3. Aliviaderos laterales 3.1. Definición
Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitándose posibles desbordes que podrían causar serios daños, por lo tanto, su ubicación se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro. Su función es la de permitir la salida de los volúmenes de agua excedentes a los de aprovechamiento. Los cuales, de exceso a eliminarse, se originan algunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos deben descargar con un mínimo de obras de arte, buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto último depende siempre de la conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, ubicación del vertedero, etc.)
Fuente: Google Imágenes
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3.2. Funciones del aliviadero lateral
Las principales funciones son: a) b) c) d)
Control de nivel en embalses, canales, depósitos, estanques, etc. Aforo o medición de caudales. Elevar el nivel del agua. Evacuación de crecientes o derivación de un determinado caudal.
3.3. Funcionamiento del aliviadero lateral
Los aliviaderos laterales son ubicados a lo largo de la banqueta exterior del canal con la cresta paralela al alineamiento del canal. Conforme el nivel del agua asciende por encima de la cresta, el exceso de agua entra automáticamente a un canal lateral. Del canal lateral el agua cae a una
cámara desde la cual el flujo es dirigido a través de una tubería o sección abierta hacia el canal de desfogue. La estructura es generalmente usada en conjunción con una compuerta deslizante que permite el drenaje completo del canal. Una estructura de represa a corta distancia aguas abajo del desfogue permite la derivación de todo el flujo del canal hacia el desfogue. Algunas veces se coloca una barrera flotante diagonalmente a través del canal para derivar la maleza y hojarasca hacia el desfogue. En tal caso no se deben usar salidas dentadas.
3.4. Características generales de los aliviaderos laterales: 3.4.1. Partes componentes de un aliviadero lateral: a) Canal de Acceso: Se encuentra principalmente en los aliviaderos que son independientes
a la presa y que no están al borde del embalse, para comunicar el aliviadero con el embalse mediante un canal. Su longitud varía dependiendo de diferentes factores, entre los que se encuentra el económico siendo el primordial. Se toma algunos criterios: Las velocidades deben ser del orden de 0.5 m/s. Para prevenir la erosión. Minimizar las pérdidas y garantizar el flujo lo más uniforme. Las pendientes son por lo general horizontales o adversas.
b) Estructura de Control: La función fundamental es definir la curva de gastos, que es la
relación entre las alturas de agua en el embalse y los gastos del aliviadero, es decir controla las aguas. Normalmente se define mediante las ecuaciones tipo vertedero.
2 = ∗ 2 ∗ 3 3 c) Estructura de Conducción: Tiene la finalidad de conducir el agua que se encuentra en
los niveles superiores del embalse desde la estructura de control hasta el rio donde llegaran las aguas aliviadas del embalse.
Esta conducción puede ser a través de conductos cerrados o en canales a cielo abierto formado generalmente de dos canales, uno de poca inclinación y otro de mucha pendiente llamada rápida. d) Estructuras de Disipación: Existen variadísimas formas de disipar la energía cinética
generada por el agua. Esto se hace para evitar la destrucción de las obras, debido a la erosión y socavación que ejecuta el agua al chocar con el material de fondo. El disipador además de controlar la erosión y socavación debe evitar la cavitación, vibraciones y abrasión. Entre los disipadores más utilizados se encuentran: Trampolines (de lanzamiento, de chorro, de salto en ski.) Pozos amortiguadores. Vórtices sumergidos Disipadores de impacto. Disipadores mediante válvulas. e) Canal de Descarga: Cuando la estructura de disipación se encuentra alejada del receptor
final es necesario colocar un canal de conexión, es importante señalar que las velocidades del agua no causen erosión en el canal ni socavación indeseable en el rio receptor.
Fuente: Diseño Hidráulico de aliviaderos-Evio Alegret Breña
3.4.2. Regimenes de circulación que se pueden presentar en la cubeta o canal lateral.
En la cubeta pueden presentarse dos regímenes de circulación: a) Supercrítico. b) Subcrítico Si el régimen es supercrítico, los tirantes que se producen en la cubeta son pequeños y por consiguiente la caída del agua desde el embalse resulta ser mayor, lo que hace que se incremente la energía y como consecuencia se pueden presentar problemas con la estabilidad de la cubeta y fuertes impactos del chorro contra la losa de fondo que demandarían un mayor reforzamiento de dicha losa estructuralmente. Si el régimen es subcrítico la masa de agua en la cubeta es mucho mayor, lo que significaría que la altura de caída de la lámina vertiente es menor, lográndose así una mejor disipación de la energía y uniformidad en los tirantes de circulación. 3.4.3. Forma de la sección transversal de la cubeta
En los aliviaderos laterales es muy aconsejable el uso de la forma trapecial en la cubeta o canal lateral. De acuerdo con esta forma se pueden presentar los siguientes casos: a) Cubetas con relaciones grandes entre el ancho de fondo y el tirante: Cuando esto ocurre tiende a producirse una aglomeración del agua en el extremo opuesto al vertimiento, lo cual ocasiona que el agua no circule uniformemente. b) Cubetas con relaciones pequeñas entre el ancho de fondo y el tirante: Cuando esto sucede, a diferencia del caso anterior, se logran tirantes de circulación en la cubeta bastante uniformes, lo que haría de estos tipos de cubeta, los más recomendables. 3.5. Diseño de un aliviadero lateral 3.5.1. 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 aveni da. 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.
Fuente: Diseño de estructuras hidráulicas – Máximo Villón
La cresta del aliviadero debe ser horizontal y dejarse unos 0.2’ por encima del nivel normal
del agua para prevenir derrames innecesarios por la acción natural del oleaje. Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de fórmulas, a continuación, se describe la fórmula de Weisbach.
2 = √ 2ℎ/ 3 Donde: u: Coeficiente de contracción L: Longitud del vertedero h: Carga encima de la cresta, se considera un 60% del borde libre
Fuente: Obras Hidráulicas- Arbulú Ramos José El flujo del canal deberá ser siempre subcrítico, entonces:
ℎ > ℎ 1
Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores, según la forma que adopte la cresta.
Nota: WEISBACH da vertederos muchos más cortos, razón por la cual recomendamos el uso de la fórmula de Weisbach, además ésta ha sido utilizada con buenos resultados en el Departamento de Lambayeque (según MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRÁULICOS )
El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se está 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 través de un vertedero con colchón al pie (desniveles pequeños) mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energía al final (desniveles grandes).
En general el tirante en el acceso al vertedor debe ser igual o mayor a la carga sobre el vertedor, ya que en caso contrario el flujo se afecta por la cercanía de la frontera inferior. Este tipo de consideraciones es especialmente importante en presas de derivación con cortinas vertederas pequeñas ya sea para agua potable, riego o generar energía. Cuando los vertederos tienen el flujo controlado con compuertas, la capacidad de descarga se determina con la ecuación de los orificios:
= √ 2ℎ Donde: C: Coeficiente de gasto A: Área del orificio bajo la compuerta, en m2 H: Carga sobre el orificio, en m 2 = √ 2(1 − ) 3
Donde: Q: Intensidad de la gravedad C: Coeficiente de gasto L: Long. de cresta del vertedor, en m (ancho de compuerta) 1 : Carga mayor, en m : Carga menor, en m 3.5.2. Recomendaciones para el diseño de un aliviadero lateral
1. El perfil vertedor de un aliviadero lateral se recomienda que sea del tipo perfil práctico sin vacío. 2. No es aconsejable usar un cimacio con un perfil práctico con vacío, pues como en estos aliviaderos se recomienda al inicio del mismo un cierto ahogo, esta situación haría caer muy bruscamente la eficiencia de este tipo de perfil, además de que existirán zonas en el vertedor que estarían fluctuando del ahogo, al vertimiento sin él y eso puede provocar daños en la estructura del cimacio. 3. La pendiente de fondo de la cubeta se elige a consideración del proyectista en dependencia del terreno donde ésta será ubicada. Deberá ser una pendiente suave para evitar el régimen supercrítico en la cubeta. 4. El talud de la cubeta será elegido en dependencia del tipo de material del terreno. Este talud siempre deberá ser recubierto debido a los impactos que se producen en él. 5. A la hora de diseñar, se debe tener en cuenta que el ancho del fondo de la cubeta no debe ser menor que 3,00 m para con ello garantizar el trabajo de un bulldozer durante la construcción de dicha estructura. 6. Con el propósito de calcular los tirantes de circulación a través de toda la cubeta, es necesario fijar un tirante en la sección de control, y este será el tirante crítico que puede obtenerse colocando una transición, con un cambio brusco de pendiente o elevando el fondo al final de la cubeta 7. En los aliviaderos laterales con régimen de trabajo subcrítico es aconsejable admitir hasta 2/3 H0 de sumergencia de la cresta en la sección inicial del canal lateral, pues se ha demostrado que este ahogo no influye significativamente en el coeficiente de gasto y sí con ello se garantiza un régimen parejo de circulación en el resto de la cubeta, ya que las alturas de caída de la lámina no van a ser muy grandes. Lo anteriormente expresado en relación con la sumergencia no implica que se deje de calcular la afectación del coeficiente de gasto por el ahogo, en tal sentido, el término hd para el cálculo del ahogo se determina de la siguiente forma:
2 ℎ = 0 − 0 3 3.5.3. Metodología para el diseño de un aliviadero lateral
