En las presas con aliviaderos escalonados, para pequeños caudales y alturas de escalón relativamente grandes el agua fluye de un escalón a otro como un flujo en lámina libre, sin embargo, para grandes caudales el flujo roza los bordes de los escalones con la formación de vórtices de recirculación entre la corriente principal y la superficie de los escalones, es lo que se denomina flujo rasante. Las características hidráulicas difieren significativamente entre uno y otro régimen (Chanson, 1995). La ocurrencia de uno u otro régimen está relacionada con el caudal, la pendiente, la geometría de los escalones, etc.
Inicialmente, el caudal unitario o caudal por unidad de ancho se limitó a 15 m3/s/m, como es el caso de las siguientes presas: Mistkraal (Sudáfrica), Upper Stillwater (EE.UU.), Les Olivettes (Francia), Wolwedans (Sudáfrica) y La Puebla de Cazalla (España).
A partir del inicio de los años noventa del siglo pasado, se empezaron a considerar valores mayores para el caudal unitario de diseño que han llegado a valores de caudal unitario de 165 m3/s/m como por ejemplo en la presa de Dachaoshan (China).
En este post se describen algunos ejemplos de presas que disponen de aliviaderos escalonados y la capacidad hidráulica de diseño de estos órganos de desagüe. Los datos y las imágenes empleadas en este post se han obtenido a partir de las referencias bibliográficas que se citan al final del artículo.
LA PRESA DE MISTKRAAL (Sudáfrica, 1986)
El aliviadero escalonado de la presa de Mistkraal se diseñó para un caudal unitario de 15 m3/s/m.
La presa se encuentra en el río Little Fish cerca de Somerset East, tiene una altura de 30 metros y una longitud de coronación de 300 metros. El talud del paramento de aguas arriba es vertical, el talud del paramento de aguas abajo es 0,6:1 y el talud del aliviadero también es 0,6:1.
Fue la primera presa de hormigón compactado con rodillo que se construyó en Sudáfrica.
Desde la presa, el agua se deriva hacia un canal y posteriormente se conduce hasta la presa Darlington en el río Sundays. El ingeniero del proyecto fue Wynand Maartens.
LA PRESA DE UPPER STILLWATER (EE.UU., 1987)
El aliviadero escalonado de la presa de Upper Stillwater se diseñó para un caudal unitario de 15 m3/s/m.
El diseño del aliviadero incluye un cambio de pendiente innecesario que incrementó los riesgos de cambios de régimen hidráulico durante el vertido de caudales. El aliviadero inicialmente se diseñó con un ancho de coronación de 4,57 m y una única pendiente de 59 grados. Sin embargo, el diseño final estableció un ancho de coronación de 9,14 m para facilitar la construcción y el acceso de camiones, un primer tramo con pendiente de 72 grados y a continuación un segundo tramo de 59 grados de pendiente. No obstante, el cambio de diseño se llevó a cabo sin justificación hidrodinámica.
LA PRESA DE LES OLIVETTES (Francia, 1987)
El aliviadero escalonado de la presa de Les Olivettes se diseñó para un caudal unitario de 15 m3/s/m.
La presa de Les Olivettes es una presa de gravedad de hormigón compactado con rodillo, con una longitud de coronación de 254 metros. La presa se construyó sin juntas de contracción y con un contenido de cemento de 130 kg por metro cúbico de hormigón. Se desarrollaron tres grietas con orientación vertical y el tratamiento que se empleó consistió en la aplicación de un material sellante elástico, en franjas de unos pocos milímetros de profundidad y con un ancho de entre 50 y 100 milímetros, en el paramento de aguas arriba y se inyectaron con lechada las citadas grietas desde el paramento de aguas abajo.
LA PRESA DE WOLWEDANS (Sudáfrica, 1990)
El aliviadero escalonado de la presa de Wolwedans se diseñó para un caudal unitario de 15 m3/s/m.
La presa tiene una altura de 70 metros, una longitud de coronación de 270 metros y planta curva con un radio de curvatura de 135 metros.
La presa fue diseñada y construida por DWA. La presa se construyó con hormigón compactado con rodillo. El talud de aguas abajo es de 0,5:1.
La presa trabaja con efecto arco que le confiere estabilidad. Por lo tanto, para evitar los problemas de contracción del hormigón compactado con rodillo y de las grietas asociadas, se procedió a aplicar un tratamiento a base de inyecciones con lechada.
LA PRESA DE LA PUEBLA DE CAZALLA (España, 1994)
El aliviadero escalonado de la presa de la Puebla de Cazalla también se diseñó para un caudal unitario de 15 m3/s/m.
El titular de la presa es la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir y se encuentra en el río Corbones, afluente del río Guadalquivir por la margen izquierda, en el municipio de La Puebla de Cazalla, provincia de Sevilla.
Se trata de una presa de gravedad, la altura sobre cimientos es de 71 metros y la longitud de coronación de 220 metros.
La presa de La Puebla de Cazalla se construyó con los objetivos de regulación del Río Corbones, abastecimiento a varios pueblos de la Sierra Sur y riego en los municipios de La Puebla de Cazalla y Marchena.
Para obtener información sobre el comportamiento del aliviadero fue implantada instrumentación específica que ofrecía datos sobre la evolución de las presiones dinámicas del agua en los escalones (en huella y contrahuella), durante el vertido. Originalmente, los puntos de control para presiones eran cuatro, situados a diferentes alturas del aliviadero. Cada uno contaba con dos sensores, uno para medir presiones en la contrahuella y, otro, para medir presiones en la huella.
La instrumentación quedó fuera de servicio y se tiene previsto realizar un recálculo de las presiones en el aliviadero para obtener un orden de magnitud de sus valores medios y de las fluctuaciones de presión sobre las huellas y contrahuellas en los escalones.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1) ICOLD (2000). Rehabilitation of dams and appurtenant works. State of the art and case histories. Bulletin 119
2) Chanson, H., (2000). “A Review of Accidents and Failures of Stepped Spillways and Weirs.” Proc. Instn Civ. Engrs Water and Maritime Engrg, UK, Vol. 142, Dec., pp. 177-188 (ISSN 0965-0946)
3) Vuuren, L. (2012). In the footsteps of giants. Exploring the history of South Africa’s large dams
4) Carrasco Arenas, F., (2016). Proyecto de actuaciones para la adaptación al Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Embalses de las presas de Puebla de Cazalla y el Pintado. Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares
5) Matos, J.; Novakoski, C.K.; Ferla, R.; Marques, M.G.; Dai Prá, M.; Canellas, A.V.B.; Teixeira, E.D., (2022). Extreme Pressures and Risk of Cavitation in Steeply Sloping Stepped Spillways of Large Dams. Water 2022, 14, 306. https://doi.org/10.3390/w14030306
