ABSTRACT Turbulent flow is responsible for a significant portion of damages and failures in dams. This paper sought to introduce novel approaches to the estimation of typical parameters used in the design of stilling basins. The standard deviations of pressure samples of 24 hydraulic jumps were analysed throughout the stilling basin longitudinal centreline, and the positions of maximum pressure fluctuation were identified. Next, mean and extreme pressures occurring at this position were calculated. Finally, these parameters were plotted against the inflow Froude number and curves were adjusted to the data. The position where maximum turbulence of undular, weak and oscillating jumps occurs varies according to the Froude number. Steady and strong jumps are more likely to induce negative pressures on the stilling basin. The findings of this paper broaden the knowledge on which regions of the stilling basin must receive special attention, and on how to minimize the chances of damages.

RESUMO O escoamento turbulento é responsável por diversos danos e falhas nas barragens. Neste artigo, introduz-se uma abordagem para estimar parâmetros característicos do dimensionamento de bacias de dissipação. Os desvios padrão das amostras de pressão de 24 ressaltos hidráulicos foram analisados em todo o eixo longitudinal da bacia de dissipação, e as posições de flutuação de pressão máxima foram identificadas. Em seguida, foram calculadas as pressões médias e extremas que ocorrem nesta posição. Finalmente, estes parâmetros foram plotados em relação ao número de Froude incidente e foram ajustadas curvas aos dados. A posição onde ocorre a máxima turbulência de ressaltos ondulados, fracos e oscilantes varia de acordo com o número de Froude. Ressaltos firmes e fortes são mais propensos a gerarem pressões negativas na bacia de dissipação. As conclusões ampliam o conhecimento sobre quais regiões da bacia de dissipação devem receber atenção especial e como minimizar as chances de danos.

ABSTRACT Aerator systems promote additional insertion of air into the flow and can reduce the risk of cavitation and consequent damage to hydraulic structures. This work analyzes the hydrodynamic pressures on the steps of a physical model (with a chute inclination of 53.13º) subjected to different aeration conditions. When comparing the results with different air intake coefficients in the flow, it was concluded that the incorporation of air does not change in a generalized way all the statistical parameters associated with hydrodynamic pressures on the steps. However, with the insertion of air in the flow, there was an increase in the minimum pressure values measured in the region of the jet impact and downstream. Empirical equations for predicting the distribution of pressures on the steps under induced aeration conditions were proposed, valid for structures whose ratio between the height of the deflector and the height of the steps is equal to 0.167, with an aerator system installed at the beginning of the stepped chute.

RESUMO Sistemas aeradores promovem a inserção adicional de ar no escoamento e podem reduzir a chance de ocorrência de cavitação e consequentes danos nas estruturas hidráulicas. Este trabalho analisa as pressões hidrodinâmicas sobre os degraus de um modelo físico (com inclinação de calha de 53,13º) submetido a diferentes condições de aeração. Comparando-se os resultados com diferentes coeficientes de entrada de ar no escoamento, concluiu-se que a incorporação de ar não altera de forma generalizada todos os parâmetros estatísticos associados às pressões hidrodinâmicas sobre os degraus. Contudo, com a inserção de ar no escoamento, observou-se aumento nos valores mínimos de pressão medidos na região do impacto do jato e logo a jusante. Propõe-se equações empíricas para previsão da distribuição das pressões nos degraus nas condições de aeração induzida, válidas para estruturas cuja razão entre a altura do defletor e a altura dos degraus é igual a 0.167, com sistema aerador instalado no início da calha em degraus.