Análisis de la lámina vertiente en el sobrevertido de presas de fábrica
[SPA] 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 est...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad Politécnica de Cartagena(UPCT) |
| Repositorio: | Repositorio Digital UPCT |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.upct.es:10317/10726 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10317/10726 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ciencias agrarias Ciencias tecnológicas Presas Ingeniería Hidráulica 31 Ciencias Agrarias 3305.15 Ingeniería Hidráulica |
| Sumario: | [SPA] 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 autoaireación 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. [ENG] New regulations in design and operation of large dams and reservoirs have raised the need for a re-evaluation of existing dams and their spillways, including the analysis of new hydrodynamic actions during all their phases. Previous studies have shown that the discharge capacity of some existing dams may be insufficient in extraordinary flood scenarios. These new demands rise possible short-term scenarios in which the dams must evacuate flows greater than those expected in safely conditions and in a controlled way. In front of these new requirements, several organizations involved in the design, construction and operation of dams (Federal Emergency Management Agency, FEMA; United States Army Corp of Engineers, USBR; International Commission on Large Dams, ICOLD) have raised the possibility of overtopping of the dam as an emergency and timely solution to extraordinary hydrological floods. Detecting this problem is a priority in order to carry out the hydrodynamic characterization of the overtopping jets of the dam and their effect on its toe. The interaction of the jet with the atmosphere requires an in-depth study of the mechanism of air introduction into the jet and its influence on the disintegration of the jet, on the velocity field, as well as on the energy dissipation that occurs during the fall. To date, there are few studies analyzing self-aeration of rectangular free-falling jets and their effect on the pressures in the plunge pool located at the toe of the dam (for example, Castillo 2006 and Castillo et al. 2015). In this Doctoral Thesis an experimental analysis of the rectangular free-falling jets has been carried out. This characterization involves the analysis of different hydrodynamic variables of two-phase water-air flows in rectangular jets such as: void fraction, airwater phase count rate, velocity field, energy dissipation, jet lateral spread, mean bubble diameter, air bubble chord length, and spectral analysis of the signals, among others. To measure the air-water flows, a conductivity probe designed and built within the framework of this Thesis and a Pitot-Prandtl tube with a back-flushing system have been used. The study seeks to advance in the knowledge and understanding of the phenomenon of self-aeration in rectangular free-falling jets of dams. The analysis of different hydrodynamic variables allows a deeper understanding of the mechanisms of dissipation and interaction with the atmosphere during the fall. |
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