Curso de Hidráulica Básica: el cálculo de los aliviaderos de presas

En el presente artículo trataremos uno de los aspectos fundamentales que se tratan en el Curso de Hidráulica Básica, se trata del cálculo de los aliviaderos de presas.

El aliviadero es la obra hidráulica de la presa propiamente dicha, pues su misión es conducir y transportar el agua excedente y disipar su energía al reincorporarla al cauce de forma que evite daños tanto a la propia presa como a las poblaciones y bienes aguas abajo.

En los aliviaderos se presentan todos los problemas de la hidráulica básica y en su máxima expresión y es la parte de la presa que da a la infraestructura un carácter esencialmente hidráulico que, de otra forma, habría quedado reducida a una pura estructura resistente.

Problemas fundamentales de la hidráulica básica en el diseño de un aliviadero

La concepción y el proyecto de los aliviaderos de una presa plantean los siguientes problemas fundamentales:

• Evaluación de la máxima avenida previsible, que será aquella para la que diseñemos el aliviadero.
• Características del conjunto embalse-aliviadero-cauce aguas abajo más adecuadas para hacer frente a la máxima avenida previsible y a otras que se produzcan con más frecuencia.
• Reparto de caudales a evacuar entre los distintos aliviaderos.
• Tipología idónea para cada uno de los aliviaderos.

Así como en una estructura hay que considerar las cargas que hay que soportar, en un aliviadero se debe tener en cuenta en primer lugar la evaluación de las avenidas que deberá controlar.

Pero al contrario que en las estructuras, cuyas sobrecargas son en general previsibles y controlables – por ejemplo, en un puente se puede fijar una sobrecarga límite – el caudal máximo que se puede producir en un cauce depende de una serie de circunstancias naturales aleatorias difíciles de predecir, sin límite determinado y totalmente fuera de nuestro control.

Otra diferencia con otras estructuras es que en éstas la acción de la sobrecarga es directa, mientras que la magnitud de una avenida natural no se traduce directamente en el caudal que ha de pasar por el aliviadero, sin que la acción del embalse absorbe y retiene parte de los caudales, lo que es decisivo para la fijación de la capacidad del aliviadero, normalmente menor que la punta de la avenida.

Partes que componen un aliviadero

Para un análisis completo del funcionamiento hidráulico del aliviadero, deberán tenerse en cuenta cada una de las partes del mismo, que repercutirán en su comportamiento hidráulico, en la relación de éste con la seguridad de la presa y en los criterios para la elección de la tipología idónea en cada caso. Son las siguientes:

•   La embocadura o toma de agua, que ha de tener la forma y dimensiones adecuadas para derivar el caudal de la máxima avenida previsible, o caudal de proyecto. Esta función hace que su buen diseño sea fundamental para la seguridad de la presa, pues un inadecuado proyecto limitaría el caudal y podría provocar el desbordamiento del embalse por encima de la presa.
•   La conducción o rápida, que cumple una función de mero transporte desde la embocadura a la obra de restitución al río. Los problemas de la rápida provienen de las altas velocidades, cuya pérdida de energía es a costa de la erosión del revestimiento.
• La obra de restitución, que tiene una misión complementaria y contraria a la toma, ya que devuelve al río el caudal derivado por ésta. Esta obra recibe el agua a gran velocidad y con alta energía, por lo que hay que amortiguarla en lo posible para evitar erosiones perjudiciales del cauce o la propia presa.

Olalla Mosquera, profesora del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas