Hidrogramas de Avenidas y Laminación
El hidrograma de onda de avenida es la representación gráfica de la evolución de los caudales que circulan por una sección del cauce a lo largo de un episodio de avenida. La laminación es la redistribución de los caudales debido al almacenamiento temporal de parte del agua en el cauce, produciendo una disminución del caudal punta y un aumento del tiempo de base del hidrograma. La traslación es el desplazamiento del hidrograma en el tiempo debido al tiempo que tardan los caudales en recorrer el tramo de río. Ambos fenómenos se producen simultáneamente y no son físicamente separables.
Métodos de Cálculo: Hidráulicos vs. Hidrológicos
Existen dos tipos principales de métodos para el cálculo de hidrogramas:
- Métodos hidráulicos: Resuelven las ecuaciones de la hidráulica del flujo transitorio en cauces abiertos. La resolución de las ecuaciones es compleja y requiere gran cantidad de información, por lo que suelen emplearse en estudios que requieran cierta precisión y se necesite conocer el nivel del agua.
- Métodos hidrológicos: Se basan en la ecuación de continuidad y en otra ecuación, según el método, que sustituye la ecuación de la dinámica, simplificando el planteamiento del problema y su solución. Son más simples que los hidráulicos y son los empleados normalmente.
Laminación en un Embalse
Para analizar la laminación en un embalse, se consideran dos hipótesis principales:
- En cada instante, el nivel es el mismo en toda la superficie del embalse.
- En cada instante, el caudal de salida depende únicamente del nivel del embalse, y por tanto, del volumen almacenado.
Ecuaciones Fundamentales
- Ecuación de continuidad.
- Función de almacenamiento: El caudal de salida depende solo del volumen almacenado y ambos se pueden expresar en función de la cota del embalse.
El máximo del hidrograma de salida se produce cuando el caudal de entrada y el de salida se igualan (I=Q). El máximo del caudal de salida se produce cuando se da el máximo almacenamiento, puesto que existe la relación: Q=Q(S). Cuando se produce el máximo almacenamiento se verifica: dS/dt= 0.
Resguardos en Embalses
- Resguardo Normal: Relativo al NMN (Nivel Máximo Normal). Debe ser suficiente para desaguar avenidas e igual o superior a la sobreelevación debida al oleaje (incluso sismo).
- Resguardo Mínimo: Relativo al NAP (Nivel de Aguas Plenas). Igual o superior a la sobreelevación debida al oleaje en avenidas. Se debe tener en cuenta la Avenida Extrema (NAE).
- Cota de coronación: Se calcula como el Máximo (NMN+Resguardo normal, NAP+Resguardo mínimo).
Donde:
- Resguardo normal = Máximo (Resguardo oleaje, Resguardo sismo)
- Resguardo mínimo = Resguardo oleaje
Agotamiento para la Avenida Extrema
Presas de Materiales Sueltos: No se admite vertidos por oleaje del viento: NC > NAE + Resguardo de oleaje por viento.
Presas de Gravedad: Se permiten vertidos accidentales. NC > Máximo (NAP + Resguardo de oleaje por viento; NAE).
Presas de Materiales Sueltos
Ventajas e Inconvenientes
Ventajas: Economía de costes y plazo de ejecución. El desarrollo de la maquinaria de construcción hizo muy competitivas este tipo de presas frente a las de fábrica. Son aptas para valles abiertos con cerradas de baja capacidad portante. Para su construcción se empleará el material de construcción existente en la zona, a poder ser del vaso del embalse.
Inconvenientes: Seguridad. Las presas de materiales sueltos no permiten el vertido por coronación, pues erosiona la presa hasta su rotura. Los aliviaderos deben discurrir por las laderas de la cerrada, para evitar que el desbordamiento afecte a la seguridad de la presa, esto supone un incremento de coste.
Clasificación de Presas de Materiales Sueltos
Se clasifican en:
- Presas Homogéneas: El terraplén está constituido por un solo material, que tiene la doble misión estructural (estabilidad y resistencia) e impermeabilidad. El material del cuerpo de presa debe ser suficientemente impermeable.
- Presas Heterogéneas: El terraplén cumple la misión estructural de absorción de cargas y transmisión al cimiento. La impermeabilidad se le confía a un núcleo o pantalla impermeable.
Componentes Clave
- Drenes: Son conductos de material filtrante que generan un camino preferente para el agua filtrada. Funciones:
- Descenso de la línea de saturación reduciendo las presiones intersticiales aguas abajo, aumentando así la estabilidad frente al deslizamiento.
- Controlar la filtración evitando que se produzca lavado del material del cuerpo de presa.
- El paramento de aguas abajo debe protegerse contra la acción erosiva de la lluvia con vegetación.
- El paramento de aguas arriba debe protegerse contra la acción erosiva del oleaje por medio de un manto de escollera (RIP-RAP).
- Bermas: Se pueden construir cada 10 o 20 m de altura de la presa, dotándolas de cuneta para canalizar las aguas. Son convenientes en presas altas para:
- Facilitar el tránsito durante la construcción.
- Permitir reparaciones posteriores.
- Mejoramiento de la estabilidad.
- Filtros: Será necesario interponer entre las diferentes capas de material capas de filtro para evitar el lavado del material más fino y los consiguientes problemas de sifonamiento.
- Pantalla impermeable vertical: Para reducción de filtración bajo el cuerpo de presa. Su penetración puede ser parcial o total en el estrato permeable. Liberan todo el cuerpo de presa de presiones intersticiales. Situar la pantalla aguas arriba toda la presa resiste el empuje y el peso del agua sobre el paramento de aguas arriba aumenta su estabilidad. El plinto es una estructura que se ancla en el terreno y sirve para apoyar la pantalla impermeable.