Aliviaderos de embalse. Bolinaga

ESQUEMA

• Introducción

1. Características generales

1. Funciones
2. Crecida de proyecto
3. Capacidad del aliviadero

1. Tipos de aliviaderos

1. Componentes
2. Clasificación
3. Localización de los aliviaderos
4. Selección del tipo de aliviadero

1. Consideraciones generales de proyecto de aliviaderos

1. Canal de aproximación
2. Estructura de control
3. Estribos y pilas
4. Mecanismos de control en aliviaderos

1. Hidráulica de los aliviaderos

1. Hidráulica de las estructuras de control
2. Hidráulica de las estructuras de conducción
3. Canales de aproximación y descarga

1. Diseño de aliviaderos considerando la aireación

1. Nociones sobre la cavitación
2. Aireación de flujo
3. Tipos de aireadores
4. Sistema de suministro de aire
5. Estimación de la capacidad de arrastre de aire de un chorro libre
6. Funcionamiento del dispositivo de aireación

1. Modelaje de aireadores

1. Procedimiento de diseño de aliviaderos con aireadores

• Conclusión

1. CARACTERÍSTICAS GENERALES

1. Funciones

Los aliviaderos se pueden definir como las obras civiles que tienen como función evacuar los excesos de agua de los embalses, que se refiere a una disponibilidad no regulable, lográndose de forma libre o controlada. Con esto se logran cumplir varias funciones:

• Garantizar la integridad física de la presa y de las obras de embalse conexas, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias)
• Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba
• Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.
• Garantizar que no se causen daños inaceptables aguas abajo disipando la energía para que la devolución al cauce natural no produzca daños, mediante saltos, trampolínes o cuenco

B) Crecida de proyecto

La capacidad que el aliviadero de un embalse debe poseer debe ser igual o mayor que el gasto de diseño, que sería el caudal máximo de salida (pico). Este caudal de diseño dependerá de la crecida de proyecto, que se puede definir como un evento aislado sujeto a una probabilidad de ocurrencia. Esto significa que determinar la crecida del proyecto es seleccionar un riesgo aceptable. A mayor riesgo será más probable que sea insuficiente la capacidad del aliviadero, lo que significa que el agua podrá sobrepasar la presa, ocasionando la destrucción de la misma.

c) Capacidad del Aliviadero

Para determinar el gasto máximo de salida del aliviadero, que sería el gasto de diseño Qd se calcula usando las técnicas de tránsito de crecidas en embalses, en donde conocido el hidrograma de crecidas de proyecto se selecciona su valor máximo como el Caudal de Diseño. El hidrograma se determina con la forma de operación de los volúmenes de control, la curva de gastos del aliviadero y la curva de áreas-capacidades del embalse. Por esto el Qd depende del tipo y forma del aliviadero, de su posición altimétrica en el embalse y de si existe o no capacidad de control y mecanismos de regulación. Así, para cada Qd existirán unas dimensiones y costos, así como cargas H de agua diferente sobre el nivel de alivio y, en consecuencia, una altura diferente de la pera. El Qd final será aquel con menor costo dentro de un marco de factibilidad física y buen funcionamiento hidráulico.

2- TIPOS DE ALIVIADEROS

1. Componentes

Los aliviaderos pueden poseer:

• Canal de aproximación: se crea para que las aguas alcancen la estructura de control del aliviadero, se da generalmente en presas de tierra.
• Estructura de control: su función principal es controlar las aguas, es decir, establecer la forma de la curva de gastos y fijar el nivel de alivio. Generalmente existe con alivio libre o con alivio regulado por compuertas.
• Estructura de conducción: conduce las aguas desde la estructura de control hacia los cauces de río que recibirá las aguas aliviadas. Se puede realizar por canales o conductos cerrados.
• Estructura de disipación: se utilizan para impedir el exceso de energía que se puede generar por la caída del agua, por lo que puede provocar socavaciones que pongan en peligro la obra de embalse o erosionen el río o quebrada-
• Canal de descarga: es aquel que sirve de conexión entre la estructura disipadora y la quebrada o río receptor, cuando éstos se encuentran muy lejanos uno de otros

1. Clasificación:

Los aliviaderos pueden ser clasificados según varios criterios:

• Según el tipo de flujo: los aliviaderos pueden funcionar a superficie libre o a presión. En los aliviaderos grandes se evita en lo posible el funcionamiento a presión

• Según la ubicación del aliviadero: pueden ser independientes, que se les llama a aquellos que están fuera de la presa como una estructura, éstos son comunes en las presas de tierra y enrocado; o los integrados, en donde forman una sola unidad con la presa y se observan más en presas de concreto.

• Según la regulación de los gastos: pueden ser regulado por mecanismos de control como compuertas o los llamados libres

• Según su función primordial: se encuentran los aliviaderos cuya función es la operación normal o de servicio para evacuar los excesos, sin embargo, existen algunos que solo funcionan en caso de emergencia, como los tapones fusibles, que actúan cuando las aguas alcanzan niveles no admisibles. Los aliviaderos de emergencia se diseñan con menor rigor que el de operación normal, por su poca probabilidad de funcionamiento, sin embargo, es común que los aliviaderos normales se dividan en dos: uno de uso frecuente y uno auxiliar

• Según el tipo de estructuras de conducción: se dividen en canales a cielo abierto, que funcionan con superficie libre, o en conductos cerrados, que pueden funcionar con ambas modalidades de flujo.

1. Localización de los aliviaderos:

Esto depende de varios factores entre los que cabe mencionar:

• Tipo de presa: para las presas de tierra y enrocado se deben usar aliviaderos independientes, ya que no sirve colocarlas encima de éstas, lo que sucede al contrario de las presas de concreto propician la solución de aliviaderos integrados.

• Ubicación de las otras obras de embalse: la ubicación del aliviadero debe hacerse en conjunto con las obras como la presa, la toma, aliviadero y obra de desvío.

• Ubicación de obras conexas: generalmente lo afecta la ubicación de centrales hidroeléctricas, en donde, si se deben ubicar al pie de la presa, impediría la construcción de un aliviadero integrado; también lo afecta las estaciones de bombeo o patios de transformación.

• Topografía: es fundamental especialmente cuando no se puede colocar el aliviadero de forma integral o dentro de la presa. Las obras en los límites del embalse son sitios potenciales de ubicación de aliviaderos, pero hay que tomar en cuenta la lejanía y la capacidad del sitio receptor, o si existe alguna población.

• Geología: la fundación de un aliviadero debe ubicarse sobre roca sana y no es recomendable que la zona esté atravesada por fallas. La geología tiene gran importancia para aliviaderos que requieren cortes con taludes altos, cuya estabilidad es indispensable para su funcionamiento.

• Tamaño y tipo del aliviadero: a mayor estructura de alivio se requerirá mayor espacio y mejor condiciones de fundación. Si el caudal de diseño es muy grande, se puede requerir más de un aliviadero.

d) Selección del tipo de aliviadero

La selección del tipo más conveniente de aliviadero es básicamente un problema de tipo económico, bajo el supuesto de un funcionamiento hidráulico adecuado y de una operación acorde con los fines del embalse. En la práctica la selección está Íntimamente ligada a la localización y, por lo tanto, los factores que influyen en la ubicación de un aliviadero también lo hacen en la selección de su tipo. En este literal sólo se pretende dar algunas indicaciones que permitan, junto con lo dicho en el párrafo anterior, enmarcar debidamente el problema. Estas indicaciones serían:

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