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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
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
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
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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
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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
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137
137
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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.
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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.).
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
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
,
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
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 -
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
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).
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 -
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
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 -
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 -
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
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 -
- 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 -
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 -
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 -
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 -
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
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
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 -
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 -
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 -
.
~;
!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 -
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
~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
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
(U.S.A. )POINTDE t-tORROWPRESA
25
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
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
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 -
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 -
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 -
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 -
=>
~
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
",
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
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o 10 20m~~
33
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-""'- ~-,
PRESA DE ITAIPU (BRASIL)
34
PRESA DE LA GRANDE 2 (C~NADA).ALIVIADERO (16.140 m le)
35
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 -
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 -
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 -
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
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
..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
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
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
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 -
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)
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 -
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
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
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 -
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
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
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 -
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~~~
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
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
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 -
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
(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
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
,.
PRESAP.K. LE (AFRICA SUR)ROUX DEL
CONDIENTESLIBRE DEAIREACIONVERTEDERO
60
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 -
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 -
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
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
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 -
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
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 -
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
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
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
PRESA
. .
8.
TARBELA (PAKISTAN). ALIVIADERODE
71
(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
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
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
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
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
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-
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 -
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
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
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 -
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 -
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
(ZIMBABWE-ZAr~DIA )KARIBAPRESA DE
84
)
~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
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
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
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-
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-
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
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
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
PRESA DE ALDEADAVILA (ESPAÑA)
3m /a)(2.800ALIVIADERO
93
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 -
3(1.700 m /5)ALIVIAD ERa
9S
(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
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
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
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-
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 -
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 -
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
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 -
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 -
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
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
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
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
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
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
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 -
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
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 -
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
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
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 -
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 -
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 -
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 -
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
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
~
@
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
/
"""'"""
-
'"~
O' ~ //
-"""""0' <.
admis ió,¡ de aire(c) sistenk:1 de
Qa = Cauda L de a i~e admi t ido
SaLida de aireA =
122
.~. .
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'~ .
,o. . . :': :':-..'., r . ,. ..' .'. : , .
..(..1
.' 00
,.", .. .
. ~...I;I. .
.
123
,.
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
~ 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
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
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
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
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 -
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
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 -.
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
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
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
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
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
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 -
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
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
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
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
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ANEXO 1
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151
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