mediante el RESALTO HIDRÁULICO

H0 = h0

h0

y1

y2

H1 = y1 + (v1 )2/2g = H0 - ∆H12


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

Tipos de resalto que pueden producirse ( en función del nº de Froude F 1 ) a) 1,5 < F1 < 2,5: No existe resalto apreciable. No suele dar problemas b) 2,5 < F1 < 4,5: Resalto inestable. Tiende a transmitirse aguas abajo. Debe evitarse c) 4,5 < F1 < 10: Resalto estable. No da problemas siempre que se dimensione el cuenco correctamente (para que se produzca el resalto en el mismo).



Parámetros de diseño de un Cuenco de Amortiguación

A continuación se facilitan una serie de recomendaciones de diseño de un cuenco amortiguador, que se han extraído de los libros y manuales relacionados en la bibliografía consultada que se expone al final de este documento. Estas recomendaciones se van a referir a los siguientes parámetros, el ancho, la altura de lámina y profundidad del cuenco, su longitud, sección transversal y resguardo. Primeramente, señalar que el cuenco, en todos sus aspectos, ha de adecuarse al cauce del río aguas debajo de forma que la transición del flujo en el cuenco al río sea estable. Por una parte, su ancho debe coincidir sensiblemente con el del río, para evitar excavaciones innecesarias si fuera mayor, o desperdiciar anchura obligando a una mayor altura de lámina en el caso contrario. En cuanto a la altura de la lámina, también ha de tener relación con la que tiene el agua en el río, pues si no, el resalto podría no producirse o lograrse imperfectamente.

En la figura anterior se dibujan dos curvas de calados para los distintos caudales la ( h; Q) que da los calados naturales del río aguas abajo de la presa; y la ( h2; Q) que define las alturas del resalto para los distintos caudales Q. Si para un caudal Q el calado natural del río h fuera menor que el h2 necesario para formar el resalto, no tendrá lugar el resalto a menos que hagamos alguna obra Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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para conseguirlo. Eso ocurriría en el caso de la figura para todos los caudales Q > Qp. Para los caudales Q < Qp el río da naturalmente el calado necesario para producir el resalto. Si el caudal máximo a verter es < Qp, la única obra a hacer al pie de la presa es la solera necesaria para proteger una cierta longitud aguas abajo de ella al objeto de evitar la fuerte erosión que puede provocar la alta velocidad del agua y el impacto del chorro al pie de la presa (en donde hay un fuerte cambio de dirección en el plano vertical). Pero si el caudal máximo previsto Qm > Qp, es preciso crear unas condiciones artificiales en el cauce para completementar su falta de calado. Ello puede conseguirse de tres formas (ver figura del apartado c) profundidad en el Cuenco): 1º) Excavando en el cuenco

∆h de

forma que para el

caudal máximo se tenga un calado h + ∆h ≥ h2; 2º) Poniendo aguas abajo de la presa otra más pequeña (contrapresa) que produzca una lámina vertiente adecuada para el paso del calado h2 al h; 3º) Usando simultáneamente ambos procedimientos. Se adoptará el método que dé la obra más

barata, teniendo en cuenta la seguridad (hay que pensar que una excesiva excavación podría perjudicar la cimentación de la presa). En cuanto a la longitud , será la necesaria para que el resalto se produzca en el Cuenco, luego estará relacionada con la longitud del resalto. Para minorar esta longitud se pueden disponer en el cuenco elementos disipadores de energía, como dientes de amortiguación. Hay que cuidar las dimensiones de los dientes de amortiguación, por el peligro de que fomenten la generación de cavitación en el Cuenco, produciendo erosión en el mismo. Hay que pensar que en un resalto existen variaciones importantes de presión, que pueden ser negativas si en el cuenco se disponen elementos que distorsionan del flujo, como son los dientes. Respecto a la sección transversal , se suele recomendar la utilización de la sección rectangular frente a la trapezoidal, dado que distintas experimentaciones demuestran que el funcionamiento del resalto hidráulico en un cuenco trapezoidal es menos completo y menos estable que el que se produce en un cuenco rectangular .

Y por último, se recomienda dejar un resguardo libre de manera que no sea rebasado por ondas, salpicaduras y rociones, ni por el oleaje producido por la turbulencia del resalto. La rugosidad de la superficie sobre la que corre el agua está relacionada a la energía disipada en el resalto y al calado en el cuenco (h2). Existen distintas formulaciones que relacionan estas variables con el resguardo, remitiéndonos a textos los especializados en el apartado de bibliografía para su consulta.


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Así, podemos resumir los parámetros de diseño de un Cuenco en la forma siguiente:

a) ANCHO Cuenco ( AC)  coincidir con ancho rio  con longitud vertedero b) LONGITUD del Cuenco (LC)  condición que se produzca el resalto en toda su longitud. Según experimentación del Bureau of Reclamation (EEUU):

4,5 y2 < Existen elementos disipadores de energía

LC

<

6 y2 NO existen elementos disipadores de energía

Con más exactitud se puede calcular mediante gráficos experimentales que facilita el Bureau of Reclamation

Valor de la longitud del resalto (Función del número de Froude a la entrada del cuenco de resalto) (siendo yR = y2 , profundidad después del resalto)

Existen otras formulaciones experimentales para el cálculo de la longitud del resalto, recomendándose la lectura de textos especializados para su estudio.


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c) PROFUNDIDAD del Cuenco



Si y2 > yrio  excavar Cuenco (e) hasta que y2= yrio+ e  ejecutar contrapresa, si “e” está condicionada



Si y2 < yrio  procurar aumentar altura cimentación Cuenco para que y2 = yrio

y1

y2

yrio

A continuación se observan distintos esquemas constructivos para el caso que y2 > yrio

Caso que se puede excavar totalmente en el Cuenco para igualar las láminas de agua a la salida del resalto y en el rio

Caso que NO se puede excavar en el Cuenco para igualar las láminas de agua a la salida del resalto y en el rio. Hay que ejecutar contrapresa

Caso que se puede excavar parcialmente en el Cuenco pero no se igualan las láminas de agua a la salida del resalto y en el rio. Hay que ejecutar contrapresa


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Cuencos de diseño generalizado Como se ha visto, el diseño de un cuenco depende de varios factores (nº de Froude, caudal, etc), que exigen la utilización de diferentes tipos de dientes y umbrales, a los efectos de acortar y estabilizar el resalto. El diseño suele realizarse mediante experimentación con modelos reducidos para cada caso concreto. No obstante, algunos organismos han elaborado diseños tipo que pueden servir de guía para aplicación en fase de anteproyecto. A continuación se citan, a modo de ejemplo modelos que han sido sistematizados mediante estudios del Bureau of Reclamation, Department of Interior U.S.A.. Esta agencia ha elaborado distintos tipos de diseño según las características del resalto que se desee contener, resultando cuencos tipo I, II y III, cuyas características se detallan a continuación:

-

Cuenco tipo I :

Ha sido diseñado para atenuar los efectos erosivos de flujos con 2; 5 < F1 < 4; 5. En estos casos no se forma un verdadero resalto hidráulico. Los cuencos amortiguadores para este tipo de régimen son menos adecuados para producir una disipación efectiva, porque el oleaje resultante ordinariamente no se puede controlar con los dispositivos usuales y las ondas generadas por la corriente se trasladan más allá del extremo del cuenco y se deben amortiguar por medios diferentes del cuenco. Así se ha diseñado el siguiente Cuenco que ha demostrado ser relativamente efectivo para disipar la mayor parte de la energía de la corriente. Sin embargo el oleaje propagado por el flujo oscilante no puede amortiguarse completamente. Algunas veces tienen que emplearse amortiguadores auxiliares de las ondas, o supresores para que la circulación aguas abajo sea tranquila. Debido a la tendencia del resalto a cambiar de lugar, y como un medio para suprimir el oleaje, el calado en el cuenco debe ser aproximadamente un 10% mayor que el calado conjugado calculado. Más efectivo es aumentar F1 para no utilizar este tipo de cuenco, eligiendo las dimensiones necesarias para que cambien las condiciones del régimen del flujo de forma que queden fuera de las condiciones de transición”.


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Cuenco B.O.R. tipo I

-

Cuencos tipo II y III:

Se diseñan para cuencos en los que el valor de número de Froude F1 del agua que llega es mayor de 4,5, caso en que se forma un verdadero resalto hidráulico. La instalación de dispositivos

adicionales, como bloques, deflectores y umbrales a lo largo del piso del cuenco producen un efecto estabilizador en el resalto, lo que permite acortar el cuenco y proporciona un factor de seguridad contra el corrimiento del resalto debido a lo inadecuado del agua de descarga. El cuenco que se designa como el tipo II , se puede adoptar cuando las velocidades de llegada no exceden los 15 m/seg. En este cuenco se utilizan bloques, bloques amortiguadores, y un umbral terminal para acortar la longitud del resalto y para disipar la elevada velocidad de circulación dentro del cuenco acortado. Debido a las grandes fuerzas producidas por los impactos a las que

están sujetos los deflectores por el choque de las elevadas velocidades de llegada, y debido a la posibilidad de cavitación a lo largo de las superficies de los bloques y el piso, es por lo que el uso de este cuenco se aconseja limitar a cargas donde las velocidades no excedan los 15 m/seg.

Cuenco B.O.R. tipo II Aliviaderos, desagües y cuencos amortiguación‐MUC

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Cuando las velocidades de llegada pasan de 15 m/seg o cuando no se emplean bloques amortiguadores, se puede adoptar el cuenco designado como del tipo III . En este caso, debido a que la disipación se debe principalmente al efecto del resalto hidráulico, la longitud del cuenco será mayor que la indicada para el cuenco tipo II. Sin embargo todavía serán efectivos los bloques del canal de descarga y el umbral terminal dentado para reducir la longitud que sería necesaria si no se usaran. Se aconseja, para que no se traslade el resalto aguas abajo, que el calado del agua en el cuenco debe ser aproximadamente 5% mayor que el calado conjugado calculado.

Cuenco B.O.R. tipo III


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Colchón de Amortiguación. Caso vertido en lámina despegada Cuidado en la zona del impacto  protección especial y excavación adecuada del cuenco para absorber las tensiones del impacto.


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

Ecuaciones a emplear en el diseño de un Cuenco de Amortiguación

0 h

H

qv

y1

y2

d e

1

(1) Continuidad en 1;

qv = V 1 ⋅ S 1 = V 1 ⋅ y1 ⋅ AC

(2) ecuación vertedero;

qv = 2,1⋅ Lu ⋅ h

(3) ecuación Resalto;

(4) nº FROUDE;

3/ 2

y y2 = 1 F 1=

2 +8 F ( 1 1 −1) 2

V 1 g ⋅ y1

(en canales rectangulares)

(5) Longitud del Cuenco; Según experimentación del Bureau of Reclamation:

4,5 y2 < existen elementos disipadores de energía

LC

<

6 y2 NO existen elementos disipadores de energía

(6) Velocidad en 1  Tomar Bernouilli entre 0 1 V 1 =

2 gH − ∆ H 12 = K 2 gH

siendo K un coeficiente (entre 0 y 1) que considera las pérdidas de carga entre 0 y1. Se expresa normalmente en un % de pérdidas de velocidad en la sección 1.


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Operativa del cálculo, empleando las ecuaciones anteriores 

Normalmente se requiere utilizar un método iterativo, dado que no conoceremos todas las incógnitas.



Se partirá de valores supuestos , o que se podrán despreciar, dado que serán valores muy pequeños respecto otros que intervienen en el cálculo, y no producirá errores apreciables.



Para ajustar el cálculo se pueden realizar iteraciones sucesivas.

Valores que suelen despreciarse, frente a valores mucho más altos, como puede ser la altura de presa h (sobreelevación lámina agua) e (excavación en Cuenco) y1 (calado en sección 1)


Valores a determinar en sucesivas iteraciones y1 : ecuación (6) y1 : ecuación (1) F1 : ecuación (4) y2 : ecuación (3) e : y2 - d

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Parte 4ª. NORMATIVA ESPAÑOLA APLICABLE A ALIVIADEROS Y DESAGÜES DE PRESAS. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

DESAGÜES. (INSTRUCCIÓN DE GRANDES PRESAS) ART. 20 • Caudal desagüe de fondo ha de ser superior al caudal medio del río, para una altura de agua igual a la mitad de la presa. • El caudal del desagüe de fondo, más el caudal de desagües intermedios, más el caudal de las tomas, ha de ser superior a tres veces el caudal medio del río. • Debe haber al menos dos desagües de fondo

DESAGÜES. (REGLAMENTO DE SEGURIDAD EN PRESAS Y EMBALSES) Artículo 14.- Capacidad de los órganos de desagüe. 14.1.- Los órganos de desagüe se dimensionarán en función de las avenidas definidas en el artículo 11 y los niveles y resguardos especificados en los artículos 12 y 13. 14.2.- Se comprobará que el funcionamiento de los órganos de desagüe con condiciones límite para la avenida extrema no compromete la seguridad de la presas. 14.3.- Para determinar la capacidad total de desagüe durante las avenidas se tendrán en cuenta los caudales evacuados por los aliviaderos y desagües profundos, pero no los de las tomas de explotación salvo que se justifique. También, si es el caso, se tendrá en cuanta la capacidad de los aliviaderos de emergencia y la de los diques fusibles. 14.4.- Los desagües profundos de las presas, incluyendo los desagües de fondo, estarán dimensionados para facilitar, conjuntamente con las tomas de agua, el control del nivel de embalse, en particular durante su primer llenado. 14.5.- La luz entre pilares de los aliviaderos deberá ser suficiente para permitir el paso de árboles u otros cuerpos flotantes que puedan llegar al embalse en situaciones de avenida. 14.6.- Los aliviaderos controlados exclusivamente por compuertas deberán disponer, como mínimo, de dos vanos.


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Artículo 15.- Control de los órganos de desagüe. 15.1.- La maniobra de los órganos de desagüe no deberá dar lugar a caudales desaguados que originen daños aguas abajo superiores a los que se podrían producir naturalmente sin la existencia del embalse. 15.2.- En los aliviaderos con compuertas, todos los elementos de éstas deben estar proyectados y mantenidos en condiciones adecuadas para asegurar su correcto funcionamiento en cualquier situación, en particular, en las situaciones de avenida; deben disponer de dispositivos de accionamiento redundantes en número suficiente y estar alimentados por fuentes de energía alternativas y diferentes. El acceso a las mismas se realizará a través de caminos no inundables. 15.3.- Se considerarán diversos escenarios de averías de los órganos de desagüe durante la explotación, analizando sus consecuencias, adoptando las medidas pertinentes para minorar riesgos y daños. 15.4.- En las presas de las categorías A y B, los desagües profundos constarán, al menos, de dos conductos provistos cada uno, como mínimo, de dos elementos de cierre colocados en serie.

Artículo 31.- Operación de los órganos de desagüe. 31.1.- La operación de los órganos de desagüe precisa tener a disposición, en el entorno de la presa, de personal suficiente y capacitado. 31.2.- En las presas con aliviaderos controlados por compuertas deberá garantizarse la maniobra de éstas incluso en situaciones meteorológicas adversas. Los sistemas de accionamiento dispondrán, al menos, de dos fuentes de energía diferenciados, y podrán ser, además, accionadas manualmente. 31.3.- Los accesos, las comunicaciones, suministro de energía y la iluminación de las instalaciones deberán mantenerse en perfecto estado de utilización, garantizándose su funcionamiento conforme a los artículos 22 y 23 de este Reglamento técnico. 31.4.- El titular realizará la operación de los órganos del desagüe de manera que, en el entorno de la presa no se altere la capacidad de evacuación del cauce necesaria para la normal explotación de aquélla.


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Aliviaderos, Desagües y Cuencos de amortigüación MUC - 2014.pdf

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