Responsable técnico Gilberto Salgado Maldonado

ANTECEDENTES

El proyecto hidroagrícola de la presa de almacenamiento Santa María, sobre el río Baluarte y su zona de riego, se localiza en la planicie costera del sur de Sinaloa en la margen izquierda y derecha del río Baluarte, dentro de los municipios de El Rosario y. Este proyecto se considera de usos múltiples, ya que se podrán regar 24,250 ha, controlar avenidas y generar energía eléctrica.

La cortina de enrocamiento con cara de concreto (ECC), con capacidades; total de 980 hm3 (NAME), conservación de 811 hm3 (NAMO), útil de 722.8 hm3, NAMINO de 88.2 hm3 y azolves de 60 hm3.

Dos vertedores tipo abanico, sobre la margen izquierda del río. El gasto de diseño asociado a un periodo de retorno de 10,000 años, se distribuyen en 9841.782 m3/s, para el vertedor 1, cercano a la cortina, y 7037.645 m3/s, para el 2, NAME=196.5 msnm.
La obra de desvío se compone de las ataguías aguas arriba y aguas abajo de la cortina y tres túneles de 16 m de diámetro, con longitudes de 742.88 m, 818.48 m y 893.95 m, para conducir un gasto de diseño de 8,825 m3/s, asociado a un periodo de retorno de 50 años. El canal de llamada y descarga son tajos de sección trapecial, con taludes de 1:0.50, y un ancho de plantilla de 120.31 m y 111.11 m respectivamente. Durante la operación, uno de los túneles se utilizará como obra de toma y otro como desfogue de fondo.

DESCRIPCIÓN DEL MODELO

El objetivo del estudio fue verificar el funcionamiento adecuado de la obra, la capacidad suficiente para desviar el gasto de diseño, y recomendar las modificaciones requeridas para optimizar su funcionamiento.

La zona del prototipo que se representó en aproximadamente de 2.28 km de largo y 1.32 km de ancho, (24.81m y 14.28m en modelo para una escala 1:92). El gasto máximo requerido en el modelo es de 300 litros por segundo aproximadamente.

Representación en mampostería y concreto de 1.2 km de prototipo de la topografía aguas arriba para asegurar la condición de frontera en el acceso a la obra. Representación en acrílico de los tres conductos con canales de acceso y descarga.

RESULTADOS DEL ESTUDIO

Para las condiciones; topografía original sin cavernas para alojar las válvulas y operando los tres túneles, se midieron presiones y velocidades. Se observan perturbaciones y vorticidad importante a la entrada de las embocaduras, producida al parecer por el cambio brusco de dirección del flujo en el corte de la margen izquierda para formar el canal de acceso. Para continuar el análisis de este comportamiento, se requiere la topografía definitiva de esta zona.

El flujo dentro de los túneles tiene un comportamiento adecuado, no se aprecian fluctuaciones fuertes de la superficie libre del agua. Las presiones varían de 12 mca a -2.604. Las presiones negativas se presentan en la parte superior y en el intradós del túnel para gastos de 4,155 y 5,316 m3/s, cuando el conducto se encuentra parcialmente vacío. Dado que las presiones negativas están muy por abajo de la presión de vaporización, no presentan riesgo de cavitación.
A la salida del túnel, la descarga se presenta en forma libre y con velocidades altas, de hasta 17.24m/s para el túnel 3 y gasto de diseño, lo cual influye en el flujo dentro del canal de descarga, es decir la energía cinética que se requiere disipar es demasiado alta. Por lo anterior, las velocidades en el canal de descarga también son de valores similares.

Estas magnitudes si representan un riesgo importante en la socavación del canal, que a su vez puede dañar las estructuras de salida de los túneles. Por lo que se recomienda probar en el modelo configuraciones como; el cambio de pendiente del canal de descarga y estructuras disipadoras de energía.

Con topografía modificada en el canal de llamada y cavernas para alojar válvulas en los túneles 2 y 3, se obtuvo la relación gastos-elevaciones de la superficie libre del agua en el embalse aguas arriba para los tres túneles de la obra de desvío, funcionando individualmente y en conjunto. Para el gasto de diseño se requiere que el nivel del agua en el embalse alcance la elevación 116.29 msnm aproximadamente.

Se han observado perturbaciones del flujo de entrada sobre la topografía de la margen izquierda. Cuando los túneles empiezan a funcionar a tubo lleno, se presentan bolsas de aire atrapado principalmente por presencia de las bocatomas de la obra de toma, esto implica la entrada de aire de manera intermitente sobre estos túneles. Esta entrada de aire se mantiene hasta un cierto cuando la burbuja atrapada es sacada por los túneles 2 y 3, sin embargo, el túnel 1 presenta una fluctuación desde la entrada hasta casi el final del túnel donde hay una transición de funcionamiento de superficie libre a tubo lleno. Este tipo de perturbaciones generan esfuerzos dentro de los túneles que deben ser evaluados y considerados para evitar daños importantes.

Se observaron presiones negativas importantes en el muro convergente superior al final de las cavernas, en el momento en que un frente de flujo de vaciado se presenta hacia el extremo del túnel.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como una solución práctica a los vórtices que se presentan sobre las ranuras de las compuertas deslizantes, se ha probado en primer lugar modificar la topografía de la margen izquierda del canal de llamada, lugar donde se originan los vórtices que crecen conforme se aproximan a las embocaduras

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En las embocaduras se propone colocar las compuertas en las ranuras correspondientes sin que estas interfieran el paso del flujo dentro de los túneles, lo que permite mitigar el efecto de vórtices. Esta solución es solamente factible para los vórtices pequeños sobre las ranuras de las compuertas, no así para los vórtices que se presentan en el portal de entrada de las embocaduras, por lo que se tendrán que tomar otras acciones adicionales para mitigar estos vórtices, como colocar muros, crucetas o cualquier elemento que obstaculice el giro propio del vórtice.

Para el caso de las presiones negativas en las cavernas, se propone colocar conductos que aseguren el suministro de aire a la zona, con la finalidad de mitigar el esfuerzo dañino a la superficie de los muros.
Se proponen estructuras disipadoras de energía en el canal de salida de los túneles con la finalidad de reducir la velocidad del flujo y evitar socavación que podría presentarse en forma regresiva.