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CAPÍTULO IV ESTRUCTURAS DE PROTECCIÓN R. B. HAYES

CAPÍTULO IV ESTRUCTURAS DE PROTECCIÓN A. GENERAL 4-1. Propósito. Las estructuras protectoras protegen el sistema del canal y la propiedad adyacente del daño que resultaría de la escorrentía incontrolada de la tormenta o del agua de drenaje, o de un exceso incontrolado de flujo dentro del canal. Las tormentas y el agua de drenaje deben controlarse para evitar la erosión de la ribera del canal ascendente y la acumulación de sedimento en el prisma del canal. El agua de tormenta o drenaje debe tener: (1) entrada controlada al canal a través de una entrada de drenaje; (2) conducción controlada sobre el canal en un overchute; (3) conducción controlada debajo del canal a través de una alcantarilla; o (4) el canal debe ser encaminado debajo del canal de drenaje transversal en un sifón. Los excesos de flujo dentro de un canal deben controlarse para evitar daños por el desbordamiento de la ribera o el deterioro de la ribera como resultado de una operación a una profundidad excesiva. Se proporcionan conductos de evacuación para eliminar el exceso de agua que puede resultar de: (1) entrada de flujos de drenaje cruzado en las entradas de drenaje; (2) falta de coincidencia operativa del suministro y la demanda de agua debido a la operación de compuerta aguas arriba; o (3) cierre de una planta de bombeo o central eléctrica aguas abajo de una vía de desechos. Los desagües también se utilizan para vaciar el canal para inspección, mantenimiento, cierre estacional o una emergencia como una falla de la ribera del canal. Un desecho terminal, ubicado al final de un canal, proporciona una descarga controlada de agua no utilizada a un canal o depósito. B. PISTA DE RESIDUOS 4-2. Descripción. Básicamente, una vía de evacuación se compone de una estructura de desbordamiento o compuerta, en combinación con una estructura de caída o canal y un canal de desecho. Las estructuras de desbordamiento y compuerta se combinan frecuentemente como se muestra en la figura 4-1, para proporcionar las diversas condiciones de operación del canal. (a) Entradas de aguas residuales. - Una estructura de desbordamiento, como un aliviadero de canal lateral o un aliviadero de sifón, proporciona una liberación automática del exceso de agua del canal. Una compuerta de salida de desecho proporciona la capacidad de vaciar el canal.

La alineación de la mayoría de las entradas de desecho es normal al canal, pero una estructura en línea es más efectiva para eliminar la basura o el hielo flotante. Una estructura de control y entrada de tubería proporciona tanto un desbordamiento para el control automático del exceso de agua como una sección cerrada o bloqueada para vaciar el canal (vea la figura 4-2). Se utiliza principalmente como una estructura de desecho terminal en línea al final del canal para eliminar el flujo del canal no utilizado. Sin embargo, también se usa en otros lugares a lo largo del canal, al proporcionar un canal corto desde el canal hasta el control y la entrada de la tubería. Una caída de

verificación es igualmente adecuada como estructura de desecho al proporcionar tanto el desbordamiento como la sección cerrada o bloqueada (ver la figura 3-10).

Figura 4-1. Salida de la via con canal lateral Aliviadero y puerta corredera. P-271-701-3736

Figura 4.2. Entrada de la tubería en funcionamiento. P-222-116-53579D

Las compuertas de salida pueden ser operadas manualmente, con o sin elevadores de potencia, o por control automático o remoto. (b)Salida del canal evacuador. -La salida del canal evacuador normalmente realiza la función de disipar el exceso de energía, para proteger la estructura del canal evacuador y el canal de la erosión. Cuando la caída vertical desde el canal al canal evacuador es mínimo, una transición será suficiente. Para mayores gotas en la elevación, ya sea una toma de deflectores, delantal desconcertado, o de cuenco disipador, conjuntamente con una estructura de rampa se requiere. Medios de deflectores son disipadores de energía eficaces para los vertidos de tubería, pero no deben utilizarse cuando existe una carga de malezas pesada. La caída delantal con deflectores son los más adecuados para su uso con las descargas de flujo abierto, pero se han utilizado aguas abajo de conductos cerrados, proporcionando una larga transición a la caída delantal desconcertado. La presencia de una carga de malezas pesado requiere una limpieza de los bloques deflectoras para asegurar un funcionamiento óptimo. Donde los desechos flotantes tales como cepillo es probable, no se deben utilizar caídas con deflectores. Las caídas desconcertadas no requieren una superficie de aguas abajo para un funcionamiento satisfactorio. Pueden funcionar con una amplia variación de las elevaciones de agua de superficie de aguas abajo, y por lo tanto se usan a menudo como estructuras terminales que vierten en embalses. Las piscinas aun son idealmente adecuadas para su uso por debajo de caidas inclinadas rectangulares o rampas, pero se han utilizado aguas abajo de conducto cerrado proporcionando una larga transición a la piscina. Ellos no se ven afectados

negativamente por cargas normales, pero no se requiere una superficie de aguas abajo controlado para asegurar un salto hidráulico. Cuando el canal natural no proporciona un control de aguas abajo, un travesaño de hormigón, o una muesca de control se pueden incorporar en el cuenco amortiguador, como se describe en el subcapítulo II de control aguas abajo F. también puede ser proporcionado por inclinado el invertido de transición, como se muestra en la figura 432. (c) Canal evacuador y estructuras del canal. -Un canal natural se utiliza siempre que sea posible (véase sec. 4-3), para transportar la descarga evacuador a un punto de eliminación, tal como un río o depósito. Sin embargo, por lo general es necesario construir un canal para conectar la estructura evacuador para el canal de drenaje natural. Estas conexiones pueden ser sólo unos pocos pies de largo, o pueden extenderse a miles de pies. La sección transversal de dichos canales de conexión es similar a la de la canal, pero con un énfasis menor en las características de protección. Estructuras de canal evacuador veces se requieren para controlar el flujo y evitar la erosión excesiva del canal. Estas estructuras incluyen rectangular inclinada (RI) caidas o rampas, entradas de control y tuberías, caidas de tuberías o conductos y los cruces de carreteras. (d) Estructuras del canal adjunta. -Compruebe estructuras Aunque no es una parte del propio evacuador, se proporciona generalmente en el canal a una corta distancia aguas abajo del evacuador, de modo que todo el flujo del canal puede ser desviado al evacuador. 4-3. Ubicación y número. -Hay muchos factores que deben tenerse en cuenta para determinar el número óptimo y la ubicación de las vías de evacuación. Una evaluación de los siguientes factores sirve como guía: (a) El costo del sistema de canales y de las vías de evacuación, (b) La presencia de canales de drenaje naturales de la capacidad adecuada, en lugares apropiados para vías de evacuación, (c) El volumen y la tasa de tormenta o el agua de drenaje que pueden entrar en el canal a través de entradas de drenaje, (d) El volumen disponible para el almacenamiento seguro en el canal o en depósitos reguladores, (e) El grado de control automático o a distancia del sistema de canal, o el tiempo estimado requerido para operar manualmente, y (f) La magnitud de las pérdidas económicas que podrían resultar de una insuficiencia orilla del canal. Las vías de evacuación pueden no ser necesaria para las laterales cortas que tienen menos de cuatro o cinco desvíos de regadío. Los laterales más largos deben tener un evacuador terminal en o cerca del extremo, situado cerca de un canal natural si es posible. El número de desvíos aguas abajo de la última evacuador debe limitarse para evitar la sobrecarga que el alcance del canal en el caso de que sea necesario cerrar todos los desvíos.

4-4. Consideraciones sobre la capacidad del canal evacuador. -La variedad de situaciones y necesidades para los que se proporcionan las vías de evacuación requiere que cada vía de vertido se considere individualmente para determinar su capacidad de diseño. (A) del aliviadero. -La capacidad de desbordamiento automático requerido depende de las entradas de la toma de drenaje, los flujos adicionales resultantes de la operación de puerta de aguas arriba, y las entregas a plantas de bombeo o centrales electricas, de la siguiente manera: (1) Las entradas de drenaje.- La capacidad de diseño aliviadero debe ser adecuada para permitir la pérdida de masa de las entradas de diseño acumulativos de tomas de drenaje de aguas arriba desde el canal evacuador. En general, este flujo debe limitarse a aproximadamente 20 por ciento de la capacidad de diseño del canal. Ver subseccion 4-41 (c) para otras limitaciones en los flujos procedentes de las tomas de drenaje. (2) Operación de puerta de aguas arriba. -Cierre de compuertas de salida aguas arriba, sin un ajuste correspondiente de la vía principal del canal resultará en flujo adicional en el canal. La capacidad del aliviadero requerido a veces se controla mediante la capacidad de la mayor afluencia de aguas arriba. (3) las plantas y centrales eléctricas. -Un canal que suministra agua a una planta de bombeo o grupo motor por lo general requiere la provisión de la capacidad del aliviadero automática igual a la capacidad de diseño de la planta. Surge este requisito cuando una planta de bombeo experimenta un fallo de alimentación, o cuando un motor se debe apagar de repente. Desde el cierre de plantas es probable que ocurran durante una tormenta, mientras que las tomas de drenaje están fluyendo a plena capacidad, puede ser deseable proporcionar una capacidad de aliviadero igual a la capacidad de la planta, más la capacidad de diseño de las entradas de drenaje. Esto podría ser de aproximadamente 120 por ciento de la capacidad de diseño del canal. (B) Compuerta de salida del canal evacuador. -La capacidad de la compuerta de salida de desecho debe ser igual o superior a la capacidad de diseño del canal para desviar todo el flujo de canal hasta el canal evacuador en el caso de rotura de canal, u otra emergencia de aguas abajo. Para proteger el alcance en peligro de extinción de canal, la puerta participación evacuador debe ser abierta y la puerta de verificación adyacente cerrada. Dimensionamiento de la puerta participación evacuador de la capacidad de diseño del canal proporciona más capacidad adecuada para el canal para la inspección, mantenimiento, o al final de la temporada de riego. (C) Canal evacuador de flujos. -La salida del canal evacuador debe ser capaz de descargar los flujos simultáneos de la compuerta de derivación de desague y la función de desbordamiento (vea la figura 4-4). (D) Canal Natural de Drenaje.-La capacidad de las características de participación o aliviadero evacuador no debe exceder la capacidad segura de la canal natural en el que se descarga. Por lo tanto, la capacidad del canal natural puede controlar la capacidad de diseño del canal evacuador, a menos que se mejore el canal. 4-5. Limitaciones. -El funcionamiento de la puerta a la participación evacuador debe ser tal que la tasa de reducción de superficie del agua del canal está dentro de los límites impuestos por la estabilidad estructural de la orilla del canal, forro, y estructuras

accesorias. Generalmente, para evitar presiones hidrostáticas excesivas en el banco o detrás del revestimiento, la superficie de agua del canal no debe bajarse más de 6 pulgadas en 1 hora, y no más de 1 pie en 24 horas.

1. Los vertederos de canal lateral 4-6. General. -aliviaderos de canal lateral se encuentran a lo largo de la orilla del canal con la cresta del aliviadero paralela a la alineación del canal (véase la figura 4-1). Como la superficie de agua del canal se eleva por encima de la cresta, el exceso de agua es automáticamente

Figura 4.3. Aliviadero del canal lateral en operación en primer plano, y puerta de desecho en el otro extremo de la cresta del vertedero. Salida constante del orificio de la cabeza en el lado izquierdo del aliviadero del canal lateral. PX-D-72608D

Descargado en un canal lateral. Desde el canal lateral, el agua cae en una piscina desde la cual el flujo se dirige a través de una tubería o sección abierta, al canal de desecho. La estructura generalmente se usa junto con una compuerta deslizante que proporciona un drenaje completo del canal. Tal combinación se muestra en la figura 4-3. Por lo general, se proporciona una estructura de control en el canal a una corta distancia aguas abajo de la vía de desechos, para permitir la desviación de todo el flujo del canal hacia la vía de desechos. Los vertederos de desbordamiento se han utilizado eficazmente para eliminar malezas, basura o hielo del canal. La superficie del agua puede elevarse mediante el cierre parcial del control de aguas abajo, hasta que las malezas o el hielo desborden la cresta del vertedero. A veces, un brazo flotante se coloca diagonalmente a través del canal para desviar las malezas, la basura o el hielo hacia el drenaje. Las salidas desconcertadas no deben usarse donde se anticipa una carga de hierba, basura o hielo. 4-7. Consideraciones de diseño. -Las siguientes consideraciones y recomendaciones de diseño se consideran apropiadas para los vertederos laterales de canales en canales pequeños. La capacidad de diseño debe basarse en los requisitos de la sección 4-4 (a) Desbordamiento de la Cresta. -La cresta del vertedero debe estar nivelada y colocada a unos 0,2 pies por encima de la superficie normal del agua para evitar el desperdicio innecesario de agua debido a la acción de las olas normales. Para

proporcionar un factor de seguridad razonable. Contra el sobregiro, la invasión máxima de la superficie del agua en el francobordo se limita normalmente a: 50 % del borde del forro del canal o al 25 % del francobordo del banco del canal en una sección de canal sin revestimiento. Sin embargo, durante la operación de emergencia del aliviadero que fluye a plena capacidad de diseño, se puede permitir una invasión máxima del 50 por ciento del francobordo del banco del canal en las proximidades del desecho. La longitud de la cresta debe calcularse usando la fórmula [1]:

Figura 4-4. Aliviadero del canal lateral utilizado como una salida de desecho. 103-D-1294

(b) Canal lateral.- El canal lateral generalmente tiene una sección transversal rectangular. El ancho, la profundidad y la pendiente deben ser adecuados para proporcionar un flujo libre mientras se transportan malezas, basura o carga de hielo, y deben proporcionar las dimensiones adecuadas para facilitar la construcción. Un ancho razonable debe variar uniformemente desde aproximadamente 2 pies en el extremo aguas arriba, hasta aproximadamente 4 pies en el extremo aguas abajo, excepto que un ancho aguas abajo de 3 pies es suficiente para descargas de 50 pies cúbicos por segundo (cfs) o menos. Un ancho de canal constante puede ser más práctico bajo ciertas condiciones Para asegurar la descarga libre del vertedero en el canal lateral, la superficie del agua del canal lateral debe estar debajo de la cresta del vertedero. Esto se logra colocando el canal lateral invertido, en el extremo aguas abajo, debajo de la cresta una distancia igual a la energía específica más 1 pie, en base al flujo de diseño total. Suponiendo un flujo crítico, la energía específica es igual a la profundidad crítica más el cabezal de velocidad (d, + h, c), que para una sección transversal rectangular, es igual a 1,5d. La altura mínima del muro corriente abajo es igual a 1.5d, más 1 pie. La pendiente de inversión debería ser suficiente para proporcionar un flujo supercrítico a la piscina. Sin embargo, el flujo transversal de agua entrante sobre la cresta impide el flujo en el canal lateral, lo que causa volumen (volumen aumentado debido al aire arrastrado). Por lo tanto, la inversión debe establecerse considerablemente más pronunciada que la pendiente crítica. Una pendiente arbitraria de aproximadamente 0.05 es un valor conservador. La altura de la pared aguas arriba, h1, es entonces igual a la altura de la pared corriente abajo, h2, menos 0.05 veces la longitud de la cresta. (c) Compuerta de salida del canal evacuador.-La compuerta de salida del desecho se usa normalmente cuando se debe vaciar el canal. Para vaciar el alcance aguas abajo, la descarga de diseño del canal debe fluir a través de la compuerta de desecho sin desbordar la compuerta de control aguas abajo o el aliviadero del canal lateral. Como la necesidad de pasar la descarga de diseño del canal a través de la compuerta de desecho será poco frecuente, se usa una velocidad de 10 cfs para determinar el área de la compuerta. Con esta área de puerta, es necesario proporcionar suficiente altura, como se muestra en la ecuación de orificio [2]:

Que se puede expresar:

Usando un valor de 0.6 para el coeficiente C, [3] y una velocidad de 10 pies por segundo, la altura requerida debe ser igual a 4.32 pies. Por lo tanto, la línea central de la puerta debe establecerse 4.32 pies por debajo de la superficie normal del agua del canal. Sin embargo, para evitar una estructura innecesariamente profunda y para minimizar el problema de la eliminación de sedimentos, la línea central de la puerta no debe

colocarse por debajo del canal invertido. La cabeza está por lo tanto limitada a un máximo igual a la profundidad normal del canal. Cuando se aplique esta limitación, el área de la puerta requerida debe recalcularse para la cabeza reducida (vea la figura 46C). Si una compuerta del tamaño requerido no está disponible, se debe seleccionar el siguiente tamaño estándar más grande y se debe volver a calcular el requisito del cabezal. (d) Piscina. -Para acercarse a las condiciones de flujo libre a través de la puerta o del canal lateral, la piscina invertida debe ser lo suficientemente baja como para que la superficie del agua de la piscina no sea más alta que la línea central de la puerta [9], y no apreciablemente más alto que el canal lateral invertido. Si la piscina se descarga en una tubería, la parte superior de la tubería requiere una inmersión mínima de 1.5 hvP, P (vea la figura 4-6B), para proporcionar una pérdida de entrada de 0.5 hvP y una cabeza de velocidad de la tubería, hvP (e) Tubo. -Típicamente, la vía de evacuación incluye una tubería de la piscina, que se extiende por debajo de la carretera de trabajo hacia la estructura de salida. Se considera que un diámetro de 24 pulgadas es mínimo cuando puede requerirse el paso de malezas, basura o hielo. Si la estructura de salida consiste en una transición de hormigón, el diámetro de la tubería puede basarse en una velocidad máxima de 10 pies por segundo que fluye por completo. La pendiente de la inversión debe ser de aproximadamente 0.001 para facilitar el drenaje completo, sin inducir el flujo supercrítico. Si la tubería termina en una salida con deflectores, el diámetro de la tubería debe basarse en una velocidad máxima de 12 pies por segundo, que fluye por completo. La pendiente de la tubería puede ser tan empinada como 1-1 / 2 a 1, siempre que se satisfagan otras consideraciones de diseño (f) Estructura de salida del canal evacuador. -El tipo de estructura de salida depende de la topografía. Cuando el exceso de energía es mínimo, se debe usar una transición de salida como se muestra en la figura 7-4 para proteger el canal de desecho de la erosión (ver capítulo VII). Cuando se requiera una caída considerable, el exceso de energía se debe disipar mediante el uso de una caída de tubería, una salida con deflectores, una caída de delantal con deflectores o una piscina amortiguadora. Para el diseño de estos disipadores de energía, vea el capítulo VI. (g) Percolación. Dado que la superficie del agua del canal suele ser considerablemente más alta que el canal invertido en la salida de desecho (ver dimensión F, figura 4-6), habrá una tendencia a que el agua se filtre a través del suelo, o la estructura, hacia la salida. Si el camino de percolación es demasiado corto, la tasa de percolación será suficiente para eliminar las partículas del suelo por tuberías, lo que puede provocar la falla del banco o la estructura. Para evitar la tubería, la ruta de percolación debe aumentarse proporcionando collares en la tubería (consulte la sección 4-27). (h) Protección. -La Figura 7-8 se puede usar como una guía para determinar los requisitos de protección para canales sin revestimiento o con revestimiento de tierra o canales de desecho. Indica que se debe usar protección de tipo 2 o tipo 3 en la salida. La protección Tipo 1 debe usarse en la entrada del canal adyacente a la entrada de la compuerta de salida de los desechos, extendiéndose a la línea central del canal y a lo largo del canal por una longitud igual al doble del ancho de la compuerta (vea la figura 4-4).

(i) Operación. -Para conocer las limitaciones de la tasa de reducción, ver la sección 4-5. 4-8. Ejemplo de diseño: hecho en Excel

2. Desvios del Canal Cerrado 4.9. General (a) Uso. – Mientras que las compuertas de los ductos generalmente se combinan con los vertederos del lado lateral o los vertederos del sifón para proporcionar la característica del control automatico y la capacidad de vaciar el conducto, algunos desvíos de la via fluvial no tienen disposición para el desbordamiento. Tales vías de evacuacion, que dependen de la operación oportuna de la compuerta, se utilizan mejor en los canales que no tienen entradas de drenaje, o están equipadas con operación de control automatico o remoto, o en canales que pueden, por un corto tiempo, almacenar o acomodar flujos excesivos sin poner en peligro el sistema. Este tipo de desviación de desperdicios proporciona los medios para remover todo o parte del agua para salvaguardar el canal y la propiedad adyacente en caso de una falla del Banco del canal o una falla amenazada. Para realizar esta función, normalmente es necesario preveer una estructura de control en el canal, inmediatamente después de la concurrencia del ducto (Ver Fig. 4-8). El alcance amenazado del canal puede aislarse cerrando la compuerta de control y abriendo compuerta de salida de los residuos para desviar el flujo del canal hacia el canal de evacuacion. La participación de los derroches también se usa para vaciar el canal para inspección o mantenimiento, o al final de la temporada de riego. Los registros de detencion y las ranuras de registro de parada se suelen proporcionar justo aguas arriba de la compuerta de embarque, para permitir el mantenimiento de la compuerta sin drenar el canal. Las compuertas se pueden operar de forma manual, remota o automática.

Figura 4-8. La salida del canal a la izquierda y la estructura de control de la puerta radial en el lado derecho de la fotografía. Relleno no completado. PX-D-72606D.

(b) Capacidad de Drenaje.- la mayoría de los desvíos de desechos deben ser capaces de descargar toda la capacidad del canal, incluidos los flujos de las entradas de desagüe. La pared de desbordamiento de verificación generalmente tiene un francobordo de 0.2 pies como máximo sobre la superficie normal del agua. Por lo tanto,

la altura máxima disponible para esta compuerta de salida de desagüe sin desbordar las paredes de retención es igual a la profundidad normal mas 0.2 pies. (c) Tipos de Compuertas.(1) Las compuertas deslizantes están disponibles en varios tipos para cumplir con los diferentes requisitivos operativos y de funcionamiento. Una compuerta deslizante de baja altura sin necesidad de contrapresión suele ser satisfactoria para un desvio de desecho de un canal. Sin embargo, para evitar la fuga en la compuerta, debe ser construccion de hierro fundido. A veces se requiere un orificio de ventilación detrás de la compuerta si la compuerta está conectada a un conducto cerrado (Ver el capitulo VIII). Como las consideraciones de diseño para las compuertas deslizantes se discuten en las subsecciones 4-7 (c) y 4-10 (b), la siguiente discusión pone énfasis en los desvíos radiales de los desagües de las compuertas. Los desvíos de desagüe de la compuerta deslizante no difieren esencialmente de los desvíos estándar discutidos en el capítulo III. (2) Compuertas radiales (vea la figura 4-9).- Las compuertas radiales no se usan a menudo para descargas pequeñas. Sin embargo, tienen una ventaja sobre las compuertas deslizantes porque pueden levantarse de la superficie del agua, permitiendo que los desechos flotantes y el hielo se viertan al canal del desecho. Esto, combinado con excelentes características de flujo, le da a la salida del canal de la compuerta radial una ventaja definitiva en algunas localizaciones. Con un francobordo de entrada de aproximadamente 0,2 pies, para evitar el desperdicio de agua debido a la acción de olas menores, la compuerta puede acomodar un poco de desbordamiento antes de que se abra. Las compuertas radiales utilizadas para los desvíos de las vías fluviales están equipadas con sellos de goma que se apoyan en las placas metálicas de la pared y del piso para una mejor estanqueidad al agua. Las placas de suelo y pared pueden estar equipadas con cables o cintas calefactoras, para asegurar el libre movimiento de la puerta durante el invierno, cuando el hielo podría de otra manera hacer que la compuerta sea inoperable.

Figura 4.9. Puerta radial utilizada en combinación con el aliviadero de desbordamiento. P24S-700140SD.

4-10. Sistema hidráulico.(a) Entrada.- La estructura de salida de los desechos generalmente incluye una transición de entrada que converge el flujo hacia el compartiemiento de la compuerta. La inversión en la compuerta suele ser un poco más baja que el canal invertido para facilitar el drenaje completo del canal. La pérdida de entrada es una función de cabezales de velocidad diferencial, Δhv, y se supone que es 0.5 Δhv (ver capítulo VII). El cabezal de velocidad diferencial en una transición en línea es igual a hv2 - hv1. Sin embargo, una transición orientada en una posición normal al alineamiento del canal, como se muestra en la figura 4-11, tendrá un límite de velocidad diferencial igual a hv2 'ya que la velocidad del canal es igual a cero en la dirección del flujo de desvío. Por lo tanto, suponiendo una pérdida de transición de 0.5hv2, la energía específica disponible en el compartimiento de la compuerta,

Habiendo asumido una velocidad cero en el canal en la dirección del flujo de desecho, el cabezal de velocidad, hv1 = 0. Si la velocidad en el compartimento de la compuerta, V2 = 10 pies por segundo, la cabeza de velocidad,

(Pies)

Luego, usando una caída invertida (se considera una caída mínima)

(b) Compuertas Deslizantes -La instalación de la compuerta deslizante generalmente está diseñada para una superficie de agua corriente arriba de la parte superior de la abertura de la compuerta. Bajo esta condición, la descarga está determinada por la ecuación del orificio [2],

Dónde: Q es la descarga en pies cúbicos por segundo, C es el coeficiente de descarga,

A es el área de la abertura de la compuerta en pies cuadrados, h es la altura disponible en la compuerta en pies, y g es la aceleración de la gravedad en pies por segundo Si existe flujo libre aguas abajo de la compuerta, como se muestra en la figura 4-12, la altura, h, se mide desde la elevación de la superficie del agua corriente arriba hasta la línea central de la abertura de la compuerta. Sin embargo, si la parte inferior de la compuerta está sumergida en el lado aguas abajo, la altura, h, es una medida de la diferencia en las elevaciones de la superficie del agua, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta. Un valor conservador del coeficiente de descarga, C, para la compuerta deslizante [3] es igual a aproximadamente 0,60. Dado que la via de vertido no se utiliza con frecuencia con la descarga de diseño máxima, el tamaño de la compuerta se determina en función de una velocidad máxima de 10 pies por segundo a través de la compuerta completamente abierta. Sin embargo, si no hay suficiente altura disponible para alcanzar esta velocidad, puede que se requiera una compuerta más grande para obtener la descarga deseada. (c) Compuertas radiales.-Cuando la compuerta radial se opera parcialmente abierta, la descarga está determinada por la ecuación del orificio [2],

Donde existe flujo libre aguas abajo de la compuerta, como se muestra en la figura 412, la altura, 11, se mide desde la elevación de la superficie del agua corrientes arriba hasta la línea central de la abertura de la compuerta. Si la profundidad del agua corriente abajo sumerge la parte inferior de la compuerta, como se muestra en la figura 4-lOA, la altura del agua es una medida de la diferencia en las elevaciones de la superficie del agua, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta. El coeficiente de descarga, C, para la compuerta radial [3] es igual a aproximadamente 0.72. La compuerta radial, cuando se opera para una descarga máxima, está completamente abierta. Con la parte inferior de la compuerta sobre la superficie del agua corriente arriba, como se muestra en la figura 4-IOB. Bajo esta condición, la descarga se determina a partir de la ecuación del vertedero [2],

Donde H es la profundidad de aguas arriba. Un coeficiente de descarga [2], C, de 3.09, es a menudo utilizado para la presa de cresta ancha con flujo libre.

Figura 4-10. Orificio de salida de la compuerta radial flujo sumergido (para flujo libre en la salida, ver figura 4-12). 103-D-1298

Cuando el flujo del vertedero está parcialmente sumergido por la profundidad aguas abajo, se utiliza un factor de corrección, n:

Los valores de n pueden tomarse de la tabla 37 [4]. Dado que el ducto no se utiliza con frecuencia en la descarga de diseño máxima, el tamaño de la compuerta radial se determina sobre la base de una velocidad máxima de 10 pies por segundo a través del compartimiento de la compuerta (con la compuerta completamente abierta). El ancho mínimo de la compuerta, igual a A / d2 es entonces igual a Q / 10 d2. Una compuerta radial excesivamente ancha sería poco económica, y también puede presentar problemas vinculantes en la apertura y el cierre. El ancho de la compuerta no debe ser mayor a 3hg, donde hg, es la altura de la compuerta (igual a dn, más de un francobordo de 0.2 pies mínimo, como se muestra en la figura 4-12). (d) Trayectoria. -Cuando la compuerta esté abierta ligeramente, un chorro de agua fluirá por debajo de la compuerta a alta velocidad. Cuando una caída o un canal inclinado está situado aguas abajo de la compuerta, el flujo debe pasar a una

pendiente más pronunciada. Sin dicha transición, el flujo de alta velocidad puede liberarse de la inversión al comienzo de la pendiente más pronunciada, dando como resultado una presión negativa y condiciones de flujo inestables. Para evitar tal condición, se podría usar una trayectoria para hacer la transición del flujo a la pendiente más pronunciada. La longitud de la trayectoria debe determinarse a partir de la ecuación [5],

Dónde: X es la distancia horizontal desde el comienzo de la curva hasta un punto en la curva. Y es la distancia vertical desde el comienzo de la curva hasta un punto en la curva, y H es la altura medida desde la superficie máxima de agua corriente arriba hasta la entrada de la bahía de la compuerta, suponiendo que no hay pérdida de carga de entrada. La longitud requerida y el perfil de la trayectoria pueden determinarse trazando puntos en la curva, finalizando donde la pendiente de la curva es igual a la pendiente de la caída. La longitud también puede determinarse resolviendo la ecuación anterior mediante cálculo diferencial, para la distancia, X, en cuyo punto la pendiente de la curva es igual a la pendiente de la caída aguas abajo. En el capítulo II se describe una mejor solución en el caso de que tanto la inversión de aguas arriba como la inversa se encuentren en una pendiente. (e) Salida. Para una discusión de consideraciones para las salidas de desechos, ver la subsección 4-7 (f). 4-11. Ascensores y elevadores.(a) Ascensores operados manualmente. –Ascensores, que consisten en una manivela o rueda y se requieren engranajes para abrir y cerrar las compuertas. La relación de engranajes debe ser consistente con el peso de la compuerta y la fuerza de fricción impartida por la carga hidrostática en la compuerta deslizante, o por los sellos de goma de la compuerta radial. Debe evitarse una relación de engranaje innecesariamente alta, ya que retrasaría la velocidad de apertura, que puede ser crítica. (b) Ascensores o montacargas eléctricos. - Las compuertas deslizantes y las compuertas radiales se pueden controlar de forma automática, remota o mediante un interruptor local de encendido y apagado, donde hay energía eléctrica disponible o donde se usa un motor generador. El nivel de agua es controlado mediante flotadores o sondas que accionan los controles del polipasto. Un dispositivo de este tipo para proporcionar el control automático del nivel de la superficie del agua es el "hombrecito" [6], diseñado y utilizado por la Oficina de Recuperación. (c) Controlado hidráulicamente. - Las compuertas radiales automáticas se han utilizado sin una fuente de alimentación externa, utilizando el aumento de la altura hidrostática que acompaña a una mayor profundidad. Para proporcionar un control del nivel de agua corriente arriba, la hoja de la compuerta incluye una proyección

horizontal, sobre la cual la presión de elevación imparte una fuerza para abrir la compuerta. Con un contrapeso ajustable para proporcionar sensibilidad, cualquier crecida en el nivel de aguas arriba provoca un aumento equivalente en la posición de la compuerta. Este tipo de compuerta automática, si la instalación proporciona suficiente espacio libre para moverse con libertad, tiene una tendencia a tener fugas, y debe usarse solo donde sea aceptable alguna fuga. También es susceptible de un comportamiento errático si las malas hierbas o la basura se alojan debajo de la compuerta, lo que impide el cierre completo. 4-12. Otras Consideraciones.(a) Protección.- La protección contra la erosión parae el canal en la entrada y para el canal de salida debe estar de acuerdo con los requisitos de la figura 7-8. (b) Percolacion.- Debe evitarse la percolación excesiva de agua del canal al canal de salida. Ver la sección 4-27 y el subcapítulo VIII C para consideraciones de diseño para el alivio de la percolación. (c) Operación. -Para limitaciones en la tasa de reducción, ver la sección 4-5. 4-13. Ejemplo de Diseño.