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Las presas y las escaleras disipadoras se encuentran entre las soluciones más eficientes para disipar la energía hidráulica en cauces. Para construirlos, los gaviones y los colchones ofrecen diversos beneficios asociados con eficacia y sostenibilidad. Estas dos soluciones son sistemas de mallas doble torsión fabricados y patentados por Maccaferri, pionero en el uso del gavión.  

¿Qué son los disipadores de energía hidráulica? 

Los sistemas de disipación de energía hidráulica son estructuras diseñadas para reducir el exceso de energía cinética que adquiere el flujo de agua cuando circula a altas velocidades. Así los definen L. Ayala, A. Franco, E. Padilla en su artículo para la Revista UIS Ingenierías, acerca de la eficiencia en disipación de energía en estructuras hidráulicas con gaviones. Puedes leer este artículo completo de la Revista UIS Ingenierías aquí. 

De acuerdo con los mencionados académicos, el exceso de energía hidráulica no controlada puede causar las diversas problemáticas. Esto ocurre en la mayoría de las obras hidráulicas que operan a flujo abiertos. Algunos ejemplos son los canales, vertederos y estructuras de descarga, los cuales están expuestas de forma constante a corrientes intensas.  

Los autores puntualizan que, sin un adecuado sistema de disipación energía hidráulica, la acción continua del agua puede provocar el desgaste progresivo de los materiales. Con ello, disminuye la vida útil de la infraestructura y se compromete su correcto funcionamiento. 

¿Por qué son importantes los sistemas de disipación de energía hidráulica? 

Los sistemas de disipación de energía hidráulica son importantes porque previenen erosión, daños estructurales y pérdida de estabilidad en cauces y canales. Para ello, los disipadores de energía hidráulica cumplen una función clave al transformar y reducir la energía del agua. Cuando no se implementa una solución eficiente, pueden persistir problemáticas asociadas a estos fenómenos: 

• Incrementos significativos de presión: cuando un flujo presenta altos niveles de energía cinética, se incrementa su velocidad. También se producen sobrepresiones que aceleran el deterioro del lecho y de las márgenes del canal. 

• Formación de saltos hidráulicos e impactos directos del agua sobre las superficies expuestas. 

¿Cómo determinar el sistema más eficaz para disipar energía hidráulica? 

Punto de vista cuantitativo 

La eficacia de un sistema disipador se determina mediante el análisis de la energía específica del flujo antes y después de la estructura. L. Ayala, A. Franco y E. Padilla explican que, para evaluar la energía cinética del flujo en un canal, se emplea el concepto de energía específica. A su vez, este es definido como la energía por unidad de peso del agua que atraviesa una sección determinada, medida con respecto al fondo del canal.  

De manera general, este es el parámetro que sirve como punto de partida para analizar el comportamiento hidráulico del flujo. También para determinar la eficiencia de un sistema de disipación de energía hidráulica. La eficiencia en sí misma se expresa mediante la relación adimensional entre la energía específica antes y después de la estructura disipadora. 

Perspectiva cualitativa 

Por su parte, Maccaferri comprende que la selección de sistemas eficaces para la disipación de energía hidráulica debe basarse en el principio del “nivel mínimo de energía”. Esto se refiere a que los materiales y soluciones de protección contra la erosión deben ser proporcionales a las fuerzas hidráulicas y cargas de arrastre previstas en el proyecto.  

Este enfoque permite un control adecuado de los procesos erosión y contribuye a la conservación de ecosistemas sensibles al evitar intervenciones sobredimensionadas. Por ello, Maccaferri desarrolla soluciones para disipación de energía bajo el principio de que “el curso del agua forma parte integral de una cuenca hidrológica”. Dicho de otra forma, un sistema idóneo comprende que el cauce no es un elemento aislado.  

Esta visión de Maccaferri permite brindar soluciones para integrarlas a diseños de obras hidráulicas que interactúen de manera armónica con el entorno. Es una perspectiva enfocada en mantener el equilibrio entre la funcionalidad estructural y el respeto por las dinámicas naturales del curso de agua. 

Soluciones para sistemas de disipación de energía hidráulica 

Los gaviones caja y tipo colchón (Colchones Reno®) son soluciones permeables. Permiten el alivio del empuje hidrostático y de la subpresión causados por el aumento en el nivel freático. Esta cualidad es primordial en ríos con gran variación del nivel de agua o propensos a inundaciones. 

Ambos son módulos de malla de acero doble torsión llenados con rocas. Esto les coloca como soluciones flexibles que se adecuan mejor a la geometría y oscilaciones del terreno. Por lo tanto, tanto los gaviones como los colchones ofrecen las siguientes ventajas en proyectos de hidráulica: 

• Se acomodan a pequeños asentamientos diferenciales sin que se vea afectada la estabilidad. 

• Se adaptan fácilmente a los cambios inherentes en la geometría de la obra. 

• Tienen alta capacidad de integración con la vegetación local. 

Revestimiento para mallas doble torsión de los gaviones y colchones 

El revestimiento de la malla de acero en gaviones y colchones es clave para aumentar su durabilidad en entornos hidráulicos agresivos. Para ello, sugerimos conocer la tecnología PoliMac®. Este es un revestimiento polimérico que proporciona longevidad a la malla de los gaviones y colchones. Tiene excelente resistencia a la abrasión, productos químicos, rayos UV y ambientes de bajas temperaturas. 

¿Cuáles sistemas de disipación de energía se pueden construir con gaviones y colchones? 

Presas con gaviones

Las presas con gaviones o colchones son sistemas efectivos para disipar la energía del agua y reducir el proceso de erosión. Las presas, además, contribuyen a la estabilización de los cauces, a preservar la calidad del agua y a controlar el transporte de sólidos. Son ideales para regiones montañosas. 

Los gaviones y colchones hacen de las presas una solución de facilidad constructiva. Estos módulos de malla doble torsión se colocan en secuencia, con espaciamiento entre ellos. Con el tiempo, favorecen la acumulación de sedimentos aguas arriba de cada dique y reducen la pendiente longitudinal del curso de agua.  

Escaleras disipadoras 

Estas estructuras disipan la energía de un flujo de agua cuando pasa por escurrimientos con un gran desnivel en relación con la distancia horizontal. Los gaviones tipo caja son ideales para conformar su geometría continua que permite no solo disipar el flujo del agua.  

La eficacia del proceso de disipación depende principalmente de la altura de los escalones y de la cantidad total de tramos que integran el canal. Estos factores influyen directamente en el rompimiento del chorro y en la mezcla del flujo. Así lo explican L. Ayala, A. Franco, E. Padilla, quienes agregan que la formación de resaltos hidráulicos en cada escalón contribuye de forma significativa a disminuir la energía del agua a lo largo del sistema. 

Beneficios de usar gaviones y colchones en estos disipadores de energía 

Los principales beneficios de usar gaviones y colchones en disipadores de energía incluyen eficiencia hidráulica, facilidad constructiva, uso de materiales locales y menor impacto ambiental. 

Los gaviones y los colchones brindan equilibrio entre desempeño técnico y reducción del impacto ambiental. Esto es posible gracias a sus diferentes características estructurales. Al ser contenedores de mallas metálicas de doble torsión, su relleno se realiza con roca que puede ser tomada del mismo sitio de la obra.  

• Optimizar espacio: la resistencia hidráulica de las piedras que se usan para llenar los Colchones Reno® o los gaviones es equivalente al enrocado. Sin embargo, implican menor cantidad y menor diámetro promedio. 

• Reutilizar materiales: estas soluciones de malla hexagonal de acero doble torsión, generalmente, permiten usar materiales locales para el llenado; muchas veces, es el material que resulta de las excavaciones de la misma obra.  

• Instalación fácil: los módulos de malla de acero se transportan en paquetes compactos y su ensamble es hecho directamente en obra, lo que reduce el volumen de transporte. 

• Solución sustentable: la permeabilidad de las soluciones Maccaferri posibilita el crecimiento de la vegetación, la cual produce una gran cantidad de biomasa, que a su vez captura CO2 de la atmósfera. 

• Menos emisión de CO2: una estructura con Colchón Reno® emite 50 % menos CO2 que una solución de enrocado; y un muro de Gaviones tiene 80 % menos emisiones de CO2 que un muro de gravedad hecho con concreto. 

¿Estás listo para integrar estos sistemas de disipación a tu proyecto hidráulico?