El IIAMA mejora el conocimiento sobre la adaptación de presas para avenidas superiores a las de diseño

Un estudio realizado por investigadores del equipo del Laboratorio de Hidráulica y Obras Hidráulicas del IIAMA-UPV (Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universitat Politècnica de València), determina que los elementos disipadores de energía presentes en el cuenco tipificado USBR II, tienen una influencia positiva en el resalto hidráulico que se genera a pie de presa al observar afecciones en el perfil de la lámina libre, la distribución de la fracción de vacío y el campo de velocidades.

Esta es la principal conclusión del estudio realizado por Juanfran Macián Pérez, Rafael García Bartual, Arnau Bayón Barrachina, Francisco Vallés Morán y Boris Huber (Universidad de Viena) y que se explica detalladamente en el artículo “Analysis of the Flow in a Typified USBR II Stilling Basin through a Numerical and Physical Modeling Approach”, publicado en la revista “Water”.

La investigación ha sido financiada por la Generalitat Valenciana (con una beca predoctoral concedida a Juanfran Macián), en colaboración con Fondos Europeos y del Ministerio de Economía y Competitividad a través del Proyecto ‘La aireación del flujo y su implementación en prototipo para la mejora de la disipación de energía de la lámina vertiente por resalto hidráulico en distintos tipos de presas’ (BIA2017?85412?C2?1?R), del Plan Estatal de Investigación.

“La investigación parte de la realidad de que la mayoría de infraestructuras hidráulicas están diseñadas bajo unos estándares de seguridad distintos a los que se requieren en la actualidad”

El estudio parte de la realidad de que la mayoría de infraestructuras hidráulicas están diseñadas bajo unas exigencias y estándares de seguridad distintos a los que se requieren en la actualidad por el impacto del cambio climático, por lo que es necesario mejorar el conocimiento acerca de su estado.

“Uno de los elementos claves en el buen funcionamiento de las presas son los cuencos amortiguadores que ayudan a la disipación de energía, necesaria para reintegrar el caudal al cauce en las condiciones adecuadas”, afirma el investigador del IIAMA y miembro del Laboratorio de Hidráulica y Obras Hidráulicas, Juanfran Macián.

Con el objetivo de profundizar sobre las particularidades del resalto hidráulico, los investigadores del IIAMA han analizado mediante el desarrollo de modelos numéricos y físicos, el flujo que se desarrolla en un cuenco amortiguador tipificado (typified stilling basin) abordando aspectos fundamentales, como el perfil de la lámina libre o la distribución de fracción de vacío.

“Tanto en España como a nivel internacional, es muy común el uso de cuencos amortiguadores tipificados USBR II, cuyo diseño se remonta a los años sesenta”

“En España como a nivel internacional es muy común el uso de cuencos amortiguadores tipificados USBR II, cuyo diseño se remonta a los años sesenta. Por ello, es necesario analizar su funcionamiento de cara a modificar las dimensiones inicialmente y, si fuera el caso, adaptarlo a condiciones hidráulicas más exigentes que las que llevaron a su diseño inicial”, sostiene el miembro del IIAMA.

Investigación desarrollada

La investigación ha desarrollado un modelo físico a escala reducida para realizar una campaña experimental y un modelo numérico de dinámica de fluidos computacional (CFD) para llevar a cabo las simulaciones correspondientes. 

“Los modelos desarrollados se han implementado en un cuenco amortiguador del Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, reproduciendo con éxito el caso de estudio”

En estos modelos se ha implementado un cuenco amortiguador del Bureau of Reclamation de los Estados Unidos (USBR por sus siglas en inglés) Tipo II “reproduciendo con éxito el caso de estudio en términos de forma del resalto hidráulico, perfiles de velocidad y distribuciones de presión”.

En la elección del caso de estudio se tomaron como referencia una serie de valores  representativos (dimensión de la presa o caudal desaguado, por ejemplo) en base al análisis de una serie de presas pertenecientes a la Confederación Hidrográfica del Júcar.

“Los modelos desarrollados han permitido caracterizar la lámina libre del resalto y una serie de rasgos derivados de la misma, la distribución de la fracción de vacío, y las velocidades y presiones que tienen lugar en el entorno del umbral terminal del cuenco tipificado USBR II”, manifiesta el investigador del Laboratorio de Hidráulica y Obras Hidráulicas de la UPV.

“Los resultados obtenidos determinan que los elementos disipadores de energía tienen una clara influencia positiva en el resalto hidráulico”

En este sentido, los resultados obtenidos determinan que los elementos disipadores de energía tienen una clara influencia positiva en el resalto hidráulico, “más allá del efecto sobre la longitud del resalto que tradicionalmente se asocia a este tipo de estructuras, observándose afecciones en la distribución de la fracción de vacío  y el campo de velocidades”, resalta Juanfran Macián.

Por todo ello, el investigador valenciano pone en valor la importancia del estudio desarrollado ya que mejora el conocimiento sobre los flujos en cuencos amortiguadores.

“Este estudio es un pequeño paso hacia la mejora del conocimiento, debido a la poca información que existe sobre este tipo de infraestructura hidráulica”, manifiestan los autores de la investigación

“El resalto hidráulico desarrollado en cuencos amortiguadores con presencia de elementos disipadores de energía adicionales, es un fenómeno complejo y del que existe relativamente poca información pese a su gran interés práctico. Generalmente, la bibliografía se centra en el estudio del llamado resalto hidráulico clásico, que constituye el ejemplo más simple y general, por lo que este estudio es un pequeño paso hacia la mejora del conocimiento actual de nuestras infraestructuras hidráulicas”, concluye indicando Juanfran.