Análisis de la lámina vertiente en el sobrevertido de presas de fábrica

Resumen

Resumen de la tesis: Las nuevas normativas en el diseño y funcionamiento de grandes presas y embalses han planteado la necesidad de una reevaluación de las presas existentes y de sus órganos de desagüe, incluyendo el análisis de nuevas acciones hidrodinámicas durante todas las fases de su vida útil. Diferentes estudios previos han demostrado que la capacidad de descarga de diversas presas existentes puede ser insuficiente frente a los escenarios de avenidas extraordinarias. Estas nuevas solicitaciones plantean posibles escenarios a corto plazo donde las presas deban evacuar caudales mayores a los previstos de forma segura y controlada. Frente a estas nuevas exigencias, diferentes organismos referentes en el diseño, construcción y operación de presas (Federal Emergencia Management Agency, FEMA; United States Army Corp of Engineers, USBR; International Commission on Large Dams, ICOLD) han planteado la posibilidad de un desbordamiento por la coronación de la presa (overtopping) como una solución de emergencia y puntual frente a avenidas hidrológicas extraordinarias. Detectar esta problemática es prioritario para realizar la caracterización hidrodinámica de los chorros de sobrevertido de la presa y su efecto incidente en el pie de esta. La interacción del chorro con la atmósfera requiere un estudio profundo del mecanismo de introducción de aire en el chorro, su influencia en la desintegración del chorro, en el campo de velocidades, así como en la disipación de energía que se produce durante la caída. Hasta la presente fecha existen pocos estudios sobre la auto-aireación de la lámina vertiente en chorros rectangulares y su efecto en las presiones del cuenco situado a pie de presa (por ejemplo: Castillo 2006 y Castillo et al. 2015). En la presente Tesis Doctoral se ha realizado un análisis experimental de la lámina vertiente en chorros rectangulares. Esta caracterización implica el análisis de diferentes variables hidrodinámicas de flujos bifásicos agua-aire en chorros rectangulares tales como: fracción de vacío, frecuencia de cambio de fase, campo de velocidades, disipación de energía, expansión lateral del chorro, diámetro medio de burbuja, longitud de cuerda de burbujas de aire, y análisis espectral de las señales, entre otros. Para medir los flujos agua-aire se han utilizado una sonda de conductividad diseñada y construida en el marco de esta Tesis y un tubo Pitot-Prandtl con sistema back-flushing. El estudio busca avanzar en el conocimiento y comprensión del fenómeno de auto-aireación en chorros rectangulares de vertido libre de presas. El análisis de distintas variables hidrodinámicas permite entender con mayor profundidad los mecanismos de disipación e interacción con la atmósfera durante la caída del chorro. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/