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OBRAS HIDRAULICAS
ALIVIADEROS y SALIDAS DE FONDO
Walter La Madrid, MSc. [email protected]
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Estructuras destinadas a la evacuacin
de caudales
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Aliviaderos
Overflow
Side
Channel
Chutes
Tunnel
Siphon
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ALIVIADEROS - DESAGES
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ALIVIADEROS
OBJETIVO Evacuar caudales cuando se excede la
capacidad del embalse.
CLASIFICACIN
Aliviaderos de superficie
Aliviaderos (desages) intermedios
Aliviaderos (desages) profundos
FACTORES PARA EL DISEO
Caudal de diseo (crecida mxima)
Conjunto presa-aliviadero-cauce
Reparto de caudales entre distintos aliviaderos
Tipo de aliviadero
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PARTES
Toma
Conduccin (descarga)
Reintegro (estructura terminal)
TIPOLOGA
Por la relacin con la presa: Aparte e integrado
Por la toma: Labio fijo con compuertas Por el tipo de conduccin: Lmina libre o en presin
Por el reintegro: resalto o trampoln
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ALIVIADEROS. Tomas
TIPOS
De labio fijo
Con compuertas
DE LABIO FIJO
No desaga hasta que el agua supera el nivel del umbral.
Caudal por unidad de longitud depende del nivel
Q = Kz3/2
Funcionamiento automtico (esttico)
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Lmina pegada
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Lmina despegada
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Perfil Creager
Presa vertedero con lmina adherida,
son casi todas las de gravedad.
Perfil Creager adaptado a paramentos.
Perfil Jukovsky pilas entre vanos.
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No Regulada
General Discharge Relationship (US Bureau of Reclamation)
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General Discharge Relationship Gated Spillway
(US Bureau of Reclamation)
Regulado
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Morning Glory
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Aliviaderos. Tomas
CON COMPUERTAS
Se mueven a voluntad Se puede controlar caudal y nivel En aliviaderos SUPERFICIALES Verticales (deslizantes, vagn,...)
De segmento (Taintor)
De sector
En aliviaderos SEMIPROFUNDOS Verticales
Taintor
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ELEMENTOS DE CIERRE
Aguas abajo: Control
Aguas arriba: De seguridad
MANIOBRA
Abrir: ByPass -> vlv seguridad -> vlv control
Cerrar: Vlv control -> vlv seguridad -> ByPass
DESAGES PROFUNDOS
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RESALTO + CUENCO AMORTIGUADOR
No hay conservacin de la energa Determinar la longitud para que se produzca
Dientes y otros dispositivos Nmeros de Froude entre 4.5 y 9
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Disipacin de Energa (ver texto H. Mery)
Los chorros evacuados por el rpido de un vertedero, tradicionalmente
son manejados mediante dos formas:
Lanzamiento con salto de esqu:
Disipacin en cubetas amortiguadoras
de resalto:
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con salto de esqu:
Partes:
1.- Canal de descarga o rpido.
2.-Obra de lanzamiento o de deflexin, denominada cuenco de
lanzamiento.
3.- Dispersin del chorro en la atmsfera.
4.- Zona de impacto y formacin de la fosa natural.
5.- Zona de aguas abajo.
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con
salto de esqu:
El radio del cuenco se denomina bR y el ngulo de lanzamiento o de
despegue se denomina j . Es ideal que la pendiente del rpido en la
llegada al cuenco no sea superior a 1:4 (H:V) y el ngulo de lanzamiento est comprendido entre 20 y 40.
La altura del torrente en la entrada al cuenco se denomina bt y el N de
Froude del escurrimiento F0 determinado con la relacin: 2/130 )( bgt
qF
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con salto de esqu:
2
0FR
t
gt
p
b
b
b
m
La mxima presin sobre el fondo
del cuenco debido a la fuerza
centrfuga, es:
El radio adecuado de un cuenco de lanzamiento , de acuerdo a
los criterios de Damle y el USBR resulta ser ( Ho es la altura de
la energa cintica del chorro a la salida del cuenco y pm la presin mxima):
2/1
0
bb
b
t
H
t
R
mb
b
p
v
t
R
2
2
0
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con salto de esqu:
jj
m senH
x cos2
0
j
m senH
z2
0
Si se denomina g
vH
2
2
0
0 , la ubicacin de la mxima
altura del chorro ( mm zx , ) queda dada por las relaciones:
El ngulo t que forma la tangente a la trayectoria
con la horizontal a una distancia x del origen es: j
jt
Hxtgtg
2
0
cos2
/
La distancia al punto de
impacto es:
2/1
2
00
11cos2j
jjt
senH
Psen
H
L
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con salto de esqu:
Presa Arco Rapel.
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Disipacin de Energa
Lanzamiento con salto de esqu:
Presa Ralco.
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto:
1h Altura del torrente en el inicio del resalto.
1v Velocidad del torrente > cv (velocidad critica).
1
11
gh
vF = N de Froude del torrente.
2h Altura conjugada.
2v Velocidad del rgimen subcrtico.
rL Longitud del resalto.
La altura conjugada, relacin de Belanger:
1812
1 21
1
2 Fh
h
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto:
La prdida de energa del resalto hidrulico:
21
3
12
4
)(
hh
hhPr
Longitud del resalto segn Hager (1990):
12)20
(tanh160 1
1
F
ph
Lr
La eficiencia del resalto hidrulico como disipador de energa:
2121
32
1
21818
381
FF
Fer
Resultando (s/H. Mery):
F1 er F1 er F1 er F1 er 1 0% 4 39,1% 8 66,4% 15 81,5 2 9,1 5 49,1 10 72,7 20 86,7 3 25,7 6 56,4 12 77,1
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:
Tanque tipo II. Este tanque se utiliza cuando el torrente tiene un N de Froude F1 mayor de 4,5 y la velocidad del torrente es superior a los 18 [m/s].
La altura del rgimen tranquilo a la salida debe ser .2 05,1 conjhh ( .conjh
altura conjugada del torrente.). La longitud necesaria de este tanque es de
.4,4 conjhL .
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:
Tanque tipo II:
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:
Tanque tipo III. Este tanque es mucho ms corto que el anterior para lo cual tiene una corrida de bloques de impacto que originan fuerzas que se suman a la fuerza hidrosttica de la altura de aguas abajo.
Este tipo de tanque se utiliza en torrentes con el N de Froude F1 >4,5, pero la velocidad del torrente debe ser inferior a los 18 [m/s], para evitar la cavitacin en los bloques de impacto. La altura de aguas abajo debe ser
igual a la altura conjugada y la longitud del tanque es de .8,2 conjhL
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:
Tanque tipo IV. Este tanque se utiliza para disipar la energa de torrentes de baja energa especfica. Sus caractersticas se muestran en la figura 2.77. Los parmetros caractersticos deben cumplir las siguientes
recomendaciones( .2 conjhh ):
5,45,2 1 F ; ; .1,6 conjhL
El USBR recomienda que el coronamiento de los muros laterales adopte un
resguardo (revancha) sobre 2h de :
)(1,0 21 hvhresguardo
Otros aspectos generales de los tanques (II, III, IV):
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint
Anthony Falls)
Se utiliza para pequeas estructuras de drenaje, es de tamao
reducido que los tanques USBR (ver Ven Te Chow):
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Disipacin de Energa
Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint
Anthony Falls)
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Disipacin de Energa
Cubeta SAF:
Recomendaciones de diseo (1.7 < F1 < 17), segn Ven Te
Chow:
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Disipacin de Energa
Cubeta SAF:
Recomendaciones de diseo (1.7 < F1 < 17), segn Ven Te
Chow (continuacin):
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Gracias por su atencion.