Optimización de aliviaderos : Lateral y Morning Glory
| Trabajo realizado por estudiantes | |
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| Título | Optimización de aliviaderos : Lateral y Morning Glory |
| Asignatura | Trabajos fin de Máster |
| Curso | 2017-18 |
| Autores | Miguel Molinos Pérez |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
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En ingeniería, para llegar a la solución más económica para resolver un determinado problema es imperativo tantear una serie finita de alternativas y en muchos casos, la alternativa seleccionada no coincide con el mínimo económico, bien por la inexperiencia del ingeniero en el diseño de aliviaderos, o simplemente por la propia naturaleza finita del tiempo del que dispone el ingeniero para dar la solución al cliente, el cual impide analizar un número razonable de alternativas que permitan alcanzar dicho óptimo o al menos aproximarse. Sin embargo las capacidades de los ordenadores de hoy en día permiten analizar a gran velocidad numerosos casos pudiendo llegar de forma bastante aproximada al óptimo económico.
1 Introducción
En este trabajo, se busca pues incorporar una metodología novedosa para dimensionar aliviaderos para presas buscando el óptimo económico de los siguientes aliviaderos :
- Aliviadero de vertido lateral
- Aliviadero Morning-Glory
Para ello nos apoyaremos en la potencia de cálculo de un ordenador. Existen numerosas técnicas de optimización, pero en este caso por el reducido número de parámetros a optimizar, se adopta el algoritmo de fuerza bruta . En las imágenes adjuntas de ambos aliviaderos se pueden ver los elementos que los componen
2 Descripción
Como se ha comentado antes, el programa optimiza mediante el algoritmo de fuerza bruta. Este algoritmo a pesar de no ser el más eficiente computacionalmente hablando, simplifica enormemente el esfuerzo por parte del programador a la hora de implementarlo. Puesto que conceptualmente solo requiere de un bucle en el cual se cambian los parámetros de entrada o feeding para dimensionar el aliviadero. En cada caso se introducen una serie de parámetros comunes:
- Hidrológicos : Curva de laminación del embalse que relaciona caudal vertido con sobre-elevación de la lámina
- Constructivos : Cuantías, espesores de losas, ...
- Geológicos y geotécnicos : Pendientes, taludes estables, ...
- Económicos : Precios de encofrados, de aceros, ...
- Numéricos : Máximo número de iteraciones, error asumible, ...
Estos parámetros se leen una únca vez, bien por pantalla o mediante una serie de ficheros y se usan en distintos puntos del cálculo. El bucle principal que usa el programa para hacer la optimización en cada caso cambia un determinado parámetro :
- Aliviadero lateral : El parámetro a optimizar es el ancho de la solera del aliviadero lateral que a su vez es el mismo que el ancho del canal de descarga.
- Morning-Glory : El parámetro a optimizar es la posición de la embocadura del aliviadero, la cual determina la altura de la torre del aliviadero y la longitud del canal de descarga.
A modo de hipótesis simplificadora se asume que la descarga se hace en el mismo punto para el aliviadero lateral y para el Morning-Glory. Así mismo la obra de descarga es la misma en ambos casos y su dimensionamiento se desacopla del cálculo Global.
3 Conclusiones
Una vez analizados los resultados de cada aliviadero por separado, se analizan conjuntamente con el objetivo de determinar la tipología adoptada para la presa de la Oliva. Una primera conclusión de la observación de la figura \ref{MMP_Comparativa_costes.png}, es que para embalses donde se desee hacer mucha laminación, el Morning-Glory no es la tipología óptima, ya que empieza a ser rentable, en comparación con el aliviadero lateral, para grandes caudales puesto que tiene unos costes fijos debidos a la excavación, pero una menor elasticidad respecto a la variación del coste para grandes variaciones de caudal en comparación con el aliviadero lateral, donde los costes fijos son mucho menores, pero a medida que aumenta el caudal desaguado, la obra de hormigón se encarece mucho. Por lo tanto para el caso de esta cerrada, a partir de los 400 $m^3/s$, empieza a ser interesante adoptar la tipología de Morning-Glory, ya que como se puede observar en la figura \ref{fig : comparativa_costes}, a partir de este caudal, la curva de costes totales para el aliviadero lateral sufre un aumento muy sensible, por lo cual deja de ser competitivo frente al Morning-Glory. Este caudal en el que se igualan los costes, es excesivo para esta presa cuya función es laminar avenidas, sin embargo, es importante señalar que esto ocurre porque existen unas circunstancias, que favorecen esta diferencia inicial. Por un lado, en el caso del aliviadero lateral se tiene la presencia de un estrato de roca fracturada de gran potencia en la superficie, por lo cual no resulta excesivamente caro excavar en este material, y además la pendiente de las laderas no es excesivamente escarpada, por lo que no se requiere un gran movimiento de tierras. Y por otro lado en el caso del Morning-Glory, se tiene que excavar en roca relativamente dura, lo cual encarece enormemente los costes de excavación.
Sin embargo, si se hiciera el ejercicio teórico de trasladar la curva coste-caudal del Morning-Glory hasta que su inicio coincida con la curva coste-caudal del aliviadero lateral, se observa que sus costes variables (Considerando como fijos los coste de movimientos de tierras) son bastante similares para el primer rango de caudales, dichos costes se deben a la obra de hormigón, por lo tanto en el caso de tener una mayor inclinación de las laderas en la superficie, o una roca menos dura en el subsuelo. Por lo tanto, la decisión entre una tipología u otra no estaría tan clara, y ello requeriría tener en cuenta otros aspectos a parte del económico y un estudio más de detalle.
Por lo tanto, teniendo en cuenta que se trata de una presa de laminación en la cual no interesa evacuar grandes caudales, la solución idónea es un aliviadero de vertido lateral, puesto que para pequeños caudales es más competitivo, y trabaja mucho mejor con grandes sobreelevaciones de la lámina que el Morning-Glory. Para esta presa se adoptará el aliviadero que en conjunto con la presa suponga el menor coste posible, igualmente, al situarse la presa en un barranco y considerando la torrencialidad característica del levante español, la solución idónea es aquella de lamina más la avenida. Es importante destacar como en este caso la solución a adoptar es trivial debido fundamentalmente al uso de laminación que tiene esta presa y a la presencia de roca de bastante calidad, lo cual hace que para el rango de caudales que interesa tantear, la opción del Morning-Glory quedaría descartada casi de partida, sin embargo, esta metodología sería de mayor utilidad en el caso de que se buscase hacer una menor laminación y por tanto que el caudal de diseño fuera mayor, por lo cual la duda entre elegir uno u otro no estuviera tan clara, en estos casos el uso de esta metodología gana interés.
4 Desarrollo
Aquí podéis poner la función objetivo, restricciones, fórmulas, etc. (sin límite)
5 Código
Breves instrucciones de las funciones creadas y qué hacen. ¿Cómo hay que hacer para ejecutarlo? Después, el código...
