UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO

DIVISIN ACADMICA DE

INGENIERA Y ARQUITECTURA

Obras Hidrulicas

MAC. Luis Adolfo Meja Vzquez

E S T U D I O E N L A D U D A , A C C I N E N L A F E

Alma Rosa Luna Flores

Daniel Snchez Ballinas

Samuel Rivera Acosta

Adolfo Segovia Alejandro

ALUMNOS

Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO OBRAS HIDRULICAS

INGENIERA CIVIL

PROYECTO #4

OBRAS DE EXCEDENCIAS

OBJETIVO:

Poner en prctica los conocimientos adquiridos en las materias anteriores a Obras

Hidrulicas, con el fin de poder realizar una obra de excedencias, la cual trata de

disear un vertedor Creager con su respectivo perfil y de la misma manera

calcular su salto de agua.

PROPSITOS:

1) Reafirmar los conocimientos adquiridos en la materia de Hidrulica de

Canales para poder obtener el perfil Creager.

2) De igual manera se reafirmarn los conocimientos establecidos en la

Hidrulica para poder calcular el salto de agua.

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DESARROLLO DEL PROYECTO:

A continuacin se mencionan algunos de los tipos de vertedores para obras de

excedencias, que existen:

Vertedor de pared delgada

Cuando la descarga se realiza sobre una placa con perfil de cualquier forma, pero

con la arista por donde derrama el agua, aguda, el vertedor se llama de pared

delgada.

Vertedor de pared gruesa

Cuando a la descarga, el contacto entre la lamina vertiente y la pared, es ms bien

toda una superficie, el vertedor es de pared gruesa.

Cresta vertedora libre (Cimacio tipo Creager)

Es la obra de excedencias ms usual, con perfil del cimacio tipo Creager el cual se

deriva del perfil inferior que adopta la lmina vertiente de agua cuando esta es

descargada por un vertedor de pared delgada y se ha despegado de la pared del

mismo vertedor. La cresta vertedora generalmente se encuentra a la elevacin del

NAMO. Se analiza este tipo de obras para determinar la elevacin del NAME, el

volumen del sper almacenamiento y el gasto de diseo del vertedor.

Vertedor de cada libre

Este tipo de vertedores se asocia a los que tienen cortina de arco, o de

contrafuertes, en las cuales el espesor de la cresta y la geometra, no sean

favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior, y

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adems tenemos la condicin de que la roca de cimentacin es resistente a la

erosin, podemos dejar caer libremente el agua sin proteccin, en caso contrario

se debe implementar un disipador de energa o tanque amortiguador.

Estos son algunos tipos de vertedores que se pueden utilizar para el clculo de

obras de excedencias. Nos enfocaremos al VERTEDOR CREAGER.

Generalidades sobre el diseo de vertedores de excedencias

Partiendo de la idea del vertedor de pared delgada. En los vertedores de cresta

aguda, seccin rectangular y contracciones laterales, el gasto que fluye a travs

de l se encuentra con la expresin de Francis:

Q = (C) (L) (H^3/2)

En donde:

Q = Gasto descargado, en m3/s.

C = Coeficiente de gasto, (se utilizan coeficientes entre 1.8-2.2).

L = Longitud de la cresta, en m.

H = Carga efectiva sobre la cresta = Carga esttica + carga de velocidad, en m.

Estas estructuras se tratan como masivas (o sea estructuras monolticas de gran

peso propio), ya que se ha rellenado con concreto la zona bajo la vena lquida, lo

que tericamente no modifica el estado de presiones. En estas condiciones la

carga original se ve disminuida una cantidad r con lo que Hr < H. Debido a esto el

coeficiente de la frmula de Francis variar en funcin de la carga.

Valores del coeficiente C.

Para poder realizar nuestro proyecto del vertedor Creager proponemos:

Q = 15 m3/seg

C = 2

L = 5 m

P = 10 m

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Despejando la ecuacin obtenemos:

H = (Q / C L) ^ 2/3

Dado que C es igual a 2.952 hay que calcular en cada iteracin.

= (0.6035 + 0.0813 ((H + 0.0011) / P)) (1 + (0.0011/H))^3/2

Realizando iteraciones con respecto a las ecuaciones anteriores obtuvimos:

Q (m3/seg) L (m) C (inicial) P (m) H (m) C (final)

15 5 2 10 1.3103707 0.614936 1.815290373

15 5 2 10 1.3978163 0.61559914 1.817248651

15 5 2 10 1.39681192 0.61559148 1.817226058

15 5 2 10 1.3968235 0.61559157 1.817226319

15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316

15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316

15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316

15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316

15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316

Con los resultados obtenidos en las iteraciones se sustituyen en la ecuacin de

Francis:

Q = (1.8172)(5)(1.2968^3/2) = 14.999 m3/seg

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DISEO DE CIMACIOS:

DISEO HIDRULICO DE CIMACIOS

Los vertedores, con descarga libre, pueden ser estructuras de pared gruesa o

delgada, un vertedor de cimacio, para fines de diseo hidrulico, se considera

como vertedor de pared delgada donde la cresta se ajusta a la forma de la vena

lquida de salida.

Las obras de excedencias debern contar con muros de encauce, con perfil

hidrodinmico, en los extremos de la cresta vertedora para que el agua llegue al

vertedor en forma tranquila y sin turbulencias.

En pequeas obras de captacin, el cimacio deber ser recto en planta y

perpendicular al eje del canal de descarga. La seccin del cimacio deber tener la

ones negativas

en la cresta. Se buscar que el canal de descarga tenga una pendiente mayor a la

crtica y con descarga libre en su base.

del cimacio, de un vertedor de cresta delgada, se ajusta rigurosamente al perfil de

la superficie inferior de una lmina de agua con ventilacin y constituye la forma

ideal para obtener ptimas descargas. La forma de esta seccin depende de la

descarga, de la inclinacin del paramento de aguas arriba de la seccin vertedora

sobre el piso del canal de llegada. Scimemi E., realiz una serie de experimentos

tendientes a definir el perfil de aguas, en zonas alejadas de la cresta, y propuso la

siguiente ecuacin:

Y/Ho =0.5 (X/Ho)^1.83

Donde:

Ho = Carga de diseo, m.

x, y = Coordenadas de un sistema cartesiano con origen en la arista superior del

vertedor de cresta delgada, y sentidos positivos de los ejes hacia la derecha y

hacia arriba respectivamente.

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La forma usual de la cortina vertedora, consiste de una cara vertical en el

paramento de aguas arriba, seguido de un chafln a 45 grados y una cresta

redondeada, seguido de un perfil tipo Creager. La cresta tiene esa forma, con el fin

de lograr que la vena de agua no produzca vacos al escurrir y produzca

cavitaciones que den origen a fuerzas desfavorables a la seguridad contra volteo.

La elevacin de la cresta vertedora se fijar considerando la carga de trabajo a su

mxima capacidad, adicionada de un bordo libre que nunca ser menor a 0.50 m,

el que podr aumentarse de acuerdo con la importancia de la altura fijada a la

cortina y la longitud del "fetch1", cuando exista peligro de oleaje.

Las coordenadas del cimacio tipo Creager para una carga de 1 m son

multiplicadas por la carga de diseo para la avenida mxima obtenida en el

estudio hidrolgico. Sin embargo, y dado un margen de seguridad, para cargas

menores de 1.0 m se recomienda utilizar las coordenadas correspondientes a la

carga unitaria. Para el clculo de la longitud de la cresta vertedora, por medio de la

frmula de Francis, se toma un coeficiente de descarga C=2.

X (m) Y (m)

0 0.126

0.1 0.036

0.2 0.007

o.3 0

0.4 0.007

0.8 0.142

1 0.247

1.2 0.397

1.4 0.565

2 1.22

3 2.82

4 4.93

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CALCULO DEL SALTO HIDRULICO.

DATOS

Q=15 m3/s

B= 5 m

Z= 10 m

H=1.396 m

MANNING n= 0.011

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CALCULO

Gasto unitario

Velocidad con la que se aproxima el agua al cimacio

Carga de velocidad

Tirante critico

Considerando k=0.1