Estudio experimental de cuencos amortiguadores en aliviaderos con cajeros altamente convergentes

Resumen

La normativa en relación a la seguridad de presas y embalses es cada vez más exigente, obligando en muchos casos a reducir el volumen de embalse utilizable o a la ampliación de los aliviaderos existentes. Una posibilidad, para ampliarlos, es la utilización al máximo de la longitud de la coronación como vertedero. Esta tipología, implica utilizar unos aliviaderos laterales, que recojan el caudal vertido sobre la coronación y lo restituyan al cuenco, habitualmente de anchura inferior a la longitud de vertido. Esta tesis estudia, mediante un dispositivo experimental, parámetros básicos del funcionamiento de la estructura hidráulica formada por los aliviaderos altamente convergentes, conjuntamente con el impacto de chorros y el resalto en la reincorporación al cauce. El dispositivo experimental ha sido desarrollado en el Laboratorio de Hidráulica de la E.T.S.I. de Caminos, C. y P. de la Universidad Politécnica de Madrid. Dicho dispositivo experimental es un aliviadero de 1 metro de ancho y un máximo de 4 metros de aliviadero lateral, sobre una presa tipo gravedad con talud 0,8:1 que vierte sobre una restitución horizontal donde se forma un resalto. Los parámetros básicos analizados son el caudal total circulante, la relación entre la longitud de los aliviaderos laterales y el central, así como, el calado en la reincorporación al cauce. Los resultados de las medidas tomadas en el dispositivo experimental han sido estudiados por medio del análisis dimensional y con métodos estadísticos. A partir de estos análisis se ha desarrollado una nueva formulación, que relaciona la eficacia del resalto que se produce a pie de presa en función del factor de lateralidad (relación entre el caudal vertido por aliviaderos laterales y el central) y el calado en la reincorporación. Así mismo, desde el punto de vista práctico, se presenta una función que relaciona el sobreancho necesario en la reincorporación y el factor de lateralidad. Finalmente, se han comparado las medidas obtenidas en el dispositivo experimental con los resultados obtenidos con el modelo matemático bidimensional InfoWorks RS 2D. La comparación de los resultados entre el dispositivo experimental y el modelo matemático permiten probar que son muy similares. ABSTRACT Regulations concerning the safety of dams and reservoirs are increasingly demanding, requiring in many cases to reduce the amount of usable reservoir or to increase the existing spillways. One way to increase them is to use the maximum length of the coronation as a spillway. This typology involves using a lateral overflow to collect the spill flow and to restore it to the stilling basin, usually narrower than the length of discharge. This thesis analyses, using an experimental setup, basic parameters of the operation of the hydraulic structure, compound by highly converging spillways, together with the impact of jets and the hydraulic jump in the restitution to the river. The experimental setup has been developped at the Hydraulics Laboratory of the Civil University of the Polytechnic University of Madrid. This experimental setup is a 1 meter wide spillway and up to 4 meters of lateral overflow on a gravity dam of 0.8:1 slope that drains onto a horizontal restitution where it forms a hydraulic jump. The basic parameters considered are the total discharge, the relationship between the length of the lateral and the central spillway and the depth at the restitution. The results of the measures taken on the experimental setup have been studied using dimensional analysis and statistical methods. Due to this analysis, a new formulation has been developed, relating the effectiveness of the hydraulic jump which occurs at foot of the dam as a function of laterality factor (ratio of the lateral flow vs. central flow on the spillway) and depth at the restitution. Also, from the practical standpoint, a new function has been developed relating the necessary widening of the hydraulic jump and the factor of laterality. Finally, the measures taken on the experimental setup have been compared with the results obtained with the two-dimensional mathematical model InfoWorks RS2D. The comparison of the results between the experimental and the mathematical model prove that they are very similar.