Aliviadero

Un aliviadero es una estructura que se utiliza para permitir la liberación controlada de agua de una presa o dique , generalmente aguas abajo hacia el río represado. En el Reino Unido, también se le conoce como canal de desbordamiento . Un aliviadero garantiza que el agua no dañe las partes de la estructura que no están diseñadas para conducir agua.

Los aliviaderos pueden incluir compuertas y tapones fusibles para regular el caudal y el nivel del embalse. Estas características permiten regular el flujo aguas abajo, lo que posibilita a los operadores de la presa liberar agua de forma controlada antes de que el embalse se llene, evitando así una liberación excesiva posteriormente.

Otros usos del término "aliviadero" incluyen desvíos de presas y salidas de canales utilizados durante crecidas, y canales de salida excavados a través de presas naturales como las morrenas .

Normalmente, el agua fluye por un aliviadero solo durante los períodos de inundación, cuando el embalse ha alcanzado su capacidad máxima y el agua sigue entrando más rápido de lo que puede ser liberada a través de las tuberías forzadas o las torres de captación utilizadas para controlar la liberación de agua de forma rutinaria para fines como el suministro de agua para riego y la generación de energía hidroeléctrica .

Un aliviadero se ubica cerca de la parte superior del embalse . Las presas también pueden tener desagües inferiores con válvulas o compuertas que se pueden accionar para liberar el caudal de las crecidas, y algunas presas carecen de aliviaderos de desbordamiento y dependen completamente de los desagües inferiores.

Los dos tipos principales de aliviaderos son los controlados y los no controlados.

Un aliviadero controlado cuenta con estructuras mecánicas o compuertas para regular el caudal. Este diseño permite utilizar casi toda la altura de la presa para almacenar agua durante todo el año, y las aguas de inundación pueden liberarse según sea necesario abriendo una o más compuertas.

Un aliviadero sin control, en cambio, carece de compuertas; cuando el agua supera el borde o la cresta del aliviadero, comienza a liberarse del embalse. El caudal de descarga se controla únicamente por la altura del agua sobre el aliviadero. La fracción del volumen de almacenamiento del embalse que se encuentra por encima de la cresta del aliviadero solo puede utilizarse para el almacenamiento temporal de agua de inundación; no puede utilizarse como reserva de agua potable, ya que su altura supera la capacidad de la presa.

En un tipo intermedio, la regulación del nivel normal del embalse se controla mediante compuertas mecánicas. En este caso, la presa no está diseñada para funcionar con agua fluyendo por encima, ya sea por los materiales utilizados en su construcción o por las condiciones aguas abajo. Si el caudal de entrada al embalse supera la capacidad de las compuertas, un canal artificial llamado aliviadero auxiliar o de emergencia conducirá el agua. A menudo, este canal está bloqueado intencionalmente por un tapón fusible . Si está presente, el tapón fusible está diseñado para desprenderse en caso de una gran inundación que supere la capacidad de descarga de las compuertas del aliviadero. Aunque los equipos de construcción pueden necesitar muchos meses para restaurar el tapón fusible y el canal después de dicha operación, el daño total y el costo de reparación son menores que si las estructuras principales de contención de agua se hubieran desbordado. El concepto de tapón fusible se utiliza cuando la construcción de un aliviadero con la capacidad requerida sería costosa.

Aliviadero de canal abierto

aliviadero de canal

Un aliviadero de canal es un diseño común y básico que transfiere el exceso de agua desde detrás de la presa hacia abajo, siguiendo una pendiente suave, hasta el río. Estos suelen diseñarse siguiendo una curva en forma de S. Generalmente, están revestidos en el fondo y los laterales con hormigón para proteger la presa y la topografía. Pueden tener un dispositivo de control y algunos son más delgados y de múltiples capas si el espacio y el presupuesto son limitados. Además, no siempre están diseñados para disipar energía como los aliviaderos escalonados. Los aliviaderos de canal pueden estar integrados con un deflector de bloques de hormigón, pero generalmente tienen un borde de descarga y/o una cuenca disipadora, que crea un salto hidráulico , protegiendo la base de la presa de la erosión. ^{[ 1 ]}

Aliviadero escalonado

Los canales escalonados y los aliviaderos se han utilizado durante más de 3000 años. ^{[ 2 ]} A pesar de haber sido reemplazados por técnicas de ingeniería más modernas, como los saltos hidráulicos a mediados del siglo XX, desde alrededor de 1985 ^{[ 3 ]} se ha renovado el interés en los aliviaderos y canales escalonados, en parte debido al uso de nuevos materiales de construcción (por ejemplo, hormigón compactado con rodillo , gaviones ) y técnicas de diseño (por ejemplo, protección contra el desbordamiento de terraplenes). ^{[ 4 ] [ 5 ]} Los escalones producen una considerable disipación de energía a lo largo del canal ^{[ 6 ]} y reducen el tamaño de la cuenca de disipación de energía aguas abajo requerida. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

La investigación sigue activa sobre el tema, con nuevos desarrollos en sistemas de protección contra desbordamientos de presas de terraplén, ^{[ 8 ]} aliviaderos convergentes ^{[ 9 ]} y diseño de vertederos pequeños. ^{[ 10 ]}

Aliviadero de boca acampanada

Un aliviadero de boca acampanada está diseñado como una campana invertida , donde el agua puede entrar por todo el perímetro. ^{[ 11 ]} Estos aliviaderos no controlados también se denominan aliviaderos de gloria de la mañana (por la flor ), aliviaderos de agujero de gloria o aliviaderos de pozo . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} En áreas donde la superficie del embalse puede congelarse, este tipo de aliviadero normalmente está equipado con mecanismos rompehielos para evitar que el aliviadero quede bloqueado por el hielo.

Algunos aliviaderos de boca acampanada están controlados por compuertas. El aliviadero de boca acampanada más alto del mundo se encuentra en la presa Hungry Horse en Montana, EE. UU., y está controlado por una compuerta anular de 19,5 x 3,7 m (64 x 12 pies ) . ^{[ 15 ]} El aliviadero de boca acampanada más grande se encuentra en la presa Geehi , en Nueva Gales del Sur, Australia, y mide 32 m (105 pies) de diámetro en la superficie del lago. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}   

Un parámetro del diseño de aliviaderos es la mayor crecida que están diseñados para manejar. Las estructuras deben soportar de forma segura la crecida de diseño del aliviadero (CDA), a veces llamada crecida de diseño de entrada (CDI). La magnitud de la CDA puede establecerse mediante directrices de seguridad de presas, en función del tamaño de la estructura y la posible pérdida de vidas humanas o bienes aguas abajo. La magnitud de la crecida a veces se expresa como un período de retorno . Un intervalo de recurrencia de 100 años es la magnitud de la crecida que se espera que se supere en promedio una vez cada 100 años. Este parámetro puede expresarse como una frecuencia de excedencia con una probabilidad del 1% de ser superado en un año determinado. El volumen de agua esperado durante la crecida de diseño se obtiene mediante cálculos hidrológicos de la cuenca hidrográfica aguas arriba. El período de retorno se establece mediante directrices de seguridad de presas, en función del tamaño de la estructura y la posible pérdida de vidas humanas o bienes aguas abajo.

El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos basa sus requisitos en la crecida máxima probable (PMF) ^{[ 21 ]} y la precipitación máxima probable (PMP). La PMP es la mayor precipitación que se considera físicamente posible en la cuenca hidrográfica aguas arriba. ^{[ 22 ]} A las presas de menor riesgo se les puede permitir una IDF inferior a la PMF.

Disipación de energía

Cuando el agua pasa por un aliviadero y desciende por el canal, la energía potencial se convierte en energía cinética creciente . Si no se disipa la energía del agua, puede producirse erosión en la base de la presa. Esto puede dañar el aliviadero y comprometer la estabilidad de la presa. ^{[ 23 ]} Para poner esta energía en perspectiva, los aliviaderos de la presa de Tarbela podrían, a plena capacidad, producir 40 000 MW; aproximadamente 10 veces la capacidad de su central eléctrica. ^{[ 24 ]}

La energía puede disiparse abordando una o más partes del diseño de un aliviadero. ^{[ 25 ]}

Pasos

Primero, en la superficie del aliviadero misma mediante una serie de escalones a lo largo del aliviadero (véase aliviadero escalonado ). ^{[ 5 ]}

Cubo de volteo

En segundo lugar, en la base de un aliviadero, una cuchara basculante puede crear un salto hidráulico y desviar el agua hacia arriba.

Salto de esquí

Un trampolín de esquí puede dirigir el agua horizontalmente y finalmente hacia una piscina de caída, o dos trampolines de esquí pueden dirigir sus descargas de agua para que choquen entre sí. ^{[ 5 ] [ 24 ]}

Cuenca de amortiguación

En tercer lugar, una balsa de disipación de energía en el extremo de un aliviadero sirve para disipar aún más la energía y prevenir la erosión. Generalmente se llenan con una profundidad de agua relativamente baja y, a veces, se recubren con hormigón. Se pueden incorporar varios componentes reductores de velocidad en su diseño, como bloques de canal, bloques deflectores, muros de ala, burbujeadores superficiales o umbrales de extremo. ^{[ 26 ]}

Las compuertas de los aliviaderos pueden activarse repentinamente sin previo aviso, mediante control remoto. Quienes se encuentren dentro del aliviadero corren un alto riesgo de ahogarse. Los aliviaderos suelen estar cercados y equipados con compuertas con cerradura para evitar el acceso no autorizado. Se pueden instalar señales de advertencia, sirenas y otras medidas para alertar a los usuarios de la zona aguas abajo sobre la liberación repentina de agua. Los protocolos operativos pueden requerir abrir ligeramente una compuerta para liberar una pequeña cantidad de agua y advertir a las personas que se encuentren aguas abajo.

El cierre repentino de una compuerta de un aliviadero puede provocar que los peces queden varados, algo que generalmente se evita.

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  El lago Berryessa se desborda hacia el aliviadero de la presa de Monticello.
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  Un aliviadero laberíntico y una escalera para peces (izquierda) de la presa Hope Mills en Carolina del Norte.
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  Aliviadero con compuerta basculante en la presa de Burdekin.
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  El agua entra por el aliviadero de compuertas cilíndricas del canal lateral de Arizona de la presa Hoover (izquierda) durante las inundaciones de 1983.
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  Entrada de un aliviadero laberíntico (abajo) en la presa Ute en Nuevo México.
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  Un aliviadero de tipo ogee en la presa Crystal en Colorado.
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  El aliviadero de Morganza se inauguró durante las inundaciones del río Misisipi en 2011.
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  Un aliviadero de emergencia con tapón fusible (abajo) y un aliviadero auxiliar de perfil ogee (arriba) en la presa New Waddell.
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  Aliviaderos semicirculares de la presa Ohzuchi ( Pref. de Shiga , Japón)
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  Aliviadero de baja altura de la presa de Bonneville con compuertas.
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  Aliviadero en forma de campana de la presa Hungry Horse en funcionamiento.
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  Una entrada de agua en uso en la presa Horse Mesa en Arizona, alrededor de 1940.
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  El aliviadero de la presa de Monticello, en el lago Berryessa, en funcionamiento el 19 de febrero de 2017.
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  El aliviadero de la boca acampanada de la presa de Geehi queda al descubierto con aguas bajas.

• Sistema de seguridad de la presa
• Depósito
• Aliviadero escalonado
• Escalera para peces
• Pesca en el canal de desagüe
• Embalse de Toddbrook
• Crisis de la presa de Oroville

• Chris, Fish. "El agujero de la gloria" . Archivado del original el 1 de junio de 2011.- Información, imágenes y detalles de construcción sobre el glory hole del lago Berryessa .