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• Jeremias Josue Medina

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DESCRIPCIÓN BREVE Evacuar los niveles excesivos de Caudales son una factor importante en la conservación de las Obras de Almacenamiento por ello analizaremos los criterios para realizar un buen diseño.

HP14 Obras Hidráulicas

ALIVIADERO LATERAL [Subtítulo del documento]

Obras Hidráulicas

Índice 1. Introducción .............................................................................................................................. 2 2. Aliviaderos Lateral ..................................................................................................................... 3 3. Funciones .................................................................................................................................. 4 4. Tipos de Aliviaderos .................................................................................................................. 4 5. Criterios de Diseño .................................................................................................................... 4 5.1 Formula de Forchheiner ...................................................................................................... 5 5.2 Formula de Weisbach.......................................................................................................... 6 6. Calculo de Aliviadero ................................................................................................................. 7 6.1 Ejercicio 1 ............................................................................................................................ 7 6.2 Ejercicio 2 ............................................................................................................................ 7 Diseño de un Aliviadero Lateral .................................................................................................... 7 7. Conclusiones y Recomendaciones ......................................................................................... 11 8. Referencias Bibliográficas ....................................................................................................... 11

Ing. Sandoval Ballarte, Jaime

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1. Introducción

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2. Aliviaderos Lateral Los aliviaderos o también conocidos como vertederos son estructuras que ayudan a evacuar eso excedentes de volúmenes de aguas producidos por las lluvias en ciertas estaciones del año. Según Briceño, Escobar y Ramírez nos dicen que: Permite conducir la mayor cantidad de agua de la requerida en tiempos de avenidas máximas, sin ocasionar desbordes. Esta provista de un Vertedero lateral de demasías que elimina el excedente de aguas. Durante la estación de lluviosa el exceso de caudal puede tener efectos catastróficos en la estructura del canal. Para evitar daños se debe eliminarse de un modo seguro el exceso de agua por medio de estos canales de desagüe cuidadosamente diseñados. Estos canales de desagües reciben el nombre de vertederos (Briceño , Escobar , & Ramirez , 2008). Hay estaciones o periodos en el año donde la intensidad de las lluvias son mayores produciendo así un mayor drenaje de los escurrimientos sobre las quebradas desplazándose por gravedad hasta formar el rio o corriente aguas principal la cual en estos periodos su volumen es el máximo produciendo así los desborde, por ello al pie del canal de demasía hay que diseñar los aliviaderos laterales que me permitan evacuar este exceso de agua y evitando que genera daños a la misma estructura. Según Cadavid nos dice que: El vertedero es una abertura realizada en una pared o presa , dispuesta que tal modo que el agua que sobrepase cierto nivel , vierta o desagüe por encima de la obra , es decir es un dique o pared que intercepta la corriente causando una elevación de nivel aguas arriba . Realmente un vertedero es un orificio sin borde superior […], Los vertederos son singularidades en canales y sus finalidades son el control de agua, por ejemplo de un embalse (vertederos de presas) o bien la medición de caudales (vertedero de medida o aforo). (Afif Khouri, 2010) El vertedero o aliviadero es una obra la cual tiene la forma de una ventana que me permite evacuar el exceso de agua funcionando asi como una ventada de drenaje o sumidero , los vertederos son una distinción en comparación a las otras partes de una bocatoma por ejemplo son indispensables para contrarrestar ese desborde que traerá consecuencias graves dependiendo la magnitud del proyecto, son como una medida de seguridad cuando hay un sobrepase del almacenamiento natural de la bocatoma o presa.

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3. Funciones Las principales funciones de los vertederos son: a) Control de nivel en embalses, canales, depósitos, estanques, etc. b) Aforo o medición de caudales. c) Elevar el nivel del agua. d) Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal.

4. Tipos de Aliviaderos 5. Criterios de Diseño  El caudal de diseño de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel máximo de su caja hidráulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de máxima avenida  El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedará un excedente que corresponde teóricamente a unos 10 cm encima del tirante normal.  La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn.

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5.1 Formula de Forchheiner Dónde: V = 0.95 μ = Coeficiente de contracción L = Longitud del aliviadero h = carga promedio encima de la cresta

2 𝑄 = 𝑉 × 𝑢√2𝑔𝐿ℎ3/2 3 Diagrama de una Aliviadero y las variables a evaluar.

El flujo del canal, deberá ser siempre subcrítico, entonces: h2 > h1 h1 = 0.8 h2 ℎ1 + ℎ2 ℎ= 2

Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores, según la forma que adopte la cresta:

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Nota: El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se esta eliminando por la ventana o escotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c o d Los aliviaderos laterales pueden descargar a traves de un vertedero con colchon al pie (desniveles pequenos) mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energía al final (desniveles grandes). 5.2 Formula de Weisbach 𝑄=

2 𝑢√2𝑔𝐿ℎ3/2 3

μ = Coeficiente de contracción L = Longitud del aliviadero h = carga promedio encima de la cresta

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6. Calculo de Aliviadero

6.1 Ejercicio 1 6.2 Ejercicio 2 Diseño de un Aliviadero Lateral Datos: 𝑎 = 𝑁° 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑎𝑝𝑒𝑙𝑙𝑖𝑑𝑜

b= 𝑁° 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝑎𝑝𝑒𝑙𝑙𝑖𝑑𝑜 a= b=

6 5

Por lo tanto: ymax= Qmax=

1.67 18

m m3/s

a) Cálculos de los tirantes y1, y2 y yn y2= 20% 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑌𝑚𝑎𝑥 𝑦2 = 1.67 − (1.67 × 0.20) = Y2=

1.33 m

𝑌1 = 10% 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑌2 𝑦1 = 1.33 − (1.33 × 0.10) = Y1=

Para obtener el Yn

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1.2 m

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Dato

h2=

0.25 m

Carga Hidráulica

ℎ1 = 0.8ℎ2 = 0.8(0.25) = 0.2 m La carga promedio ℎ=

ℎ1 + ℎ2 0.25 + 0.20 = = 2 2

0.225 m

Así obtenemos el Tirante Normal "Yn" 1m

𝑌𝑛 = 𝑌1 − ℎ1 = (1.2 − 0.20) =

Requisito a cumplir

𝑌𝑚𝑎𝑥 > 𝑦2 > 𝑦1 > 𝑦𝑛

Ok Cumple

1.67> 1.33 > 1.2 > 1

b) Cálculos de los Caudales Q1,Q2,Qn Q2= 20% 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑄𝑚𝑎𝑥 Q2= 18 − (18 × 0.20) Q2= 14.4 m3/s

Q1= 10% 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑄2

Q1=

Q1= 14.4 − (14.4 × 0.10) 11.52 m3/s

Qn= 7% 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑄1 Qn= 11.52 − (11.52 × 0.07) Qn= 10.71 m3/s

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Condición a cumplir Q𝑚𝑎𝑥 > 𝑄2 > 𝑄1 > 𝑄𝑛 Q𝑚𝑎𝑥 > 14.4 > 11.52 > 10.71

Ok cumple

c) Siempre que se cumpla 𝑉1 √𝑔 × 𝑦1

≤ 0.75

Datos: V1= g= y1=

Recomendación del ANA

0.80 m/s 9.81 m/s2 1.2 m/s2

Reemplazando en Frodo Fr=

0.233

0.75 Ok cumple

≤

ℎ2 − ℎ1 ≤ 𝑦2 − 𝑦𝑛 0.25 − 0.20 ≤ 1.33 − 1 0.05 ≤

0.13 Ok cumple

d) Dimensionar la longitud del vertedero Según: Forchheiner

Weisbach

2 𝑄 = 𝑉 × 𝑢√2𝑔𝐿ℎ3/2 3

2 𝑄 = 𝑢√2𝑔𝐿ℎ3/2 3

Dónde: V 0.95 μ = Coeficiente de contracción L = Longitud del aliviadero h = carga promedio encima de la cresta Datos:

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Datos:

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Obras Hidráulicas u= g= h=

0.5 9.81 m/s2 0.225 m

u= g= h=

Reemplazando L1 = 64.89

0.5 9.81 m/s2 0.4 m

Remplazando :

m

L2=

26.01 m

El Método de Weisbach es la longitud a utilizar ha dado buenos resultados en pruebas experimentales.

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7. Conclusiones y Recomendaciones  El aliviadero es el elemento más importante y distintivo en un sistema de almacenamiento donde las fallas más considerables son los desbordes laterales, para ello hay que tener en cuenta las investigaciones de los especialistas y recomendaciones para realizar un buen diseño logrando así proteger a la obra hidráulica, la población aledaña y sus hectáreas de cultivo.  Para realizar el diseño del aliviadero lateral hay que tener muy definido cuál es el caudal máximo que ha pasado en los últimos años y en función a ese evento más adverso empezar a construir el largo del aliviadero.  Diseñemos la longitud del aliviadero por los dos métodos propuestos tanto por Forchheiner y Weisbach, utilizando la longitud más conveniente.

8. Referencias Bibliográficas Afif Khouri, E. (2010). APUNTES DE HIDRAULICA PARA EXPLOTACIONES FORESTALES. OviedoEspaña: Universidad de Oviedo.

Briceño , E., Escobar , R., & Ramirez , S. (2008). MANUAL DE CAPACITACION EN OPERACION Y MANTENIMIENTO DE PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS. Lima: Biblioteca Nacional del Peru.

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