Optimización del comportamiento de estructuras hidráulicas complejas a través de modelación física. Caso estudio: vertederos tipo laberinto y abanico.

Los vertederos en abanico y laberinto son estructuras hidráulicas complejas que se presentan como una excelente alternativa para regular niveles de agua e incrementar la capacidad de descarga en aliviaderos que requieren desaguar altos caudales de diseño. Sin embargo, por las complejas características del flujo en estas estructuras puede ser difícil conseguir un diseño óptimo en base únicamente a la literatura existente. En casos así, es cuando la modelación física es una herramienta que genera soluciones innovadoras a los problemas hidráulicos complejos, a más de ser la base para la generación de nuevos conocimientos. La presente investigación fue conducida para optimizar el comportamiento de estructuras hidráulicas especiales para el proyecto PACALORI a través modelos físicos, específicamente los casos de aliviaderos con vertedero de tipo abanico y laberinto. Se construyeron tres modelos físicos a escala no distorsionada y fundamentados en el criterio de similitud de Froude, el aliviadero con vertedero en abanico a escala 1:30 y los aliviaderos con vertedero en laberinto a escala 1:45. Los resultados alcanzados permitieron evaluar cualitativamente las características del complejo flujo tridimensional sobre las mismas y optimizar los componentes hidráulicos de cada una de ellas a través del planteamiento y evaluación de alternativas de diseño. Del análisis de los resultados experimentales, y como contribución de esta investigación, se determinó que el rango de variación del coeficiente de descarga Cd para vertederos en abanico puede estar entre 2.06 y 2.15 para 0.3 < H/Hd < 1.0. En el caso de vertederos en laberinto los resultados experimentales muestran que modelo de Darvas (1971) es el que mejor estima el coeficiente de descarga Cd considerando el uso de pilas separadoras de flujo en los vértices aguas arriba y aguas abajo del laberinto trapezoidal; asimismo se ha visto que la capacidad de descarga disminuye sin estos elementos, puesto que la longitud efectiva es menor y el coeficiente de descarga para mayor seguridad puede estimarse mejor con los modelos de B. M. Crookston (2010) y Bilhan et al. (2016). Los resultados obtenidos servirán como una nueva base para el planteamiento del diseño de vertederos en abanico y laberinto, sin embargo, después de analizar la importancia de la verificación experimental se recomienda necesario verificar siempre el desempeño hidráulico de este tipo de estructuras a través de un estudio en modelo físico.Labyrinth and fan spillways are complex structures, presented as an alternative to regulate water levels and increase the discharge capacity of high demanding structures in comparison to the possibilities offered by frontal spillways with standard crest. However, due to its complex flow characteristics, it is difficult to achieve an optimum design of these structures based only on the current literature. Hence, physical modelling arises to provide innovative solutions to complex hydraulic problems, as well as, to produce the basis of new knowledge. This study aims to optimize behavior of special hydraulic structures for PACALORI project using physical modeling, specifically, labyrinth and fan spillways cases. With this objective, three physical models were built using a non-distorted scale under Froude’s similarity: a fan spillway at scale 1:30 and two labyrinth spillways at scale 1:45. The results obtained, allow qualitatively to evaluate the complex 3D-flow characteristics produced and to optimize the hydraulic components of each structure by a trial and error of different alternatives. Results from the experimental analysis contributed to determine a range of variation for the discharge coefficient (Cd) for fan spillways between 2.06 and 2.15 for 0.3 < H/Hd