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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA: DISEÑO HIDRÁULICO II TEMA: DISEÑO DEL VERTEDERO PICO DE PATO INTEGRANTES: AROCA ALEXANDER CHANCUSIG DORIS IPIALES EDWIN JARAMILLO JYMMY JARRÍN PATRICIA MORALES MARIO ZAMBRANO PAUL SEMESTRE: SEXTO - PRIMERO Abril – Septiembre 2015 Quito – Ecuador INTRODUCCIÓN

Se define como vertedero a la estructura que sirven para evacuar los excesos de un depósito o embalse, y que está por encima del nivel de operación, sirve para regular el nivel de agua. Partes que conforman la estructura del vertedero Los vertederos no son estructuras muy complejas están compuestas principalmente por:

     

Plataforma.- Es donde se apoya la cresta con una altura determina “P”. Cresta.- Es la parte superior del vertedero. Bordes laterales.- Son las alas por donde baja el agua con una pendiente determinada. Corredor.- Es por donde corre el agua hacia el cuenco. Cuenco.- Aquí el agua alcanza disminuir su velocidad y alza el nivel del río. Obras de amortiguación y crecida.- Estas no son obligatorias dependiendo del flujo que se tenga un ejemplo de estas son los dados amortiguadores.

CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS

Clasificación por la Forma: Vertedero Rectangular.- Son los más comunes, y se usan para todo tipo de proyecto. Vertedero Triangular- Usualmente usados para medición de caudales pequeños. Vertedero Circular.- Es de uso poco común a pesar de su fácil construcción y no requerir nivelación en la cresta. Vertedero Trapezoidal.- Compensa la depreciación del caudal por las contracciones laterales a través de las partes triangulares del vertedero, con la ventaja de evitar la corrección en los cálculos. Es de difícil construcción. Clasificación por el Tipo de Pared: Vertedero de Cresta Ancha.- Se usan principalmente para el control de ríos o pueden también ser utilizados en laboratorios. Vertedero de Cresta Delgada.- Sirve para hacer aforos, utilizado principalmente en laboratorios.

Vertedero con Perfil Hidráulico.- Evita desgaste de la estructura y ayuda tener un mejor comportamiento del flujo, permitiendo la máxima descarga.

Clasificación por las contracciones: Vertederos con contracciones.- Este tipo de vertedero se tiene cuando el ancho del canal es mayor que el del vertedero, entonces se producen contracciones del agua en las paredes del vertedero, cuando se tiene este tipo de vertedero se requiere realizar correcciones. Vertederos sin contracciones.-Se tiene cuando el canal tiene el mismo ancho que el del vertedero no se producen contracciones, puesto que el agua sigue el mismo curso. Clasificación por el nivel de Agua: Vertedero Sumergido.- Es cuando la cota de la cresta es menor que el nivel aguas debajo de la estructura. Vertedero Libre.- Se tiene este tipo de estructura cuando el nivel aguas debajo de la estructura es menor que la cresta del vertedero. Tipos de Vertederos Vertedero Tipo Laberinto Este tipo de vertedero se utiliza generalmente donde se requiere determinada longitud y esta no se dispone en el terreno y es necesario generar longitud mediante estructuras en zigzag, estas estructuras o módulos, pueden constituirse por medio de triángulos, rectángulos o trapecios.

Vertedero Tipo Laberinto, Embalse Puentes Murcia

Vertedero Tipo Abanico Este tipo de vertedero generalmente se emplea cuando se pretende tener menor excavación manteniendo la longitud de vertedero, esta estructura es un cimacio tipo Creager curveado con relación a la dirección del escurrimiento, que resbala al corredor donde se produce el resalto. En la generalidad de los casos, para evacuar el agua hacia el cuenco disipador se consideran dos rápidas, el diseño de la primera consiste en determinar la pendiente de la misma de manera que el calado de agua en ella sea igual al calado contraído en el talón del vertedero, a fin de evitar la formación de un resalto hidráulico que pueda sumergir la estructura. La pendiente de la segunda rápida depende la topografía del sitio de emplazamiento, el diseño consiste en determinar los calados de agua que se generan en ella y las propiedades del flujo a la entrada del cuenco disipador (calado y número de Froude)

Vertedero Tipo Abanico, Presa Alpine California Vertedero Pico Pato Los vertederos picos de pato están situados justamente a aguas abajo de la toma y no tiene partes móviles. Son frecuentemente utilizados en canales de riego, ya que garantizar un nivel aguas arriba con poca variación, debido a que desarrolla una gran longitud y tiene su eje geométrico de manera que facilita la salida del agua de manera uniforme. Esta longitud es desarrollada a lo largo de una superficie maciza de hormigón armado en forma de pico de pato es por ello de su nombre peculiar, como se observa en la Figura.

Vertedero Tipo Pico de Pato del Valle del Cauca – Colombia Las técnicas de modernización con el vertedero pico de pato pueden aplicarse a canales revestidos existentes, es importante resaltar que las represas clásicas previstas para el control de los niveles pero el vertedero pico de pato causa una pérdida de carga y una sobre elevación de la línea de agua máxima en el canal, aguas arriba del canal de la estructura

OBJETIVOS  

Conocer cómo se diseña un vertedero pico de pato. Analizar los criterios de diseño para el vertedero pico de pato.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Para proceder a los cálculos para el diseño de un vertedero se necesita seguir los siguientes pasos: 1.-Conocer el caudal que va a ser desalojado por el vertedero. 2.- Designar valores para algunas características de los vertederos tales como:  Longitud del vertedero  Ancho de la base  Definir la sección - Pendiente lateral  Pendiente longitudinal  Coeficiente de rugosidad de Manning dependiendo del material  Altura de la sección de control 3.- Calcular los datos aguas arriba de la sección de control:  Calado aguas abajo  Calado producido por la velocidad

MEMORIA TÉCNICA DATOS DEL CANAL: Qmáx=12 m3/ s Qdis .=1.5 m 3/s S=0.003

b=4 m n=0.015 Cota=2800 m . s . n . m.

NOMENCLATURA: 3

( ) m Qdis .=Caudal de dise ñ o ( ) s m Qm á x .=Caudal m á ximo s 3

S=Pendiente

( mm )

b=Base de canal(m) n=Rugosidad Z =Talud Y =Tirante normal(m) Yc .=Tirante cr í tico(m) Hd= Altura de aguas arriba(m) m V =Velocidad s Bl=Borde libre(m)

( )

DESARROLLO: 1.- Cálculo de las propiedades hidráulicas del canal (Canal rectangular) a.- Tirante normal de canal aguas arriba Resolviendo con H Canales

Obtenemos el valor del calado normal del canal: Y =0.2684 m

b.- Velocidad del canal V=

Q Q = A b∗y

V=

1.5 =1.397 m/s 4∗0.2684

c.- Tirante crítico Yc=

Q √ g∗b

Yc=

1.5 =0.2429 m √ 9.81∗4

d.- Borde libre Bl= √ C∗Y

C C

0,46 0,76

Q0,57

Bl= √ 0.76∗0.2684=0.45 m Este valor se asemeja mucho al de la tabla sin revestir pero para nuestro diseño adoptaremos el valor revestido que se indica en la tabla.

Como nuestro caudal es mayor a 1 m3/s adoptamos el valor de 30 cm.

Bl=30 cm=0.30 m

e.- Altura de Agua Hd=80 ∗Bl Hd=

80 ∗0.30=0.24 m 100

Esquema del Canal Rectangular

Datos para el diseño del vertedero pico de pato L1=5.00 m h=0.24 m(Valor obtenido del cálculo anterior ) h 2=0.30 m(Valor obtenido delcálculo anterior) Hd=0.24 m(Valor obtenido del cálculo anterior ) C=1.87 ∅=15 °(Varía entre 10−15 ° )

Nomenclatura Vertedero

L1=Longitud de vertedero (m) h=Altura de muros en vertedero( m) h 2= Altura Bl de vertedero (m) C=Coeficiemte de tablas Hd= Altura de agua (m) ∅= Angulo de deflexión en vertedero a=Anho de la crestadel vertedero( m) c=Longitud de entrada al vertedero (m) Lv=Longitud de vertedero(m) Hd ´=Tirante del vertedero(m)

Desarrollo: Condiciones de diseño: 1.- La velocidad del vertedero debe ser mayor a V1, para evitar pérdidas de carga. 2.- Q vertedero < Q pasa por el vertedero.

Esquema del Vertedero Pico de Pato

DESARROLLO: 1.- Cálculo de los parámetros a, x, c, a/2 y ángulo verdadero a utilizar. a.- Cálculo del ángulo (partimos de un ángulo impuesto para llegar al verdadero)

∅=15 °(Varía entre 10−15 ° )

Ángulo en radianes: ∅=

π∗15 ° =0.26 rad 180 °

b.- Cálculo de los parámetros a, x, c, a/2 tan ( 0.26 )=

x1 L

x 1 ¿ L∗tan(0.26) x 1 ¿ 5.00∗tan ( 0.26 )=1.3 m L= sqrt {{L} ^ {2} + {x1} ^ {2}} L= sqrt {{5.00} ^ {2} + {1.3} ^ {2}} = 5.2 m

c.- Ancho de la Cresta a=b−2∗x 1 a=4−( 2∗1.3 )=1.4 m a 1.4 = =0.70 m 2 2 d.- Longitud de entrada al vertedero pico de pato c=b−a c=4.00−1.4=2.6 m

Vista Frontal Vertedero Pico de Pato

2.- Longitud del vertedero

Lv=2 L+a

Lv=( 2∗5.2 ) +1.4=11.7 m 3.- Caudal del vertedero Q=C∗L∗Hd 3 /2 3

Q=1.87∗11.7∗0.24 2 =2.58 m3 /s Q=2.58

m3 m3 >Qdis .=1.5 → NO REDISEÑO s s

4.- Velocidad de vertedero V=

Q dis. A

V=

Q dis . Hd∗Lv

V=

1.5 =0.50 m/s 0.24∗11.7

V =0.50

m m