CAIDAS, DEFLECTORES, SALTOS DE ESQUÍ, POZOS DE DISIPACION, SOCAVACION
LAURA VERÓNICA ÁLVAREZ RUEDA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE MINAS MEDELLÍN 2007
CAIDAS, DEFLECTORES, SALTOS DE ESQUÍ, POZOS DE DISIPACION, SOCAVACION CAIDAS Vertedre! de "#$d# %$&re Están asociados a presas de arco o de contrafuertes donde el espesor del concreto y la geometría general no sean favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior; si la roca de cimentación es resistente a la erosión, el agua se puede dejar caer libremente sin protección; pero en caso contrario se debe prever alguna estructura para disipar energía cinética del agua y amortiguar el impacto
Verteder! "' "#$d# e' r#($d# Se localian en una sección reducida de la presa de tipo gravedad, sobre la cual se permite el paso del flujo del agua! "a cresta se forma para ajustarse a la vena liquida en las condiciones de descarga má#ima! Si la roca de cimentación es compacta y de buena calidad, la parte inferior de la descarga se puede dise$ar como un deflector o un salto de esquí; si la cimentación es erosionable se requerirá de la construcción de un tanque disipador de energía!
Vertedre! "' t$r )ert$"#% %ienen una entrada de embudo que conecta a un t&nel en cuyo e#tremo inferior puede e#istir un deflector o una estructura disipadora de energía! Esta forma de vertederos se adapta a presas de embalses muy enca$onados, gastos relativamente peque$os y en el que el agua que fluya a través de ellos este libre de objetos que pueda obstruirlos!
Verteder "' "#'#% %#ter#% Estos vertederos tienen la particularidad de que el eje del canal de descarga es paralelo o casi paralelo al eje de la sección vertedora, la cual a su ve es paralela o casi paralela al eje de la corriente! "os elementos que lo conforman se pueden mencionar como sigue' acceso, sección de control, canal colector, canal de descarga y deflector o estructura disipadora de energía! (eneralmente están asociados a presas de tierra o tierra y enrocado construidas en ríos enca$onados y con grandes avenidas, o donde se requieren grandes longitudes de cresta!
TRAMPOLINES* +SALTOS DE ESQUI )uando la descarga de los vertederos puede hacerse directamente al río sin necesidad de construir una estructura de disipación o amortiguar la energía, con frecuencia el chorro se proyecta lejos de la estructura por medio de un deflector terminal, trampolín o salto de esquí! El agua en estas estructuras sale como un chorro libre y cae en el cauce a alguna distancia del e#tremo del vertedor! "a trayectoria del chorro depende de la energía del flujo en el e#tremo y del ángulo con el que el chorro sale del trampolín! "a trayectoria del chorro se obtiene por medio de la ecuación'
y
=
x tan θ −
x * K [ +( d + hv ) cos * θ ]
En la que' θ el ángulo de la salida con la horiontal, y - un factor, igual a . para el chorro teórico! /ebe suponerse un valor de - de apro#imadamente 0!1 para compensar la pérdida de energia debida a la resistencia del aire! Se recomienda que el radio de curvatura no debe ser menor que cinco veces el tirante del agua!
ESTANQUES PARA RESALTO -IDRAULICO* )uando la energía del flujo debe disiparse antes de la descarga al cauce del río aguas abajo, los estanques para la formación de un resalto hidráulico son un medio efectivo para reducir la velocidad de salida! Estos estanques se conocen como tipo 2, tipo 22, tipo 222! )ada uno de ellos es para un tipo diferente de resalto hidráulico, de acuerdo a las condiciones del flujo! )uando se tiene que construir un dispositivo amortiguador para disipar energía en corrientes que tienen n&meros de 3roude comprendidos entre *!4 y +!4 el estanque tipo 2, es efectivo para disipar la mayor parte de la energía de la corriente! El estanque tipo 22 se puede adoptar para flujos de agua con n&mero de 3roude mayores a +!4 y cuando las velocidades de llegada no e#ceden de 40 pies5seg! En este estanque se utilian bloques, bloques amortiguadores, y un umbral terminal para acortar la longitud del resalto y para disipar la elevada velocidad de circulación dentro del estanque!
)uando las velocidades de llegada pasan de 40 pies5seg, o cuando no se emplean bloques amortiguadores, se puede adoptar el estanque designado como tipo 222! /ebido a que la disipación se debe principalmente al efecto del resalto hidráulico, la longitud de estanque será mayor que la indicada para el estanque tipo 22!
DISIPADORES DE TRAMPOLIN SUMER.IDO +DEFLECTORES* )uando el tirante del agua de descarga es demasiado grande para la formación del resalto hidráulico, la disipación de la elevada energía de la corriente e puede efectuar con el uso de un deflector de trampolín sumergido! El funcionamiento hidráulico de este tipo de disipador se manifiesta principalmente por la formación de dos remolinos; uno en la superficie moviéndose en el sentido contrario al de las manecillas del reloj, situado dentro de la región que queda al lado del trampolín curvo, y el otro es un remolino sobre el piso que se mueve en el sentido de las manecillas del reloj, y que está situado aguas abajo del trampolín! "os movimientos de los remolinos, en combinación con la mecla del agua de llegada, disipan efectivamente la elevada energia del agua y evitan la erosión e#cesiva aguas abajo del deflector! E#isten dos tipos de deflectores de trampolín sumergido' trampolín liso y trampolín estriado! El funcionamiento hidráulico de los dos trampolines tiene las mismas características, pero los detalles distintivos difieren en las limitaciones que tienen cada uno de ellos! "a corriente de alta velocidad que sale del borde del e#tremo del deflector liso se dirige hacia arriba, lo que produce una gran turbulencia en la superficie de agua y un violento remolino en el fondo, el cual absorbe continuamente material suelto hacia atrás al borde del trampolín y mantiene algo del material en estado de agitación continua! En el trampolín estriado, el chorro de alta velocidad sale del borde con un ángulo menor, y solamente parte del chorro de alta velocidad va a dar a la superficie! En esta forma, se produce una turbulencia menor en la superficie y e#iste un dispersión mejor de la corriente en la región situada aguas arriba del remolino de fondo, lo que produce una menor concentración de corrientes con mucha energía a través del trampolín y un flujo más uniforme aguas abajo! El uso de los trampolines disipadores lisos puede ser perjudicial debido al desgaste en las superficies de concreto causado por el material que regresa a lo largo del borde del deflector debido al remolino de fondo!
ESTANQUES AMORTI.UADORES DEL TIPO DE IMPACTO En este disipador el chorro choca contra una placa de concreto armado, perdiendo así parte de su energía! 6 continuación, el flujo debe pasar por debajo de la placa y después subir sobre el muro final del disipador! Estos cambios de dirección del flujo producen una gran turbulencia que origina la disipación de la energía en forma eficiente! Este tipo de estructura está limitado a flujos con velocidades menores de 1 m5s y caudales que no e#cedan los ..m75s! 8ara descargas mayores pueden utiliarse varios disipadores en paralelo!
ESTANQUES DE INMERSION / SOCAVACION )uando una lámina vertiente cae libremente y verticalmente en un estanque en el lecho de un río, hace un hoyo hasta una profundidad que está en relación con la altura de la caída, con la profundidad del agua de la descarga y con la concentración del escurrimiento! "a profundidad a la que socava depende, inicialmente, de la erosibilidad del material que lleve la corriente o del tama$o o granulometría que compone el cauce, o del material del que este revestido el estanque! Sin embargo, los revestimientos o protecciones del estanque se irán reduciendo progresivamente por el desgaste producido por los materiales que los golpean, hasta llegar a un tama$o en que serán deslavados, y la profundidad final de socavación se estabiliará para todas las aplicaciones prácticas, en una profundidad límite, cualquiera que sea el tama$o del material! 9na fórmula apro#imada, empírica desarrollada por :eronese apoyada en datos e#perimentales, para determinar la profundidad límite de socavación'
d s
=
.!7* H T
0!**4
q 0!4+
ds' profundidad má#ima de socavación abajo del nivel del agua de la descarga, en pies! %' carga entre los niveles del agua en el vaso y el de la descarga en pies! <' descarga en pies c&bicos por segundo por pie de anchura!
BIBLIO.RAFIA 6"/6=6 : >aime ?, @62(?S6 A >aime 6, Estudio de socavación en poos de impacto, %/(! 9niversidad =acional de )olombia! Sede Bedellín! 3acultad de Binas! C.1D1! /ise$o de peque$as presas, Estados 9nidos /epartment of the 2nterior, Editorial )ontinental S96@EF :2""6@ "!B, 2ngeniería de 8resas, ?bras de toma, descarga y desviación
