Un aliviadero escalonado es un aliviadero con escalones en el conducto del aliviadero para ayudar a disipar la energía cinética del agua que desciende. Esto elimina o reduce la necesidad de un disipador de energía adicional, como un cuerpo de agua, al final del aliviadero aguas abajo.
Los aliviaderos escalonados, que consisten en vertederos 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 utilizó para aliviaderos de presas, canales de tormenta y en los canales de suministro de agua de las ciudades. La mayoría de estas primeras estructuras se construyeron alrededor del mar Mediterráneo , y la experiencia en el diseño de aliviaderos escalonados se difundió sucesivamente por los romanos, los musulmanes y los españoles. [1]
Aunque los primeros aliviaderos escalonados se construyeron con mampostería de piedra tallada, roca sin revestimiento y madera, a mediados del siglo XIX se introdujo una gama más amplia de materiales de construcción, incluido el primer aliviadero escalonado de hormigón de la presa Gold Creek (1890) en Brisbane, Australia. Durante la primera mitad del siglo XX, el diseño de cascada escalonada pasó de moda, en parte debido a los costos de mantenimiento, pero también debido al desarrollo de los diques amortiguadores de salto hidráulico. Sin embargo, el funcionamiento duradero de varias cascadas escalonadas famosas ha demostrado la solidez del diseño de aliviadero escalonado. [ cita requerida ]
Aunque el diseño de aliviaderos escalonados era común hasta principios del siglo XX, desde entonces se ha perdido mucha experiencia y la experiencia actual se limita a geometrías muy simples, a saber, algunos conductos prismáticos escalonados horizontales planos, a pesar de cierto interés reciente en el diseño de aliviaderos escalonados. [2] [3]
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 napa , de transición y de desnatado con caudales crecientes. [3] Para una geometría de aliviadero escalonado dada, los flujos de napa se observan para descargas pequeñas. Se caracterizan por una sucesión de napas en caída libre en el borde de cada escalón, seguidas por el impacto de la napa en el siguiente escalón. Los flujos de transición se observan para una gama de descargas intermedias. Algunas fuertes fluctuaciones hidrodinámicas, salpicaduras y rociado 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 flujo de diseño debido a fallas pasadas. [ cita requerida ]
El régimen de flujo desnatado se observa para las descargas más grandes. Las aguas se deslizan sobre el pseudofondo formado por los bordes escalonados como un flujo turbulento coherente. Debajo del pseudofondo, algunas estructuras verticales y de recirculación intensas llenan las cavidades. [4] Estos remolinos de recirculación se mantienen mediante la transmisión de la tensión de corte de la corriente principal y contribuyen significativamente a la disipación de energía a lo largo del aliviadero escalonado. [ cita requerida ]
Para una presa pequeña, el flujo de napa se considera más eficiente en términos de disipación de energía, mientras que el flujo desnatado es más eficiente para vertederos largos y presas grandes. [2]
Los vertederos escalonados de gaviones se utilizan comúnmente para la protección de diques, el encauzamiento 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 flujos muy bajos, se puede observar un régimen de flujo de filtración poroso, cuando el agua se filtra a través de los materiales de gaviones y no hay desbordamiento más allá de los bordes del escalón. [ cita requerida ]
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