PRESIONES MÍNIMAS Y VELOCIDADES MÁXIMAS INSTANTÁNEAS EN UN DISIPADOR A RESALTO HIDRÁULICO OSCILANTE Raúl Antonio Lopardo Instituto Nacional del Agua Autopista Ezeiza-Cañuelas Km 1,62, 1804, Ezeiza, Argentina, Tel , Fax

Las fluctuaciones de presión inducidas por flujos turbulentos son de naturaleza aleatoria, por lo que para una descripción general de las mismas se requieren parámetros estadísticos. Si la fluctuación de presión está definida como p’ = p m - p (donde p m es el valor de la presión media), un valor estadístico utilizado habitualmente en estos estudios es la desviación estándar o valor medio cuadrático. = f (x, U 1, h 1, , , g). C' p = C' p (x/h 1, F 1, R 1 ), F 1 = U 1 /  (g h 1 ) y R 1 = U 1 h 1 / .

Los modelos físicos son particularmente útiles para verificar la tendencia a cavitación por pulsos de presión en estructuras sometidas a flujos macroturbulentos, aunque aparezcan ciertas anomalías en algunos parámetros en la comparación prototipo-modelo. Se puede afirmar que la tendencia a la aparición de cavitación puede ser detectada a partir de los registros de presiones fluctuantes en modelo físico, recomendándose utilizar para tal fin la probabilidad de ocurrencia de amplitudes del 0.1% de ser superadas por valores más negativos. C' p = C' p [x(h 2 -h 1 ), F 1 ]

Las presiones instantáneas fueron determinadas en el eje central del piso del canal mediante la utilización de transductores de presión bidireccionales con puente activo de strain-gage. Los registros fueron procesados y analizados mediante la tecnología de muestreo de valores discretos, El intervalo de muestreo adoptado fue de 0,01 segundo, en acuerdo con el teorema de muestreo para datos aleatorios. El número de datos que se consideran en cada punto de medición es de , pues se toman 34 bloques de 512 valores cada uno. Como la determinación de los valores medios cuadráticos (rms) de fluctuación de presiones no resulta suficiente para los estudios de tendencia a la cavitación o para el cálculo de acciones de levantamiento de losas de cuencos amortiguadores a resalto, en investigaciones posteriores (Lopardo et Al, 2004) se obtuvieron las relaciones entre las deflexiones máximas (tanto positivas como negativas) en relación con la amplitud media cuadrática. Se ha medido la variación del valor medio cuadrático de presiones instantáneas a lo largo de un resalto oscilante con F 1 =3, pudiéndose apreciar la muy importante diferencia del parámetro C’ p si en lugar del valor medio cuadrático de construye con el extremo negativo, constituido por aquellos valores que tienen sólo el 0,1% de probabilidad de ser superados por valores aún inferiores.

Presiones fluctuantes en resalto libre oscilante para F 1 =3

Para la determinación de la fluctuación media cuadrática de velocidad en la dirección del flujo a 1 cm del fondo se utilizó un micro velocímetro acústico Doppler, ADV (SonTek de 16 MHz “down looking”) desarrollándose mediciones instantáneas. La longitud de los registros fue de 8192 muestras adquiridas a una frecuencia de 50 Hz. El tiempo de registro representa aproximadamente 500 veces el valor esperado de la macro escala de tiempo en el modelo estimado según la relación entre h 2 y U 2. Se realizó un extenso análisis sobre la influencia del error Doppler y la estrategia de registro en la determinación de los parámetros turbulentos computados de las series temporales de velocidad (Romagnoli et Al, 2009, Romagnoli, 2010). La intensidad de turbulencia isotrópica en escurrimientos a superficie libre se expresa habitualmente a través de la relación entre el valor medio cuadrático de la fluctuación de velocidad en la dirección del flujo y el valor medio de la velocidad en el punto considerado:.

La amplitud de fluctuación de presiones en flujo turbulento puede ser derivada a partir del campo de velocidades instantáneas mediante la separación entre variables medias y fluctuantes de la conocida ecuación de Poisson: Para lograr una adecuado ajuste en la determinación de intensidades de turbulencia mediante mediciones directas con ADV y las determinadas a partir de determinaciones de presiones fluctuantes en el fondo del canal, se ha propuesto un coeficiente adimensional = 0.6. (Lopardo y Romagnoli, 2008). =

Velocidades instantáneas medidas y calculadas en la base del resalto para F 1 = 3

Pulsos se velocidades medios y máximos extremos para resalto oscilante con F 1 = 3

Velocidades máximas instantáneas en resaltos oscilantes para F 1 = 3 y F 1 = 4

Valores comparativos de u’ max /U 2 para resalto con F 1 = 4

CONCLUSIONES En el presente trabajo se amplía el conocimiento de la forma de decaimiento de la intensidad de turbulencia hacia aguas abajo del resalto oscilante, habitualmente definida a través de los valores de desviación estándar de amplitudes de velocidades o de presiones instantáneas. Para ello, a partir de la determinación experimental de los valores mínimos de presión (con 01,% de probabilidad de ser superados con valores más negativos) se han calculado los valores máximos instantáneos de velocidad (con 0,1% de probabilidad de ser superados con valores más elevados). Los valores extremos instantáneos de presiones y velocidades son respectivamente responsables de los posibles fenómenos de cavitación por pulsos de presión y de la erosión de lechos fluviales aguas abajo de los cuencos amortiguadores y exceden largamente los obtenidos a partir de valores medios cuadráticos. Finalmente, se ha analizado el caso de información histórica acerca de velocidades instantáneas aguas abajo de resaltos con números de Froude incidentes menores a 4,5, observándose que resultan muy inferiores a los obtenidos en este trabajo, probablemente por los equipos utilizados y, fundamentalmente, porque parece haberse tomado como fluctuaciones máximas las calculadas con el valor medio cuadrático de amplitudes