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Tesis:

Efecto del diseño del trampolín de lanzamiento en presas sobre la erosión del cauce

  • Autor: PELLEGRINO, Raffaella

  • Título: Efecto del diseño del trampolín de lanzamiento en presas sobre la erosión del cauce

  • Fecha: 2021

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

  • Departamentos: INGENIERIA CIVIL: HIDRAULICA, ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/68979/

  • Director/a 1º: TOLEDO MUNICIO, Miguel Ángel

  • Resumen: En el presente trabajo tiene como objetivo la definición de criterios para conocer la posición, forma y dimensiones del cuenco de erosión potencial aguas abajo de los trampolines de lanzamiento, y determinar si la erosión resultante puede llegar a afectar a la propia estructura del trampolín. Para ello fue necesario cubrir dos propósitos: el primero proponer una metodología que permite determinar el caudal de inicio del lanzamiento, teniendo en cuenta la curvatura del trampolín, lo que se consigue mediante la intersección de dos curvas, por analogía con un sistema de impulsión de agua: la curva característica del canal de descarga y la curva característica del trampolín; y el segundo proponer una metodología que permite determinar la posición, tamaño y forma del cuenco de erosión, para un determinado caudal de lanzamiento, en función de las características geométricas del trampolín. Conocer el caudal de inicio de lanzamiento es de particular interés porque permite establecer la posición del punto de impacto más próximo al aliviadero, y normalmente de la misma presa. Con el presente estudio se ha demostrado que ese caudal depende no solo de la profundidad z del trampolín, sino también de su radio R. Si el proyectista desea un caudal de inicio de lanzamiento elevado, en la fase de diseño y en función de las condiciones hidráulicas, debería usar un ángulo de lanzamiento elevado y un radio pequeño. Además, el trampolín para caudales pequeños podría funcionar también como cuenco de resalto; será decisión del proyectista elegir dónde disipar dichos caudales pequeños y frecuentes, si en el cauce del río o en el trampolín. La decisión dependerá de las características geológica del río y también de la necesidad y de los costes de realización de un cuenco pre-excavado. Establecer a priori la posición del cuenco de erosión aguas abajo de un aliviadero tipo trampolín, permite controlar la zona de impacto cuya forma y tamaño dependerán tanto de la geometría del trampolín como de los caudales de funcionamiento. Que lleguen o no a alcanzarse las dimensiones estimadas depende de las características geológico-geotécnicas del área de impacto. Se ha observado que cuanto mayor es el ángulo de lanzamiento, en el rango de ángulos ensayado, mayor es la profundidad de erosión, y la forma del cuenco de erosión se aproxima más a una circunferencia; con ángulos menores los cuencos son más alargados y menos profundos. El objetivo final es proporcionan unas fórmulas empíricas para establecer la posición, tamaño y forma del cuenco de erosión en función de las características geométricas del trampolín, lo que permite analizar la potencial afección de la erosión a la estructura del trampolín, y puede servir de base para el diseño de un cuenco pre-excavado. ----------ABSTRACT---------- This work aims to define criteria to know the position, the shape, the dimensions of the scour basin downstream of the sky-jump spillway and determine whether the resulting erosion can affect the trampoline structure itself. To do this, it was necessary to cover two purposes: the first proposed methodology allows to determine the flow rate for the initiation of the jet, taking into account the radius of curvature of the trampoline, which is achieved by the intersection of two curves, by analogy with a pump operating point: the chute characteristic curve and the flip bucket characteristic curve; and the second proposed methodology that allows determining the position, the size and the shape of the scour basin, for a specific operating flow, depending on the geometric characteristics of the trampoline. Knowing the flow rate for the initiation of the jet is of particular interest because it allows establishing the position of the impact point closest to the reliever and usually of the same dam. This study has shown that this flow depends not only on the depth of the flip bucket (z), but also on the bucket radius. If the designer desires a high flow rate for the initiation of the jet flow, a high lip angle and the minimum radius compatible with flow conditions should be specified at the design stage. The here proposed formula should be used for considering the effect of the bucket radius. The proposed method of the characteristic curves might be used for determining the flow rate for the initiation of the jet flow. It is a decision of the designer to choose where to dissipate the low and frequent discharge flows: in the riverbed or inside the flip bucket. The decision should me made taking into consideration the geological characterization of the riverbed and also the need and cost of implementing a pre-excavated basin. Establish a priori the position scour basin downstream od sky-jump spillway, allows to control the impact zone whose shape and size will depend on both the geometry of the trampoline and the operating flow rates. With or not, the estimated dimensions are reached on the geological-geotechnical characteristics of the impact area. It has been observed that the higher flip bucket angle, in the range of angles tested, the greater the erosion depth, and the shape of the scour basin approximates better to a circumference; with smaller angles, the scour basin are longer and shallower. The goal is to provide empirical formulas to establish the position, the size, and the shape of the scour basin based on the geometric characteristics of the flip bucket, which allows analyzing the potential condition of erosion to the structure of the trampoline and can serve as the basis for the design of a pre-excavated scour basin.