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° Marciano Edwin Torres Rodríguez

DISEÑO DE ALIVIADEROS

CONCEPTO DE ALIVIADEROS

SON ESTRUCTURAS QUE TIENEN COMO FUNCION EVACUAR EL EXCEDENTE DE AGUA NO REGULABLE QUE SE ENCUENTRA EN LOS EMBALSES, ASEGURANDO LA INTEGRIDAD FÍSICA DE LA ESTRUCTURA Y GARANTIZANDO QUE NO OCURRAN DAÑOS INADMISIBLES QUE LO SOCAVEN

ALIVIADEROS DE CANAL LATERAL

ALIVIADERO DE CANAL LATERAL QUE ES?

Una abertura longitudinal que se construye en una de las paredes laterales de un canal con la finalidad de evacuar el exceso de caudal que se pueda presentar en dicho canal

CRITERIOS DE DISEÑO El caudal de diseño de un aliviadero (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.

CRITERIOS DE DISEÑO La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn. Para dimensionar el aliviadero existen gran variedad de fórmulas, a continuación se describe la fórmula de Forchheiner.

Donde: V = 0.95 µ = coeficiente de contracción L = longitud del vertedero h = carga promedio encima de la cresta

El flujo del canal, deberá ser siempre subcrítico, entonces: h2 > h1 h1 = 0.8 h2 h = 0.9 h2 La formula

da buena aproximación

cuando se cumple: 1.

2.

h2 – h1 ≤ Y1 – Y2

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

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

EJEMPLO 1: Un canal trapezoidal de rugosidad 0.014 con taludes 1: 1 plantilla 1 m y pendiente 1 o/oo, recibe en épocas de crecidas un caudal de 9 m3/s., el canal ha sido construido para 4 m3/s, pero puede admitir un caudal de 6 m3/s. Calcular la longitud del aliviadero para eliminar el exceso de agua.

DATOS:

n = 0.014 Z=1 So = 0.001 b=1

1. Cálculo de los tirantes Se utiliza el método del tanteo en la formula de Manning

Como se trata de un canal Trapezoidal, entonces el Área (A) y Radio hidráulico (R) se obtiene usando la tabla de relaciones geométricas de las secciones transversales:

Usando esta formula y conociendo Qmax se obtiene por el método del tanteo Ymax

Ymax

Qmax

1

2.93

2

12.65

1.5

6.78

1.7

8.86

1.72

9.09

1.71

8.98

Qmax = 8.98 ~ 9 (dato)

Ymax = 1.71

Usando esta formula y conociendo Qn se obtiene por el método del tanteo Yn

Yn

Qn

1.1

3.55

1.2

4.25

1.14

3.82

1.15

3.89

1.16

3.96

1.17

4.03

Qn = 4.03 ~ 4 (dato)

Yn = 1.17

Usando esta formula y conociendo el caudal ADMITIDO (Q2) se obtiene por el método del tanteo Y2

Y2

Q2

1.35

5.42

1.40

5.85

1.43

6.12

1.42

6.032

1.41

5.94

Q2 = 6.032 ~ 6 (dato)

Y2 = 1.42

Resumen de los resultados de los tirantes Ymax = 1.71 m

Yn

= 1.17 m

Y2 = 1.42 m

2) Cálculo de h h2 = Y2 –Yn h2 = 1.42 – 1.17 = 0.25 m

h2 = .25 m

h1 = 0.8 * h2 h1 = 0.8 * 0.25 = 0.20 m

h1 = 0.20 m

h = 0.2 + 0.25 = 0.225 m 2

h = 0.225 m

3) Cálculo de Y1 Y1 = Yn + h1 Y1 = 1.17 + 0.2 = 1.27 m

Y1 = 1.27 m

Comprobar condiciones para una buena aproximación de la formula de Forchheiner :

V1 = 0.95 Y1 = 1.27 m

4) caudal a evaluar El caudal a evaluar corresponde al exceso: Qmax – Q2 (caudal admitido) Q = 3 m3/s

5) Cálculo de L para el aliviadero Despejando L de fórmula de Forchheiner 0.49-0.51

L = 20.04 m

µ = 0.5

EJEMPLO 2: Resolver el ejercicio anterior empleando la fórmula de Weisbach

h: se considera un 60% del borde libre, como un criterio práctico de diseño DATOS:

n = 0.014 Z=1 So = 0.001 b = 1m Q = 3 m3/s µ = 0.5

Borde libre (B) = Ymax – Yn h = 60% * B = 0.60 * (1.71 - 1.17) h = 0.324 m

Despejando L de fórmula de Weisbach

L = 11.02 m

Conclusión: FORMULA

Forchheiner Weisbach

LONGITUD DEL ALIVIADERO

TAMAÑO DEL ALIVIADERO

20.04 11.02

Largo Corto

Por lo tanto se recomienda usar la formula de Weisbach,

Cálculo Hidráulico de un aliviadero – Alcantarilla

EJEMPLO 3: A la altura del km 15+790 de un canal principal se plantea la necesidad de eliminar 9 m3/s proveniente de los excesos de lluvia y con la finalidad de prevenir desbordes del canal, se desea proyectar un aliviadero, si el canal presenta un borde libre de 0.9 m, se pide: dimensionar hidráulicamente el aliviadero.

E2 = E3 + Σpérdidas + H2

EJEMPLO 04 En un canal de 6.20 m de ancho en el que tirante normal de 1.10 m se instala un vertedero rectangular sin contracciones y con borde agudo de 0.80 m de umbral. La superficie libre se sobreeleva en 1 m. determinar el caudal

Solución: Como no se conoce el caudal no se puede calcular V0 . Supongamos inicialmente que su valor es cero. El gasto se obtiene a partir de la siguiente ecuación (Fórmula Completa):

Reemplazando los valores conocidos se obtiene

Ahora se puede introducir el efecto de la velocidad de aproximación (Francis-Herschel)

Si usamos la formula de francis con los coeficientes de Herschel se tiene

Tabla . Valores de N para ser usados con la Ec.

Si usamos la Fórmula de Villemonte

EJEMPLO 05

Solución:

ALIVIADEROS DE POZO

ALIVIADERO DE POZO Es un pozo vertical, con una boca en forma de flor de campanilla y una zona de transición semejante a la de un aliviadero de gravedad. En el fondo del pozo, un túnel con una pendiente positiva que garantiza que su extremo no está nunca lleno, conduce el agua al punto de salida.

ALIVIADERO DE POZO

SU FUNCION ES

Descargar el agua excedente o de avenidas que no cabe en el espacio destinado para almacenamiento y en las presas derivadoras dejar pasar los excedentes que no se desvían al sistema de derivación.

CARACTERISTICAS QUE DEBEN CUMPLIR Tener suficiente capacidad. Ser hidráulica y estructuralmente adecuado. Estar ubicado de tal manera que las descargas no erosionen ni socaven el talón aguas debajo de la presa. Las superficies que conforman el canal de descarga deben ser resistentes a velocidades erosivas.

VENTAJAS Flexibilidad muy grande de ubicación, puede ubicarse en muchos puntos, apartados de las laderas. Lo que significa menos problemas en cuanto posibles aterramientos, caídas de bolos al canal de desagüe. Tiene una gran longitud de vertido en relación al espacio que ocupa. Esto se debe a que es circular.

Al ser su alimentación radial y el pozo vertical se asegura, para un amplio rango de caudales, que funciona en presión, de este modo podemos estimar el caudal aliviado.

CORTE LATERAL

EJEMPLO 06 A partir del registro histórico de caudales máximos anuales: Q: 320 m3/s Desviación Standard: 70 m^3/s *destinada para una avenida centenaria. Aplicamos Gumbel para calcular el caudal máximo de diseño en 100 años de retorno. Q (T=100) = Ṍ + K ∂ Y= -Ln(-Ln(1-1/T))=4.6 K= 0.78Y-0.45 =3.138 Qmáx (T=100) =320+3.138x70 = 539.66 m3/s

Por laminación de avenida de 25 % Qmáx (T=100) = 539.66 x 0.75 =404.75 m3/s Ahora usaremos la fórmula para cálculo del caudal de un aliviadero de pozo.

FORMULA PARA ALIVIADERO DE POZO Q = Co.2π.R .H^3/2 Donde: Co: coeficiente de descarga Q: caudal de diseño. R: radio del aliviadero. H: altura de descarga.

Con H: 2.00 m. Asumimos un

R: 5m.

Calculamos: H/R= 0.4 P/R = 2.0

Luego, en tabla determinamos el valor de Co

Según tabla anterior con un

H/R =0.4 Co = 3.58

Vamos hacia la formula y despejamos R. 404.75= 3.58 X 2π X R X 2^3/2 R= 6.36 m

R asum.= 5 m

REPETIMOS EL CALCULO CON EL NUEVO R. R= 6.36 m.

H/R= 0.31

Co= 3.75 EN LA FORMULA:

404.75= 3.75 X 2π X R X 2^3/2 R= 6.07m

R asum. = 6.36 m.

Hacemos un nuevo cálculo: R= 6.07 m.

H/R= 0.33 Co= 3.72

EN LA FORMULA: 404.75 = 3.72 x 2π x R x 2 ^3/2

R = 6.12 m. El valor es aproximado al asumido , por lo tanto es aceptable.

Gracias