En aquellos
proyectos en los que se utilicen túneles sin revestimiento como parte de un desarrollo
hidroeléctrico importante, se requieren trampas de roca apropiadamente diseñadas para
recolectar el material transportado y prevenir la abrasión de los componentes de las
turbinas.
El principio
básico del funcionamiento de las trampas de grava se basa en el flujo uniforme del agua a
bajas velocidades, buscando evitar o reducir al máximo las turbulencias que puedan
provocar perturbaciones en las partículas que ya se hayan decantado. Por esta razón, tanto a la entrada como a la
salida de las trampas de grava, se deben evitar los cambios bruscos de sección que
produzcan aceleraciones del flujo o turbulencias fuertes en el mismo y por lo tanto, se
utilizan transiciones suaves para evitar estas situaciones.
El
dimensionamiento de las trampas de grava es en gran parte empírico, y los criterios que
se han determinado para su dimensionamiento hasta el día de hoy están basados en
experiencias anteriores y en modelación hidráulica.
La modelación hidráulica es muy importante, ya que en la mayoría de los
casos, determina la capacidad y la configuración que deberá tener la trampa de grava. Cuando no se cuenta con la posibilidad de realizar
un estudio en modelos hidráulicos del proyecto en cuestión, es recomendable que se
utilicen los siguientes criterios de dimensionamiento:
1. Por
cada 1000 yd2 (836 m2) de área excavada no revestida, la trampa
debe tener al menos 1,15 m3 de capacidad.
Esta capacidad mínima puede reducirse en un 15% si el túnel cuenta con
revestimiento en concreto lanzado (shotcrete).
2. Por
cada 92,9 m2 de área no revestida excavada con voladura normal la trampa debe
tener al menos 1,15 m3 de capacidad.
3. Por
cada 270 m2 de área no revestida en contacto con el agua, la trampa debe tener
al menos 1 m3 de capacidad. (Es el
más utilizado en nuestro medio).
Uno de los
aspectos más importante en las trampas de grava es su mantenimiento, el cual depende de
varios factores, entre ellos:
1.
Características
del proyecto: algunos proyectos no pueden paralizarse para la
realización de las tareas de mantenimiento, ya que esto implica vaciado de los túneles y
por lo tanto suspención de la tareas de generación durante varios días, lo cual implica
cuantiosas pérdidas económicas.
2.
Capacidad de
la trampa.
3.
Facilidad de
vaciado del túnel.
4.
Capacidad de
acceso al túnel.
5.
Comportamiento del túnel durante el primer año: Es tal vez el aspecto más importante por que
permite evaluar de manera precisa el desprendimiento de materiales de las paredes del
túnel, así como el comportamiento de la trampa y la cantidad de material en la misma. Este punto determinará las frecuencias de
mantenimiento del túnel; sin embargo, es importante considerar que, con el tiempo, las
paredes del túnel tienden a estabilizarse disminuyendo la frecuencia del mantenimiento.
Evolución
de las trampas de grava: Caso Jaybird.
En este
proyecto hidroeléctrico de los ríos superiores de norte América, se utilizaron trampas
de roca que presentaron problemas después de pocos meses de la puesta en marcha del
proyecto. Para analizar y evaluar las causas
del problema y las posibles soluciones, se realizó un modelo hidráulico en el cual se
simularon las condiciones del flujo para una trampa de grava y una de arena.
Los ensayos
realizados sobre los modelos mostraron ciertos requerimientos a cumplir en el diseño de
una trampa de grava. Estos requerimientos
son: Inexistencia de divergencias graduales
del flujo en el plano vertical y la necesidad de celdas de asentamiento libres de
corrientes cuando se encuentren vacías que perturben los granos del suelo.
A pesar de
que el modelo utilizado en cada proyecto debe ser diferente debido a las características
del mismo, el estudio del caso Jaybird arrojo unas recomendaciones aplicables a la
mayoría de los casos, estas son:
1. La
velocidad en el fondo de la trampa debe ser despreciable, ya que cualquier corriente
producirá torbellinos que eventualmente levanten el material.
2. Las
expansiones y contracciones verticales del túnel tienen efectos adversos en la retención
de sedimentos ya que producen turbulencias severas. Las
expansiones y contracciones horizontales parecen ser necesarias y, de usarse, deben
hacerse graduales.
3. Debe
procurarse separar el flujo normal del agua en reposo en las celdas.
4. Se
recomendaron las barras de acero en la construcción de la rejilla horizontal debido a que
producen menos turbulencias que los miembros de madera.
5. Cualquier
superficie horizontal que se extienda en toda la longitud de la trampa produce corto
circuito del proceso de sedimentación.
6. Los
deflectores deben ser cortados justo abajo (6 in o 15 cm) de las pantallas horizontales
para permitir el llenado en ambos sentidos de las celdas, permitiendo alcanzar casi el
máximo de la capacidad teórica. Una
abertura más grande de la recomendada puede ser contraproducente.
7. Las
trampas sin contracciones ni extensiones del flujo medio producen menos pérdidas que las
trampas convencionales.
Otros casos
de aplicación:
·
Túneles
para poder hidroeléctrico en Tasmania.
·
Porce
II.