Evaluación cualitativa del comportamiento hidráulico de presas de control o retención de sedimentos, abiertas y cerradas, a través de la realización de modelaje físico

Abstract

El presente trabajo especial de grado tiene como propósito estudiar, a nivel cualitativo, el comportamiento hidráulico de presas para el control o retención de sedimentos, abiertas y cerradas, ante aludes torrenciales y condiciones de escorrentía normal mediante un modelaje físico. El estudio se realizó en un canal experimental, en el Edificio Laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela. Se ensayaron tres tipos de presas; cerrada, con ventanas y con ranura central, con tres pendientes del fondo del canal (3, 5 y 7%) y dos densidades de mezcla de lodo (1,25 y 1,42 gr./cm3), con el objeto de comparar sus cualidades: vacías y colmatadas y establecer las condiciones de su efectividad en la detención de lodos con base en dichas variables. Se determinó que, tanto en presas vacías como colmatadas, se forma un resalto hidráulico producto del choque del lodo con la misma, que disipa una parte de la energía del flujo. Como consecuencia del almacenamiento temporal, producido por la presa, se reduce el caudal pico de la creciente, se propicia detrás de la presa la sedimentación y queda así reducida la concentración del flujo hacia aguas abajo. En todas las pendientes (3, 5 y 7%) pasa parte del lodo por encima de la presa por efecto del choque. La cantidad de lodo que pasa por encima de la presa aumenta con la pendiente, al igual que la altura del resalto. Para pendiente del canal de 7% la situación se hace crítica pues la cantidad que pasa por encima de la presa parece ser excesiva. La densidad del lodo parece dejar de ser una variable importante cuando las presas están vacías a partir de 7% de pendiente y cuando están colmatadas para todos los valores de pendiente. Las presas abiertas, de ventanas y ranurada, retienen el lodo por un tiempo limitado y lo liberan de forma continua y constante, en la medida que continua el escurrimiento, posterior a la creciente. De acuerdo con lo observado, se puede concluir que todos los tipos de presa actúan como buenos disipadores de energía. Además, que las presas abiertas son igualmente efectivas en la detención de aludes torrenciales que las presas cerradas, con la diferencia de que desalojan la mayor cantidad del flujo y no se colmatan tan rápidamente como éstas últimas. Si consideramos que en el Estado Vargas actualmente predomina el arrastre de sedimentos (material removido por el deslave de 1999) a la formación de aludes torrenciales, resulta más eficiente el uso de presas abiertas en lugar de cerradas, pues ameritan menores costos de mantenimiento o limpieza (remoción de sedimentos). Con esto no se concluye que las presas cerradas no sean eficientes, sino que se deben colocar en sitios específicos, como por ejemplo donde se necesite reducir la pendiente del cauce. Si se utilizan para detener aludes torrenciales se debe estar consciente de que es necesario hacerle mantenimiento o dragado periódico para que resulten realmente efectivas. Entre las presas abiertas, es más efectiva la presa de ventanas que la ranurada, pues si bien ambas propician acumulación de sedimentos detrás de la presa, que reduce la pendiente y disminuye la velocidad del alud torrencial, antes de llegar a la misma, el hecho de que tenga mayor número de aberturas propicia el desalojo más rápido de la matriz fina. Esta matriz es la que transporta los grandes peñones responsables de los mayores daños. Si esta matriz es removida del alud, se inmovilizan los grandes peñones antes de que lleguen a las poblaciones asentadas aguas abajo. Sin importar la densidad del lodo y el tipo de presa, para pendientes mayores a 7% no se aplica el uso eficiente de una sola presa de retención de sedimentos. Será necesario el uso de más presas u otro dispositivo adicional para la detención efectiva de un alud torrencial. Por último, se recomienda en el Estado Vargas el uso de presas abiertas con gran número de aberturas. Por tener este Estado pendientes en sus cauces mayores a 7%, se recomienda la construcción de gran número de ellas. Una sola no es suficientemente efectiva.