09 Vertederos de Demasías_pptx

7/29/2019 09 Vertederos de Demasas_pptx

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DISEO DE VERTEDEROS

O ALIVIADEROS DEDEMASIAS

Clase:

Ing. Carlos Gaspar


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Los vertederos son las vlvulas de seguridad de una presa.

Se proyecta de manera que: Puedan descargar las avenidas mximas. Controlar las aportaciones de la cuenca. Permite mantener el nivel inferior a uno predeterminado. Un buen diseo permite dar seguridad de la presa.


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VERTEDERO - ALIVIADEROS

OBJETIVO

Derivar y transportar el agua sobranteNECESIDADAnular o disipar la energa sobranteCLASIFICACIN* Aliviaderos de superficie

* Aliviaderos (desages) intermedios* Aliviaderos (desages) profundos


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PARTES

* Toma* Conduccin (descarga)* Reintegro (estructura

terminal)


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PARTESEl perfil transversal de un Vertedero consta de:

Frente : ABCoronacin : BC

Escarpe :CD

Zampeado o Contraescarpe: DE

Escollera : EF (En algunos casos).


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FORMAS (en planta).* Recta

* Arqueada* Quebrada* Circular (cliz o morning glory)* Semicircular

* Sector.


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TIPOLOGA:Las condiciones de emplazamiento influyen en la

posicin, tipo y componentes del vertedor.Por:

De derrame. De conducto o canal

De canal lateral. De pozo o embudo. De sifn. De compuertas.

O Por:

Por la relacin con la presa: Aparte e integrado Por la toma: De labio fijo con compuertas

Por el tipo de conduccin: Lmina libre o en presin Por el reintegro: resalto o trampoln.


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De Derrame:


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De Conducto o Canal:


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De Canal Lateral:


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CONDUCCIONES:

TIPOSEn lmina libreEn presin

En LMINA LIBRE

Ms flexibilidad de caudales Construccin en canal o en tnel Proteccin de las soleras: revestir con hormign armado, anclajesa la roca.

Juntas: Evitar escalones inversos y airear en zonas de succin.

Curvas: Adaptar solera y cajeros con peralte Transiciones suaves. RESGUARDO: Por la indeterminacin de coeficiente de rugosidad,por las olas y por las emulsiones.


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De Pozo o Embudo :

Morning Glory.


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De Sifn:


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De Compuertas : VerticalesTaintor


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Por la relacin con la presa: Aparte e integrado


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POR LA TOMA: De labio fijo con compuertas; No desagua hasta que el agua supera el nivel del umbral Caudal por unidad de longitud depende del nivel Funcionamiento automtico (esttico)


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Con Compuertas: Se mueven a voluntad.

Se puede controlar caudal y nivel En aliviaderos Superficciales

Verticales (deslizantes, vagn,...)De segmento (Taintor)De sector

En aliviaderos SemiprofundosVerticales

Taintor


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Por el tipo deconduccin: Lminalibre o en presin


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A Presin:


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Por el reintegro: resalto o trampoln.


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DISEO HIDRAULICO DEL VERTEDERO


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FACTORES PARA EL DISEOCaudal de diseo (crecida mxima)

Conjunto presa-aliviadero-cauceReparto de caudales entre distintos aliviaderosTipo de aliviadero.

Aportaciones de la Creciente.Comprende:

1) La determinacin de la cantidad de agua disponibleen un periodo determinado de aos.

2) La determinacin de los volmenes mximos deagua que se consideran para el diseo del vertedor.


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CAPACIDAD DE LA SECCION DE CONTROL DEL VERTEDOR

La capacidad de descarga de la seccin de control del vertedor se determina

con la frmula para vertedor u orificio.

La descarga sin control sobre la creta del vertedor est dada por:


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El comportamiento hidrulico sobre el barraje est regido por:

2/3ocLHQ =

Donde:

L = Longitud neta de la cresta, m.

Q = Descarga total sobre el vertedor, m3/sg.

c = Coeficiente de descarga para vertederos (recomd. C=2.10)

Ho= Carga para el proyecto sobre la cresta (ho+hv), m.

2/3

=

cL

QH o

hva

ho

P

Ho

h

y


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La ecuacin dada se modifica cuando se colocan pilas sobre la cresta

y cuando hay velocidades de llegada de consideracin y se convierte

en:

2/3))(( vhHKNHLcQ +=

Donde:

K = Coeficiente de contraccin por las pilas.N = Nmero de contracciones por las pilas (2 por pila).

hv = Carga de velocidad de llegada, m.

El coeficiente C, vara con la configuracin de la cresta del vertedor

y la carga de energa He, sobre la cresta.


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Definicin del Perfil de la Cresta de Barraje.Para definir la forma de la cresta o perfil Creager, es adoptado a

la forma de la lmina vertiente aireada, con lo que se obtiene una

presin igual a la atmosfrica en todos los puntos del vertedero.

De esta manera se evitan los fenmenos de cavitacin.

La forma del perfil depende de la carga hidrulica del vertedero y

de la forma del paramento aguas arriba. La expresin general delperfil estndar de los vertederos es:

Se comporta conforme al siguientes el vertederos fijo:

n

oo H

Xk

H

Y

=.


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Siendo:

Xe Y = coordenadas del perfil con su origen en la cresta del vertedero.

Ho = carga de diseo, sin tener en cuenta la velocidad de llegada.

Ky n = parmetros que dependen de la pendiente del paramento aguas

arriba, segn el siguiente esquema, tomado del libro Bureau.


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: Factores para determinar las secciones con la forma de lmina vertedora.


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Para determinar la forma del paramento del tipo de barraje,

se toma como base las distintas relaciones con la cual se

debe definir la seccin propiamente dicha.


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En conclusin: este perfil definido evita las presiones negativas que pueden

generar cavitacin con daos al concreto.


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Las capacidades de vertederos con Compuertas se determina usando

la ecuacin para los orificios:

gHACQ o 2.=

O para compuertas parcialmente abiertas:

).(..2

3

2 2/32

2/3

1 HHLCgQ =

Donde:

H1 = Carga total en pies en el borde superior de la abertura.

H2 = Carga total en pies en el borde inferior de la abertura.

L = Longitud neta de la abertura.

C = Coeficiente de descarga.


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El mtodo ms eficaz de amortiguacin ser cuando:- Se genere o se cree un resalto hidrulico.

- Se forme un colchn de agua que reciba la lmina vertiente sobre

una solera inclinada.- La colocacin de cuerpos de choque en la pared de derrame o en

la solera de salida, de forma dentada o con dados.

- Cuando se tiene poco espacio al pie, puede optarse por un

sistema del tipo trampoln sumergido.


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Ho

hva

P

ho

hf0-1hf1-2

Y2=Yn

(0) (1) (2)

z

y1

Aguas arriba del aliviadero, calculamos la velocidad y altura de

carga en este tramo:

eL

Qq =

=+HoPq

Vo


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Luego:

Se sabe que:gVh ovo2

2

=

vaoo hHh =Es el tirante sobre la cresta.

oHPy +=m axEs la altura total en la zona delbarraje, para una mxima

avenida.

Para el clculo del tirante Y1:

Aplicamos Bernoulli, entre (0) y (1): E0 = E1

10

2

11 ++=++ fo h

g

VyHPZ


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De donde:

Como:

g

Vkhf

2

21

10 =

gVYYYY

211

21

12 .242 ++

=

nYZY +=2

Aplicando Ec. de tirante conjugado entre (1) y (2):

)()(2)(22

1

2

21

2

1 oxx HPYBg

Q

kYBg

Q

yZ +++=

Y para seccin

rectangular:)( 1

1

YB

QV

x

mx=

Se sabe que:

1.0k

Es para seccinrectangular.

B = ancho donde se

produce el resalto.


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DISIPADORES DE ENERGIA

Para la seguridad de la presa son indispensables disipadores de

energa correctamente proyectados.

Las avenidas que pasan por el vertedor aumentan su energa

cintica, generando peligrosas socavaciones al pie de la presa.

El salto hidrulico se usa como un medio efectivo para disipar

energa.

En todos los tipos de estanques amortiguadores se usa el principio

del salto hidrulico, que es la conservacin de corrientes de alta

velocidad a velocidades que no causen daos al cauce.

La teora del salto hidrulico, basada en la cantidad de

movimiento de presin, da:

9

2

42

2

1

2

1

2

112

YVYYY ++=


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La relacin entre tirantes con frecuencia se escribe en funcin del

nmero de Froude.

1

11

gY

VF = 2

11

22

4

1

2

1F

Y

Y++=

Esta ecuacin demuestra que la relacin entre tirantes es funcindel nmero de Froude; esta influye mucho en la estabilidad del

salto.

Para evitar el peligro de erosin al pie de la superficie de

derrame, se evita haciendo que la masa lquida choque concuerpos que absorban parte de su energa cintica y la disipen,

desviando dicha masa a situaciones estables.


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Clasificacin del Resalto por el

Nmero de FROUDE:1Yg

VF

x

=

a). F = 1:- Rgimen es crtico.

- No se puede formar resalto.

b). F < 1.7:- Tirante conjugado.

- Y2 = 1.4Yo (tirante crtico)

- V1 = 1.3Vo (velocidad de llegada).- V2 = V1/2 (velocidad de salida).

- Vc = velocidad crtica.

- Longitud de la poza: L = 4Y2

- No es necesario estanque.

c). F (1.7-2.5):- Solo se producen pequeas ondas, no tienegran turbulencia.

- Con bacos se puede calcular los tirantes

conjugados, longitud de la poza y la prdida

de energa generada por el resalto.

- Se requiere datos solo del N de Froude.

d). F (2.5-4.5):- Son resaltos inestables.

- El oleaje producido se propaga hacia abajo

- No se ha logrado dispositivo efectivo para

evitar el oleaje que producira socavacin de

las orillas del ro aguas abajo, sin embargo

resultados satisfactorios se han obtenido conla poza de la Fig.11.

- Los tirantes de la descarga para amortiguar

en parte el oleaje deben ser 10% mayores que

el tirante Y2.

- Cuando sea posible se evitar usar este tipo

de poza.

e). F>4.5:- Es un resalto bastante estable, donde se ve

dos casos:

*) V1 15 m/sg, Usar Fig. 11.

*) V2 > 15 m/sg. Usar Fig. 12.


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Fig.11: : Caractersticas de las pozas con

nmero de Froude entre 2.5 y 4.5

Fig.12: : Caractersticas de las pozas con

nmero de Froude mayor a 4.5


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Diseo de la Longitud de la Poza.

La longitud de la Poza de Disipacin, viene dada en base a los

siguientes criterios:

Lp

Segn Ven Te Chow:265.5 YL xp =

Mtodo de Villaseor: )(7)(5.4 1212 YYLYY xx p

Mtodo de Poulovski: )9.1(5.2 12 YYL xp =


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CAUDAL DE INFILTRACION:


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La variacin de prdida de carga se produce en forma proporcional:

a) Q de infiltracin:

Q = q X ntQ = K i a b nt

Q = v a b nt

v = K.i

Donde:

q = caudal por tubo de corriente.nt = nmero de tubos de corriente

b = ancho del canal o azud.

K = permeabilidad

i = gradiente hidrulico.

Para un cuadradito de la red de flujo:

i =

entonces: Q = K.h.b.nt

= ; ne : nmero de equipotenciales


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Nos indica que a medida que el agua avanza, las sub-presiones van disminuyendo.

Se aprecia que a mayor H y menor recorrido (ne), mayor es el caudal (Q) y por ende

la velocidad, lo que puede traer problemas de Sifonaje.

Q = . . .

v = K.i = . = . . = .

Quiere decir que para disminuir la velocidad debo aumentar la longitud del recorrido

mediante pantallas.


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SUBPRESION:El valor de sub-presin puede estimarse considerando que la cada

de presin del agua es en lnea recta desde el nivel de la cortina

hasta el nivel de la cimentacin y es proporcional a la longitud total

de filtracin compensada.

W

Sx


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SUBPRESION:

La energa en: P = .H1

R = .H2

Se debe cumplir:

x > 2y


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Clculo del Espesor del Solado.

Primero vale definir el valor de Dp, es decir donde estar cimentado el

barraje, informacin captada por un estudio geolgico-geotcnico; ya

conocido Lp y Dp, adecuamos la estructura con un planteamiento.

Para el clculo del espesor del solado, que est en funcin de Ho, ya que

nos permite definir el diagrama de subpresiones sobre el fondo del barraje,

que trata de levantar el barraje; e se debe definir tal que contrarreste la

fuerza de subpresin.

LpP

Dp

e

HoH


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w

L

HHHSx

+= '

Donde:

Sx = sub-presin a una distancia x.

H = diferencia del nivel hidrosttico entre

agua arriba y abajo.

H = desnivel entre el agua debajo de la

cortina y el punto en estudio.

w= peso especfico del agua.

c= peso especfico del concreto.

finalmente:

eH cw =c

w He

=

m in2' ZYe =o:

Sea Sx, valor de la sub-presin con que se calcula el espesor a la seccin crtica,

que es donde termina la Gola.

SxH


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wc

wx HSe

2

34

Nota: en cualquier punto del colchn el peso de sta, por lo menos debe ser

igual o mayor al valor de la sub-presin.

c

xSe3

4

Wc

Sx

Por razones de seguridad:

En el caso de considerar un tirante de

agua sobre la seccin en anlisis:

Nunca deber ser: emin = 30 cm.


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Clculo del radio de la gola:Gola: para cambiar de direccin el agua en forma

paulatina, se usa en la parte inferior del escarpe, un

tramo curvo (circular por comodidad) que se denominagola.


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Donde:Lw= longitud de filtracin compensada o

del camino de percolacin.

H = diferencia del nivel hidrosttico entre

agua arriba y debajo de la cortina.

Lv = longitud vertical de filtracin.

Lh = longitud horizontal de filtracin.

+= vhw LLL3

1

wLHC

El camino de percolacin es:Criterio de LANE.

VERIFICACION DE TUBIFICACION:

El chequeo de la tubificacin aguas arriba y abajo para aguas mximas

y aguas de estiaje; por lo que debe cumplir:


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Criterio de BLIGHT.

Da la misma efectividad a los recorridos horizontales que a los verticales y

recomienda para C.

H

LC =

MATERIAL VALORES DE C

Limo y arena muy finaArena muy finaArena de grano grueso

Grava y arenaTierra a cascajo con arena y grava

181512

94 a 8

Algunas Consideraciones: Enrocado de Proteccin o Escollera:

Escollera

Solado delanteroD1Db

LeLo


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La finalidad es reducir la erosin y contrarrestar el arrastre del material fino por

la filtracin.

Donde:

Le = Lt - Lc

2/11

2/1

.60.0

).(67.0

DCL

qDCL

c

bt x

=

=Donde:

Le = longitud de la Escollera.

C = coeficiente de Blight.

Db = diferencia entre cresta y salida.

D1 = diferencia entre cresta y el pelo de

agua al pie de la poza.

Lc = longitud del colchn o poza.

Lo = longitud del solado delantero.

Longitud del solado delantero: Lo

Es una estructura aguas arriba del barraje, apoyada en el cauce del ro, lleva

refuerzo de temperatura (e = 20 cm.)

oo HL 5=


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