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En una presa se pueden presentar desagües a diferentes alturas, pero aparte de las tomas de explotación, que son por lo general intermedias, se disponen con frecuencia de uno o más en la profundidad de la presa, denominados desagües o descargadores de fondo, que son una estructura de seguridad y control. A veces son acompañados por otros a media altura de la presa, denominados intermedios o de medio fondo, según sea el caso.
En el presente documento veremos el estudio de los descargadores de fondo o desagües de fondo, los cuales tienen como misión verter directamente o indirectamente al río los caudales de agua provenientes del embalse de la presa, a través de canales o conductos desde una cierta profundidad, independientemente de las condiciones de servicio de la presa o de los aliviaderos.
Se denominan descargadores de fondo aquellos que están por debajo de los umbrales de los aliviaderos de superficie y de otros desagües.
Podremos ver qué condiciones se tienen en cuenta para su posición, ubicación y utilización en las presas, teniendo en cuenta su control, factibilidad, funcionamiento y mantenimiento.
Para el estudio de los descargadores de fondo se recurren a diferentes apuntes, información digital y libros disponibles en la actualidad y relacionados al tema, destacando el libro “Boreau of Reclamation - Proyecto de Pequeñas Presas” como guía principal.
A partir de la mitad del siglo XX los desagües de fondo fueron adquiriendo mayor importancia, ya que antes no se conocía su utilidad y hasta se la desacreditaba. Con los años se comprobó, a partir de varios hechos ocurridos, que son indispensables en la mayoría de los casos, como medios de control, seguridad y mantenimiento de las presas.
== 1. Funciones y propósitos ==
Se entiende que el propósito fundamental de los desagües de fondo, por principio, es la capacidad de poder descargar el embalse sin importar el nivel del agua, de tal manera de vaciarlo total o parcialmente, regular el nivel del embalse, controlar crecidas y avenidas grandes, dejar un caudal ecológico para el cauce y lavar los sedimentos sólidos que pudieron acumularse aguas arriba de la presa. También pueden complementarse o adicionarse otras funciones de mayor o menor importancia para la obra.
En resumen, las funciones que cumplen los descargadores de fondo, son las siguientes:
* Vaciado del embalse hasta la cota de desagüe y regulación del nivel del agua.
* Garantizar un caudal ecológico al río inmediatamente aguas abajo de la presa.
* Limpieza de los sedimentos acumulados en el fondo aguas arriba del embalse en la proximidad de la presa.
* Colaboración en el control del río en la última fase de la construcción.
* Desagüe y control en prevención de grandes avenidas, en conjunto con los aliviaderos.
== 1.1. Regulación del nivel de agua y vaciado ==
Diariamente el embalse va variando su volumen debido a las entradas y salidas de caudales que se dan en él. Pero puede ocurrir que en determinadas situaciones se necesite bajar el nivel del agua para:
* Disminuir el empuje hidrostático que produce el agua sobre el talud agua arriba ante un comportamiento anormal del mismo o de la presa.
* Reducir las filtraciones que se dan a través de la presa y de su fundación.
* Disminuir el nivel del agua para amortiguar avenidas grandes o partes de ellas.
El empuje hidrostático es muy sensible a la variación del nivel de agua, por lo que una pequeña disminución de éste, provoca que el empuje varíe considerablemente, con lo cual, sólo basta disponer de un aliviadero superficial para conseguirlo en casos normales; pero cuando en la presa es detectado un comportamiento anormal se requiere de un fuerte y rápido descenso del nivel, sólo posible mediante descargadores de fondo. Además, el accionar de los mismos se vuelve más importante cuando el aliviadero superficial no puede responder ante la emergencia por encontrarse el nivel del agua por debajo de su umbral.
En cambio, las filtraciones son menos sensibles al descenso del nivel de agua. Por lo que, si mi filtración tiene una entrada alta en la presa, ésta puede disminuir totalmente o parcialmente ante un cambio de nivel. Sin embargo, si la entrada de la filtración está en el fondo, requerirá un fuerte descenso para disminuirla o para inspeccionar su origen, exigiendo la acción de los desagües de fondo.
Siempre que se necesite hacer una revisión, inspección o reparación de la presa, se requerirá vaciar el embalse para realizar las tareas; éste vaciado, es llevado a cabo mediante los descargadores de fondo.
El control del nivel de agua del embalse mediante los descargadores de fondo es una función secundaria por lo general, ya que es recomendable en la mayoría de los casos, que el control del nivel sea a través del aliviadero superficial, debido a que, en éste, una variación en la altura, manifiesta un incremento porcentual importante en los caudales para la evacuación de avenidas. En cambio, para la misma variación de altura en los descargadores de fondo, solo se verá incrementado el caudal de erogación mínimamente. Siempre hay que tener en cuenta la seguridad y funcionalidad de los aliviaderos para la evacuación de grandes caudales, teniendo presente las ventajas de los aliviaderos superficiales ante los desagües de fondo.
Los descargadores de fondo se hacen particularmente necesario durante los primeros llenados del embalse, ya que se realizan las primeras pruebas y observaciones de la presa a determinados niveles mediante diferentes etapas sucesivas, que duran días o semanas, hasta llegar a la cota de diseño. Esto es así, ya que, ante una eventual falla o presencia de anomalía en la presa, se puede actuar con rapidez para solucionar el problema, por lo general, se baja el nivel del agua mediante los desagües de fondo.
El vaciado de prevención que se hace en el embalse antes de la llegada de una crecida, puede ser realizado perfectamente mediante el aliviadero superficial, pero cuando la capacidad de éste se ve limitada, entran en funcionamiento los descargadores de fondo que complementan al primero en la descarga de caudales.
== 1.2. Entrega del caudal ecológico ==
Los desagües de fondo suelen cumplir la función de entregar al río un caudal ecológico para la preservación de las biodiversidades aguas abajo de la presa, como también, aportar los valores ecológicos necesarios para el cauce, tales como:
* Los hábitats naturales que cobijan una riqueza de flora y fauna.
* Las funciones ambientales como dilución de polutantes o contaminantes.
* Amortiguación de los extremos climatológicos e hidrológicos.
* Preservación del paisaje.
Todo proyecto de presa debe considerar la conservación del caudal ecológico aguas abajo de la obra, para evitar la alteración de los corredores ecológicos constituidos por los cauces.
En la actualidad se tiene bien presente de la importancia de ello, con lo que pasó a ser una de las principales funciones de los descargadores de fondo en presas de almacenamiento. En cambio, en las presas con centrales hidroeléctricas, éstas son las encargadas de proporcionar el caudal ecológico, al menos que por alguna razón la central quede detenida, en ese caso, los desagües de fondo proporcionarán el caudal.
== 1.3. Lavado de sedimentos ==
Los descargadores de fondo tienen como función, limpiar la acumulación de sedimentos sólidos aguas arriba de la presa, siendo obvio que depende del caudal sólido que aporte el río. Algunos no poseen partículas sólidas en suspensión ni arrastran material, lo cual hace que sea poco el caudal sólido o no llegue a existir; pero en el caso contrario, nos encontraremos con ríos que son muy “sucios”, ya que llevan tanta cantidad de material arrastrado y en suspensión, que es necesario hacer una limpieza del fondo del cauce aguas arriba.
La limpieza de los depósitos sólidos se realiza por arrastre y erosión, por lo que se precisa una velocidad mínima de agua para ello, según las características de los granos, su cohesión y grado de consolidación.
La entrada del caudal a los desagües de fondo, por lo general, presenta una alta velocidad de la corriente, lo cual hace que las líneas de corrientes estimativas (Figura 1) tengan una cierta rigidez, y que en los bordes de los desagües se creen remolinos. A medida que nos alejamos de la entrada del desagüe, las líneas se van ensanchando, y disminuyendo la velocidad, lo cual decrece la capacidad de arrastre. En la entrada, la velocidad suele ser muy elevada (unos 40 m/seg para 80 m de carga, por ejemplo), aunque a una cierta distancia de la boca, la velocidad será incapaz de mover los sedimentos. Por debajo de 2 m/seg sólo se arrastrarán materiales finos y a partir de 1 a 0,5 m/seg no habrá arrastre de ningún tipo prácticamente. Se tiene que tener en cuenta que la distancia a la que la velocidad no es eficaz depende de la velocidad máxima y de las dimensiones del desagüe.
El lavado de los sedimentos será como el representado en la figura 2, donde se aprecia el límite de erosión por efecto de la velocidad (L.E.), pero la limpieza se extiende más allá de éste, debido a la pendiente del talud natural del cauce, que suele ser bastante tendido, por estar formado por materiales finos (los granos más gruesos se depositan antes, en la cola del embalse).
La sedimentación es un proceso continuo en el tiempo, por lo que irá adquiriendo sucesivos niveles (N1; N2; Nn), siempre limitados por el talud natural.
Se comprende así, el interés de funcionar con los descargadores con plena apertura, para lograr el mayor y mejor efecto de erosión (más velocidad y mayor caudal de arrastre). Esto está limitado con frecuencia por la pérdida, disponibilidad o sobrante de agua en el embalse. Por lo general siempre se sigue la norma de esperar a que se produzcan sobrantes para realizar los lavados de sedimentos, pero en ocasiones, esto quiere decir esperar un tiempo suficientemente largo como para que se desarrolle una consolidación excesiva de los sedimentos, lo cual puede dejar fuera de funcionamiento o anulados los descargadores de fondo, situación a la que no hay que llegar. Por ello, se aconseja hacer una descarga de seguridad cada cierto periodo (meses o años), de un reducido volumen en un tiempo mínimo de actuación, de tal manera de prevenir la consolidación o aterramiento.
== 1.4. Colaboración en el cierre del desvío del río ==
Esta función, aunque puntual, circunstancial y limitada a un período breve al final de la construcción, puede ser fundamental para facilitar la anulación del desvío del río y poder pasar a la fase de llenado del embalse. La misma consiste en tapar el desvío del río y comenzar a hacer pasar el caudal del mismo mediante los descargadores de fondo aguas debajo de la presa, de tal manera que permite controlar el caudal erogado, pudiendo ir llenando el embalse de forma segura.
Es más, muchas veces el desvío del río es utilizado luego como descargador de fondo, lo que exige hacer unas obras de adaptación. Sólo en las de materiales sueltos puede ser adecuada esa adaptación para resolver el problema que plantea atravesar la presa con el desagüe, en presas de hormigón esto no se da, ya que es más costoso la adaptación que la instalación del desagüe de la presa.
== 2. Consideraciones de diseño ==
== 2.1. Posición de los descargadores de fondo ==
En presas pequeñas, generalmente, sólo existen los desagües de fondo, y rara vez se completa con otros intermedios. Como hemos visto, los desagües de fondo, salvo excepciones, no suelen faltar, porque al estar por debajo de los demás aliviaderos o desagües, cumple indiscutiblemente con el objetivo del vaciado total del embalse.
Los desagües de fondo se tienen que posicionar por debajo de los demás aliviaderos, desagües y tomas que puede llegar a tener la presa, y lo más profundo posible de la misma (Figura 3). Esto último debe entenderse con cierto relativismo, ya que, a pesar de estar en el fondo del cauce, siempre hay que disponer de un margen de altura sobre el lecho del fondo del cauce, para que los primeros sedimentos acumulados no obstruyan o perturben el funcionamiento de los descargadores, así se tiene un cierto resguardo para los primeros tiempos de funcionamiento.
En lo general, se dispone de dos descargadores de fondo posicionados lo más profundo posible de la presa y que sea factible, teniendo en cuenta siempre los demás desagües y tomas de agua que existan o se proyecten. Se propone, por condiciones de seguridad, proveer a las presas como mínimo de dos descargadores de fondo, ya que si uno de ellos tiene algún problema mecánico, se obstruye u otro motivo por el cual no pueda funcionar, el otro pueda seguir funcionando hasta que se resuelvan los inconvenientes.
== 2.2. Disposiciones de los desagües ==
Por lo general, los desagües suelen ser una estructura en forma de cajón o de conducto, de hormigón o metal, que atraviesan la presa o que están enterrados situados en un estribo de la presa o rodeándolos. Los descargadores de fondo tienen la particularidad de que trabajan totalmente o parcialmente a presión en su longitud, según sea el caso de diseño.
Si los desagües se colocan a través de la presa (Figura 4, caso b), puede utilizarse una estructura de tipo cerrado consistente en una o varias unidades de tubo, o en un conducto cajón, también se los puede disponer debajo del terraplén de la presa. El caudal en tales situaciones será controlado mediante compuertas o válvulas. Aguas abajo de la presa, en la salida de los descargadores, se tendrá que proveer de un cuenco amortiguador de energía, ya que las altas velocidades de salida generalmente lo requieren.
También cuando se utiliza un túnel de desviación durante la construcción de una presa, suele ser posible, o es proyectado, convertir el túnel en un conducto de desagüe de fondo (Figura 4, caso a). Además, en la mayoría de los casos, dicho túnel estará perforado en roca de buena calidad, lo que permite dar un mínimo de revestimiento de protección al mismo, y la boca de salida del túnel, al estar a una distancia aguas abajo considerable de la presa, no requiere de un disipador de energía, disponiéndose de un deflector solamente para direccionar el agua al río.
== 2.3. Condiciones que influyen en el proyecto ==
Como hemos visto, una presa y su proyecto de desagües de fondo, está influenciado por numerosas condiciones, tales como necesidades hidráulicas, factibilidad de funcionamiento según su posición, relación con los demás desagües o aliviaderos, métodos constructivos y el aprovechamiento de las obras.
En algunas obras, debido a la proximidad del aliviadero con los desagües de fondo, permite que se los puedan combinar mutuamente en alguna parte de la obra. Por ejemplo, se puede proyectar al aliviadero y los desagües de tal modo que los caudales de salida que pasan por ambas estructuras, desemboquen en un cuenco amortiguador en común (Figura 5). Otro ejemplo sería, unificar el conducto de salida de caudales de ambos sistemas en una sola estructura, hasta llegar al disipador de energía (Figura 6, caso c).
La geomorfología del lugar de emplazamiento de la presa puede tener una gran influencia en la selección del tipo de desagüe de fondo. Algunos lugares serán apropiados para que los desagües vayan enterrados mediante conductos (Figura 6, casos a y b), en otros casos donde el terreno no lo permita, se tendrá que analizar otra solución, como atravesar la presa (Figura 6, caso d). Si en cambio, estamos en el caso de que la presa se emplazará en un estrecho formado por montañas, se puede realizar el desagüe mediante un túnel en uno de los extremos.
A su vez, no hay que olvidar que una de las funciones de los desagües de fondo es la de arrastrar los sedimentos y dejar libre la entrada del canal, por lo que hay que tener en cuenta que los mismos se tienen que posicionar cerca o junto a las tomas de explotación, para cuidar de que éstas no se obstruyan o arrastren sedimentos que las puedan destruir.
== 3. Constitución de los desagües ==
En los descargadores de fondo, las compuertas y válvulas de control son los factores determinantes para establecer la capacidad de desagüe. Sin embargo, como la descarga se efectúa por medio de una tubería o conducto en carga, el caudal descargado está determinado tanto por su sección como por la admisión del dispositivo de control. La sección total de los desagües se determina teniendo en cuenta la carga y pérdidas hidráulicas, como también el caudal que es necesario desaguar. También dependiendo del tipo de boca que disponga nuestro conducto, hará variar las pérdidas de carga o mejorar el rendimiento hidráulico. En consecuencia, la determinación del proyecto más factible y económico puede exigir estudios comparativos de todos los elementos involucrados en los desagües.
Ya establecidos los elementos principales, se podrán analizar los elementos adicionales para completar el proyecto de los descargadores de fondo. Esas estructuras pueden ser las rejas de peces o seguridad, plataformas de control o trabajo, canal de salida, disipadores de energía, etc.
== 3.1. Conductos ==
Los descargadores deben disponer de una reserva en caso de fallo, ésta reserva se compone de dos conducciones en paralelo, como se mencionó anteriormente; el túnel final, si lo hay, puede ser único, pues la seguridad de funcionamiento se refiere a los órganos de cierre, que son los falibles.
Cada una de las dos conducciones paralelas está constituida por dos órganos de cierre en serie y un conducto de unión entre ellos con la eventual prolongación hasta la entrada o salida. El cierre de aguas abajo es el de funcionamiento normal o de control; el de aguas arriba es de reserva o de seguridad. Independientemente de los tipos de cierre, las disposiciones posibles son:
* Dos conductos en paralelo, cada uno con dos elementos de cierre en serie (Figura 7, casos a y c).
* Dos conductos en paralelo, con cierres de control separados y con un cierre de seguridad común (Figura 7, caso b).
Los cierres pueden situarse en cualquier otro punto de la conducción, pero manteniéndose siempre las posiciones relativas entre ambos, es decir, que el de control esté aguas abajo. Todas las operaciones normales se realizan con el cierre de control, que es el que abre o cierra el paso del agua.
El elemento de seguridad funciona en conjunto con el de control, cerrados ambos, sin paso de agua y con presiones equilibradas en sus dos caras. Pero si se da el caso de que ocurren filtraciones a través del elemento de control, al cabo de un tiempo, pueden variar altamente las presiones entre ellos, y al momento de volver a abrir los elementos puede ser perjudicial para la estructura, por ello se dispone de un bypass al cierre de seguridad (Figuras 7 y 8).
La estructura de bypass es una tubería de pequeño diámetro que comunica directamente el tramo de tubería entre cierres con el embalse y que dispone de una válvula, y cumple la función de equilibrar las presiones en ambas caras del cierre de seguridad.
== 3.1.1. Túneles ==
Los desagües se pueden materializar en túneles, siempre que las condiciones del estribo y del cimiento de la presa permitan su utilización, además de su economía con los demás tipos. Por ejemplo, este método se puede utilizar con la combinación del túnel de desviación del río (Figura 9).
Un túnel tiene la ventaja de que no está en contacto directo con la presa y por ello presenta una disposición más segura y duradera que la que se puede conseguir con un conducto enterrado. Cuando un túnel está perforado sobre uno de los estribos, una falla en él, puede no significar una falla directa sobre la presa, ya que las filtraciones o movimientos de la estructura serán mínimos y menos peligrosos para la misma. Esto en cambio no es tan así en un conducto que atraviesa la presa.
En la mayoría de los casos, los túneles a través de una roca sana no necesitan armadura de revestimiento para soportar las acciones de las presiones hidrostáticas internas, tan solo un revestimiento de hormigón, ya que la roca puede aguantar normalmente estas tensiones. En cambio, si la roca es más débil se puede disponer de un revestimiento con armadura.
La sección hidráulica y estructuralmente más adecuada para un túnel a presión es la circular, aunque en ocasiones se utilizan secciones en herraduras. Además, no es aconsejable que el túnel tenga un diámetro menor a 1,80 m, por cuestiones prácticas.
== 3.1.2. Enterrados ==
Cuando la conducción es enterrada, es decir que ésta pase por debajo o a través de la presa (Figura 6, casos a y b), han de emplearse criterios de proyectos conservadores y seguros. El proyecto y construcción inadecuada de muchos conductos enterrados han provocado numerosas roturas de presas de tierra, lo cual ha demostrado la importancia de los coeficientes de seguridad en los mismos.
Cuando se utilice este tipo de estructura, es idóneo elegir el mejor cimiento donde poder emplazarlo, ya sea donde los suelos tiren buenos datos de asentamientos admisibles, desplazamientos verticales y laterales como consolidación. En el caso de que exista un lecho rocoso de buenas características mecánicas, lo ideal es emplazar allí los conductos de desagüe de fondo, los cuales por lo general son de hormigón reforzados con acero. Todos estos parámetros se deben analizar detenidamente y determinar los métodos constructivos de los mismos, ya sea si se utilizará el terreno natural, si se excavará o tratarán los suelos, siempre teniendo en cuenta que los asentamientos máximos se darán en el punto de máxima altura del terraplén de la presa.
Las tuberías enterradas deben estar construidas con suficiente robustez para soportar la carga del relleno que las recubre, además, deben resistir una carga hidrostática interna igual a la altura del agua total del embalse.
== 3.1.3. A través de una presa de hormigón ==
Cuando la presa lo permite, es decir, cuando la misma sea de hormigón, se pueden materializar los descargadores de fondo a través de la estructura de la presa. En la mayoría de los casos se proyecta para que la presa pueda albergar a los conductos de los desagües de fondo (Figura 6, caso d), éstos pueden ser de hormigón, acero o mixtos.
Éste tipo de instalaciones tiene la ventaja de que al no tener enterrados los conductos, éstos funcionan en conjunto con toda la estructura de la presa de hormigón, y se pueden prevenir los asentamientos indeseados o los problemas con los suelos malos. Por otro lado, tiene la desventaja de que su construcción es compleja y tiene que ser bien ideada, ya que un error en la estructura de diseño también puede repercutir en toda la presa.
== 3.2. Elementos de cierre ==
La tipología de los elementos hidromecánicos de cierre varía fundamentalmente con las dimensiones y sigue dos líneas fundamentales que, a su vez, pueden desarrollarse según distintos tipos.
* Válvulas: El elemento de cierre forma una continuidad con el conducto en presión y se mueve en su interior.
* Compuertas: El órgano de cierre es exterior al conducto y se introduce en él para cerrar.
Las válvulas son propias de desagües moderados o medios, y las compuertas de los grandes. En algunos desagües puede haber una compuerta de seguridad y dos o más de control, pero no al revés.
== 3.2.1. Válvulas ==
Las válvulas pueden ser de los siguientes tipos principales:
* De aguja o anillo.
* De mariposa.
* De compuerta.
* De chorro hueco o hueco cónico.
Las dos primeras sólo se usan hoy en tomas de explotación, por ese motivo, se las menciona simplemente para saber sobre su existencia. Los otros dos tipos son los más usados en la actualidad para los descargadores de fondo.
La válvula compuerta consiste en un tablero metálico circular o rectangular (según la sección del descargador) que puede subir o bajar (Figura 10), de forma que en la primera posición desaparece totalmente del conducto y en la segunda lo aloja en una cámara cerrada unida al cuerpo fijo de la válvula, para que el conjunto resulte estanco. El movimiento se transmite a un vástago vertical unido a la compuerta, bien por medio de una cremallera o por un pistón que le transmite una presión de aceite. En el primer caso (que no es el de la figura), al subir la compuerta, el vástago-guía sobresale por encima de la cámara, y se hunde en ella al bajar; para asegurar la estanqueidad, el orificio de la cámara está provisto de un prensa-estopas, que es un órgano de impermeabilización que permite el movimiento deslizante del vástago sin salida de agua, ya que en la cámara está a presión. La válvula se aloja en una caseta exterior o en una cámara interior a la presa o subterránea. Es importante tener en cuenta que esta válvula requiere una altura algo mayor que el cuádruple que de la compuerta (con cremallera), porque se suman las alturas de la compuerta, de la cámara, del vástago y por montaje y manipulación de los elementos; con un mecanismo de pistón, la altura total ha de ser mayor a tres veces la de la compuerta.
El funcionamiento de éste tipo de válvulas es de cierre o apertura totales. Sólo se da su funcionamiento parcial transitoriamente durante las operaciones de cierre o apertura de la misma. En realidad, ésta válvula se presta a trabajar con cierres parciales, pero como la idea de los descargadores de fondo es el vaciado del embalse, ésta válvula funciona bien para esa tarea ya que al estar completamente abierta forma una perfecta continuidad con el resto del conducto. Puede ser utilizada como cierre de seguridad y control, instalándolas en serie en cada conducto.
La válvula de chorro hueco (Figura 11) es la más usada y consiste esencialmente en un cilindro fijo al final del conducto en presión en cuyo extremo y a cierta distancia hay un cono unida a aquél, de forma que, al chocar con el cono, la corriente pasa de circular a anular, contorneando éste. La corriente puede ser regulada mediante un manguito cilíndrico móvil exterior al cilindro fijo que se desliza paralelamente a su eje. Esta forma de movimiento permite una operación suave de apertura y cierre, e incluso el funcionamiento con cualquier abertura, lo que es una ventaja. La válvula está siempre diáfana, sin obstáculos, si bien con mayor o menor sección anular, según la posición del manguito, y por tanto apta para descargar con carga.
El chorro lanzado por la válvula se dispersa intensamente al chocar con la presión atmosférica, ya que por su forma anular tiene una gran superficie de contacto con el aire, tanto en su exterior como en el interior. Esto permite amortiguar mejor la energía cinética que acarrea el agua al final del conducto. Por lo mismo, se requiere que el desagüe se haga al aire libre, ya que en un túnel el abanico de agua producido por el cono, choca con las paredes obstruyendo la aireación, siempre necesaria.
== 3.2.2. Compuertas ==
Con grandes dimensiones las compuertas están más indicadas a usos de mayores caudales. Estas son de dos tipos: verticales y de segmento, con la natural adaptación a su funcionamiento en profundidad.
Las compuertas verticales han de tener un buen rodamiento, porque su resistencia al movimiento es mayor, dada la intensidad del empuje hidráulico. Por eso, además de los rodamientos normales (de vagón) se emplean también los Stoney, aún más suaves. La rodadura Stoney (Figura 12) se coloca entre el perfil de apoyo de la compuerta y el carril de rodadura de guías, evitando mayores rozamientos.
Las compuertas verticales de seguridad pueden rodar sobre el paramento o talud aguas arriba o en el interior de un pozo, sea en la misma presa o en un estribo rocoso. En el uso como elemento de control, las compuertas verticales tienen algunas limitaciones: no pueden acoplarse al paramento aguas abajo, de forma que, si el desagüe está en la misma presa, las dos compuertas deberán colocarse seguidas o próximas una de otra, en el paramento aguas arriba o en un pozo de control.
Si el descargador es independiente de la presa, estas limitaciones no existen y la disposición de las compuertas es más libre.
Las compuertas de segmento son cada vez más usadas, por los motivos de su suavidad de operación, al estar concentrado el empuje en el eje de giro, gran rigidez unida a una mayor ligereza estructural y ausencia de ranuras-guías.
Cuando la compuerta está dentro de la presa o en un túnel, necesita una cámara superior para alojarse allí en su posición abierta. Si se encuentra en el paramento aguas arriba, no la necesita ya que puede quedar al aire libre, teniendo los recaudos necesarios para materializarla.
Estas compuertas pueden usarse tanto como de control como de seguridad gracias a su flexibilidad de ubicación y a sus buenas cualidades de funcionamiento, además son aptas para aperturas parciales.
Las combinaciones más usadas son:
* Una compuerta vertical como seguridad y una de segmento para control.
* Una sola compuerta de segmento como seguridad y dos o más válvulas de chorro hueco en paralelo para fraccionar el caudal.
== 3.3. Pozos de ventilación ==
Los desagües que vierten al aire libre la tienen asegurada con amplitud, pero no así los que desaguan en túnel o conducto, que precisan una ventilación adicional que reponga el aire arrastrado por la gran velocidad del agua. La ventilación debe ser amplia e ingresar en el túnel lo más cerca posible del plano de salida del desagüe (Figura 6, caso a; Figura 14), para no dejar lugar a zonas muertas en la parte aguas arriba del chorro, imposibles de ventilar a contracorriente. La boca del pozo de ventilación o aireación, puede estar en cualquier punto, con tal que se asegure la buena entrada de aire limpio, sin arrastre de polvo o arena; además, debe protegerse para evitar la succión de personas o animales próximos al pozo.
El tipo de ventilación dependerá de las secciones del túnel y de los elementos de cierre a utilizar (válvulas y compuertas).
== 3.4. Rejas ==
Para proteger las compuertas y válvulas pueden disponerse unas rejas a la entrada de los conductos. Éstas están justificadas cuando en el interior algún elemento móvil pudiera verse atascado o averiado por sólidos que penetraran en el conducto.
Dada su misión, la separación de sus barrotes debe ser menor que la parte más estrecha de la compuerta o válvula a cubrir.
Empleadas con velocidades moderadas, las rejas pueden ser muy eficaces, siempre que se las acompañen con un dispositivo limpiador que las mantengan libres de los elementos que detienen (ramas, árboles, hojas, hielo, etc.).
Las rejas están formadas por barrotes metálicos de sección rectangular colocados con su dimensión mínima normal a la corriente, y verticales o con una suave inclinación respecto a la vertical. Cada serie de barrotes situados en una franja horizontal se apoyan en marcos metálicos. El conjunto tiene una disposición cilíndrica o troncocónica.
Pero cuando las velocidades son altas, la fuerte distorsión que producen se traduce en fuertes empujes sobre ellas y peligrosas vibraciones. Por ello, la tendencia actual es suprimirlas en los descargadores de fondo, compensando su ausencia con la diafanidad total de la sección del conducto y unas dimensiones amplias. Estas últimas aseguran que cualquier sólido podrá pasar sin dificultad.
== 3.5. Estructuras de salida y disipadores ==
La salida de un desagüe, ya sea a través de compuertas, válvulas o túnel en lámina libre, se efectuará a gran velocidad y, en la mayoría de los casos, en dirección prácticamente horizontal. En los conductos o túneles con superficie libre deben de emplear deflectores o trampolines para lanzar el caudal de gran velocidad más allá del pie de aguas abajo de la presa, si existe un lecho de roca resistente a la erosión en el cauce aguas abajo. Cuando el terreno sea de peor calidad, se debe instalar un dispositivo disipador de energía, que absorba la carga del agua antes de que ésta vuelva al río o cauce. El agua que sale de las compuertas o válvulas en el extremo del desagüe, adoptará generalmente, la forma de chorro que puede evacuar directamente al río (caso general de válvula de chorro hueco), en un cuenco sumergido aguas abajo del desagüe o en un cuenco con formación de resalto hidráulico.
En algunos casos, los descargadores de fondo requieren de canales de salida, estos son necesarios para llevar el caudal desde el extremo del desagüe a la zona aguas abajo del río, o a otro canal. Estos canales deben estar excavados con taludes estables o canalizados mediante hormigón, siempre tratando de resguardar lo mejor posible los efectos de socavación o erosión respectivamente.
== 4. Cuidados y mantenimientos ==
== 4.1. Cavitación ==
Como es sabido, la cavitación es un proceso físico de cambio de fase, de líquido a vapor. Éste es un proceso isotérmico: el líquido se evapora por disminución de la presión, sin la adición de calor.
El nombre de cavitación dado a este fenómeno es por la formación de cavidades o bolsas de vapor dentro de la masa líquida, que tiene efectos indeseables como disminución del rendimiento hidráulico, hasta poder llegar a erosionar las instalaciones.
Por este motivo, como en los descargadores de fondo se tienen velocidades muy altas y una energía mayor, y que además están sometidos en todo su recorrido al roce del aire y poseen poca rugosidad (hormigón o acero), es muy factible que ocurra cavitación en alguna parte del trayecto de la corriente.
En primer lugar, ha de cuidarse el abocinamiento convergente a la salida, para que la presión sea de tan solo unos metros a poca distancia de ella. De no ser así habría un riesgo casi seguro de cavitación en el último tramo en presión, que podría afectar al cierre más cercano.
También se tiene que prever la posible cavitación producida por las compuertas o válvulas que se proyecten y la disposición que tendrán dentro de los desagües.
== 4.2. Abrasión ==
En los desagües de fondo, suelen desaguar sólidos muy variados, y entre ellos puede haber arenas o limos duros de naturaleza angulosa; la alta velocidad hace más eficaz su efecto erosivo.
La protección más común y eficaz de los conductos de hormigón es la chapa de acero, por el doble motivo de su resistencia intrínseca y su menor rugosidad, que minimiza el roce con el agua. La chapa debe ser gruesa, para no vibrar con las alternancias de presión, y estar bien anclada al hormigón o reforzada con perfiles para evitar posibles despegues por efecto de las variaciones térmicas.
Aunque se suele suministrar siempre como protección de los conductos una chapa de acero, ésta resiste bastante bien a la velocidad del agua, pero acabará por desgastarse al largo tiempo. Por lo que es aconsejable proyectar el blindaje pensando en facilitar su sustitución, refuerzo o reparación si al cabo de algún tiempo fuera necesario.
Actualmente se han ensayado protecciones especiales, como los revestimientos de piedra natural, hormigones de árido duro, hormigones con fibras de acero, resinas de poliuretano y entre otros. Entre ellos tienen un buen futuro los revestimientos elásticos, que por su deformabilidad se adaptan bien y hacen efecto de muelle en las sobrepresiones y en la acción de las burbujas de aire en presión que lleva el agua. Lo cual tiene grandes ventajas frente a los métodos conservadores.
== 4.3. Conservaciones generales ==
Los descargadores de fondo tienen que tener un plan de mantenimiento de los mismos cada cierto período, que tiene que ser llevado a cabo por equipos técnicos y profesionales. Generalmente la frecuencia de inspección y control de los descargadores depende de las condiciones geomorfológicas de la cuenca, ya que, en algunos casos, hay presas en las cuales se producen grandes arrastres de sólidos por sus aguas, y en otros casos son escasos. En el primer caso, la frecuencia de inspección será mayor a la segunda.
Los períodos de control se hacen en meses o años. También se pueden realizar observaciones ante anomalías presentadas en la presa o en los conductos durante sus operaciones normales, como también así en sus compuertas o válvulas, haciendo de una tarea de emergencia la revisión.
En la actualidad, se disponen de submarinos no tripulados (ROV sumergible) controlados mediante control remoto y que están equipados con cámaras de video portátiles que permiten analizar, revisar y tomar información de las instalaciones totales de los descargadores de fondo, sin la necesidad de vaciar el embalse para realizar la tarea. Si en el proceso se observan problemas o peligros de las estructuras se deberá desarrollar y plantear la reparación de ellos.
== Conclusión ==
Se puede apreciar así, la importancia que tienen los descargadores o desagües de fondo dentro de las funciones de una presa. Esto mismo se notó en los últimos tiempos de construcciones de presas, ya que los descargadores de fondo adquirieron su rol y papel notorio que no lo habían tenido durante décadas y los cuales se desconocían, lo que llevó, que luego de varios hechos de fallas o problemas de las presas se los tomaran en cuenta.
Pudimos ver además que los descargadores de fondo son complejos y requieren de un exhaustivo estudio de todos los parámetros involucrados, de tal manera de proyectarlos bien para que funcionen y operen correctamente en la presa.
Por otra parte, tienen importantes funciones, una de las cuales, es primordial y única en su tipo, ya que permite el vaciado total del embalse o parcial del mismo, de forma de poder hacer reparaciones o inspecciones ante anomalías en las estructuras de la presa. Otra función importante es la de limpiar de sedimentos las tomas de explotación para que no se vean obstruidas en su funcionamiento normal. Por último, también se le dio la importancia ecológica que tienen los mismos, debido al movimiento mundial de la preservación del medioambiente en el que vivimos actualmente, ya que, al emplazarse la presa, los descargadores de fondo pueden aportar el caudal ecológico aguas abajo de la presa para la manutención del ambiente natural.
Para finalizar, hay que decir que es imprescindible disponer de los descargadores de fondo en una presa en la actualidad, ya que sin ellos se pueden afrontar problemas muy grandes en el futuro de la misma y de todas las instalaciones de la obra. Por ello deben ser correctamente dimensionados, diseñados y proyectados, teniendo todos los recaudos necesarios y suficientes en el proceso.
== Bibliografía ==
* PROYECTO DE PEQUEÑAS PRESAS (Edición en español de BUREAU OF RECLAMATION, Floyd E. Dominy, Commissioner, DESIGN OF SMALL DAMS, Estados Unidos, Washington D. C., 1960), España, Madrid, 1970, Editorial Dossat, Primera edición, pp. 345-395.
* TRATADO BASICO DE PRESAS TOMO I, Eugenio Vallarino Cánovas del Castillo, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, España, Madrid, 1998, Editorial Caapegraf/Visagrafic S.L., Cuarta edición, pp. 719-748.
* SALTOS DE AGUA Y PRESAS DE EMBALSE TOMO I, José Luis Gómez Navarro, España, Madrid, 1932, pp. 151-157.
== Véase también ==
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