Aliviadero escalonado

Un aliviadero escalonado es un aliviadero con escalones en su canal de descarga para facilitar la disipación de la energía cinética del agua que desciende. Esto reduce la necesidad de un disipador de energía adicional, como una masa de agua, al final del aliviadero aguas abajo.

Acontecimientos históricos

Los aliviaderos escalonados, compuestos por presas y canales, se han utilizado durante más de 3500 años desde que se construyeron las primeras estructuras en Grecia y Creta . Durante la Antigüedad , el diseño de canal escalonado se empleó para aliviaderos de presas, canales de drenaje pluvial y canales de abastecimiento de agua en las ciudades. La mayoría de estas primeras estructuras se construyeron alrededor del mar Mediterráneo , y el conocimiento sobre el diseño de aliviaderos escalonados se difundió sucesivamente entre romanos, musulmanes y españoles. ^{[ 1 ]}

Aunque los primeros aliviaderos escalonados se construyeron con mampostería de piedra labrada, roca sin revestimiento y madera, a mediados del siglo XIX se introdujo una mayor variedad de materiales de construcción, incluyendo el primer aliviadero escalonado de hormigón de la presa de Gold Creek (1890) en Brisbane, Australia. Durante la primera mitad del siglo XX, el diseño de cascada escalonada cayó en desuso, en parte debido a los costes de mantenimiento, pero también al desarrollo de las cuencas de disipación de energía hidráulica. Sin embargo, el funcionamiento prolongado de varias cascadas escalonadas famosas ha demostrado la solidez de este diseño.

Aunque el diseño de aliviaderos escalonados fue común hasta principios del siglo XX, se ha perdido mucha experiencia desde entonces, y la experiencia actual se limita a geometrías muy simples, a saber, algunos canales prismáticos escalonados, horizontales y planos, a pesar de cierto interés reciente en el diseño de aliviaderos escalonados. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Características básicas del flujo

El flujo sobre un aliviadero escalonado puede dividirse en tres regímenes de flujo distintos según el caudal para una geometría de aliviadero escalonado dada: regímenes de flujo de lámina , de transición y de deslizamiento con caudales crecientes. ^{[ 3 ]} Para una geometría de aliviadero escalonado dada, los flujos de lámina se observan para caudales pequeños. Se caracterizan por una sucesión de láminas de caída libre en cada borde de escalón, seguidas del impacto de la lámina en el escalón siguiente. Los flujos de transición se observan para un rango de caudales intermedios. Algunas fluctuaciones hidrodinámicas fuertes, salpicaduras y rocío cerca de la superficie libre constituyen las características principales de este régimen de flujo. Hasta la fecha, el flujo de transición se evita para las condiciones de caudal de diseño debido a fallas anteriores.

El régimen de flujo de deslizamiento se observa para los mayores caudales. El agua se desliza sobre el pseudofondo formado por los bordes escalonados como un flujo turbulento coherente. Debajo del pseudofondo, algunas estructuras verticales y de recirculación intensa llenan las cavidades. ^{[ 4 ]} Estos remolinos de recirculación se mantienen por la transmisión de la tensión cortante desde la corriente principal y contribuyen significativamente a la disipación de energía a lo largo del aliviadero escalonado.

Para una presa pequeña, el flujo de lámina se considera el más eficiente en términos de disipación de energía, mientras que el flujo de deslizamiento es el más eficiente para aliviaderos largos y presas grandes. ^{[ 2 ]}

Discusión

Los vertederos escalonados de gaviones se utilizan comúnmente para la protección de terraplenes, la canalización de ríos y el control de inundaciones ; el diseño escalonado mejora la tasa de disipación de energía en el canal y es particularmente adecuado para la construcción de vertederos escalonados de gaviones. ^{[ 5 ]} Para caudales muy bajos, se puede observar un régimen de flujo de filtración porosa, cuando el agua se filtra a través de los materiales del gavión y no hay desbordamiento más allá de los bordes de los escalones.

Véase también

Referencias

↑ Chanson, H. (2001–2002). Desarrollo histórico de cascadas escalonadas para la disipación de energía hidráulica . Transactions of the Newcomen Society, vol. 71, n.º 2, págs. 295-318 (ISSN 0372-0187).
1 2 Chanson, H. (1995). Diseño hidráulico de cascadas escalonadas, canales, presas y aliviaderos . Pergamon, Oxford, Reino Unido, enero, 292 páginas. ISBN 0-08-041918-6.
1 2 Chanson, H. (2001). La hidráulica de los aliviaderos y canaletas escalonadas . Balkema, Lisse, Países Bajos. ISBN 90-5809-352-2.
^ Rajaratnam, N. (1990). Flujo desnatado en aliviaderos escalonados . Jl de Hyd. Ing., ASCE, vol. 116, núm. 4, págs. 587-591.
↑ Wuthrich, D. y Chanson, H. (2014). "Hidráulica, arrastre de aire y disipación de energía en un vertedero escalonado de gaviones" . Journal of Hydraulic Engineering . 140 (9): Artículo 04014046, 10 páginas. doi : 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000919 . ISSN 0733-9429 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )

Enlaces externos

Investigación sobre aliviaderos escalonados – (2017), Universidad de Queensland

[Chanson_20012002-1] Chanson, H. (2001–2002). Desarrollo histórico de cascadas escalonadas para la disipación de energía hidráulica . Transactions of the Newcomen Society, vol. 71, n.º 2, págs. 295-318 (ISSN 0372-0187).

[Chanson_book1995-2] 1 2 Chanson, H. (1995). Diseño hidráulico de cascadas escalonadas, canales, presas y aliviaderos . Pergamon, Oxford, Reino Unido, enero, 292 páginas. ISBN 0-08-041918-6.

[Chanson_book2001-3] 1 2 Chanson, H. (2001). La hidráulica de los aliviaderos y canaletas escalonadas . Balkema, Lisse, Países Bajos. ISBN 90-5809-352-2.

[Rajaratnam1990-4] Rajaratnam, N. (1990). Flujo desnatado en aliviaderos escalonados . Jl de Hyd. Ing., ASCE, vol. 116, núm. 4, págs. 587-591.

[Wuthrich_Chanson2014-5] Wuthrich, D. y Chanson, H. (2014). "Hidráulica, arrastre de aire y disipación de energía en un vertedero escalonado de gaviones" . Journal of Hydraulic Engineering . 140 (9): Artículo 04014046, 10 páginas. doi : 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000919 . ISSN 0733-9429 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )

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