OBRAS HIDRAULICAS
ALIVIADEROS y SALIDAS DE FONDO
Walter La Madrid, MSc.
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Estructuras destinadas a la evacuación de caudales
Estructuras destinadas a la evacuación de caudales
Aliviaderos Side Channel
Siphon
Overflow
Tunnel
Chutes
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ALIVIADEROS - DESAGÜES
ALIVIADEROS OBJETIVO Evacuar caudales cuando se excede la capacidad del embalse. CLASIFICACIÓN Aliviaderos de superficie Aliviaderos (desagües) intermedios Aliviaderos (desagües) profundos
FACTORES PARA EL DISEÑO Caudal de diseño (crecida máxima) Conjunto presa-aliviadero-cauce Reparto de caudales entre distintos aliviaderos Tipo de aliviadero
PARTES Toma Conducción (descarga) Reintegro (estructura terminal)
TIPOLOGÍA • Por la relación con la presa: Aparte e
integrado • Por la toma: Labio fijo ó con compuertas • Por el tipo de conducción: Lámina libre o en
presión • Por el reintegro: resalto o trampolín
ALIVIADEROS. Tomas TIPOS De labio fijo Con compuertas
DE LABIO FIJO • No desagüa hasta que el agua supera el nivel del
umbral. • Caudal por unidad de longitud depende del nivel
Q = Kz3/2 • Funcionamiento automático (estático)
Lámina pegada
Lámina despegada
Perfil Creager Presa vertedero con lámina adherida, son casi todas las de gravedad. Perfil Creager adaptado a paramentos. Perfil Jukovsky pilas entre vanos.
No Regulada
General Discharge Relationship (US Bureau of Reclamation)
Regulado
General Discharge Relationship Gated Spillway (US Bureau of Reclamation)
Morning Glory
Aliviaderos. Tomas CON COMPUERTAS • Se mueven a voluntad • Se puede controlar caudal y nivel • En aliviaderos SUPERFICIALES
Verticales (deslizantes, vagón,...) De segmento (Taintor) De sector • En aliviaderos SEMIPROFUNDOS
Verticales Taintor
DESAGÜES PROFUNDOS ELEMENTOS DE CIERRE Aguas abajo: Control Aguas arriba: De seguridad MANIOBRA Abrir: ByPass -> válv seguridad -> válv control Cerrar: Válv control -> válv seguridad -> ByPass
RESALTO + CUENCO AMORTIGUADOR • No hay conservación de la energía • Determinar la longitud para que se
produzca • Dientes y otros dispositivos • Números de Froude entre 4.5 y 9
Disipación de Energía (ver texto H. Mery) Los chorros evacuados por el rápido de un vertedero, tradicionalmente son manejados mediante dos formas:
Lanzamiento con salto de esquí:
Disipación en cubetas amortiguadoras de resalto:
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí:
Partes: 1.- Canal de descarga o rápido. 2.-Obra de lanzamiento o de deflexión, denominada cuenco de lanzamiento. 3.- Dispersión del chorro en la atmósfera. 4.- Zona de impacto y formación de la fosa natural. 5.- Zona de aguas abajo.
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí:
El radio del cuenco se denomina “ Rb ” y el ángulo de lanzamiento o de despegue se denomina “ j ”. Es ideal que la pendiente del rápido en la llegada al cuenco no sea superior a 1:4 (H:V) y el ángulo de lanzamiento esté comprendido entre 20° y 40°. La altura del torrente en la entrada al cuenco se denomina “ t b ” y el N° de q Froude del escurrimiento “F0 determinado con la relación: F 0 ( gt b3 )1 / 2 ”
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí: La máxima presión sobre el fondo del cuenco debido a la fuerza centrífuga, es:
pm gt b
t b Rb
F 02
El radio adecuado de un cuenco de lanzamiento , de acuerdo a los criterios de Damle y el USBR resulta ser ( Ho es la altura de la energía cinética del chorro a la salida del cuenco y “pm ” la
presión máxima):
H 0 t b t b
Rb
1/ 2
Rb t b
v02 pm
2
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí:
Si se denomina H 0
v02 2 g
, la ubicación de la máxima
altura del chorro ( x m , z m ) queda dada por las relaciones:
xm H 0
2 sen j cos j
z m H 0
El ángulo “ t ” que forma la tangente a la trayectoria con la horizontal a una distancia “ x ” del origen es: tg t tg j
La distancia al punto de impacto es:
sen 2 j x / H 0
2 cos
2
j
1/ 2 Lt P 2 sen j cos j 1 1 2 H 0 H 0 sen j
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí:
Presa Arco Rapel.
Disipación de Energía Lanzamiento con salto de esquí:
Presa Ralco.
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto:
h1 Altura del torrente en el inicio del resalto. v1 Velocidad del torrente > v c (velocidad critica). F 1
v1 gh1
= Nº de Froude del torrente.
h2 Altura conjugada. v 2 Velocidad del régimen subcrítico. Lr Longitud del resalto.
La altura conjugada, relación de Belanger: h2 h1
1 2
1 8 F 12 1
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto: La pérdida de energía del resalto hidráulico: P r
(h2 h1 ) 3 4 h1 h2
Longitud del resalto según Hager (1990): Lr
160 tanh p(
h1
F 1 20
) 12
La eficiencia del resalto hidráulico como disipador de energía: er
1 8 F 3 8 1 8 F 1 2 F 2 1
3
2 1
2 1
Resultando (s/H. Mery): F1 1 2 3
er 0% 9,1 25,7
F1 4 5 6
er 39,1% 49,1 56,4
F1 8 10 12
er 66,4% 72,7 77,1
F1 15 20
er 81,5 86,7
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR: Tanque tipo II. Este tanque se utiliza cuando el torrente tiene un N° de Froude F1 mayor de 4,5 y la velocidad del torrente es superior a los 18 [ m/s]. La altura del régimen tranquilo a la salida debe ser h2 1,05 hconj. ( hconj.
altura conjugada del torrente.). La longitud necesaria de este tanque es de L 4,4 hconj. .
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR: Tanque tipo II:
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR: Tanque tipo III. Este tanque es mucho más corto que el anterior para lo cual tiene una corrida de bloques de impacto que originan fuerzas que se suman a la fuerza hidrostática de la altura de aguas abajo.
Este tipo de tanque se utiliza en torrentes con el N° de Froude F1 >4,5, pero la velocidad del torrente debe ser inferior a los 18 [m/s], para evitar la cavitación en los bloques de impacto. La altura de aguas abajo debe ser igual a la altura conjugada y la longitud del tanque es de L 2,8 hconj.
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR: Tanque tipo IV. Este tanque se utiliza para disipar la energía de torrentes de baja energía específica. Sus características se muestran en la figura 2.77. Los parámetros característicos deben cumplir las siguientes recomendaciones( h2
hconj. ): 2,5 F 1 4,5 ;
; L 6,1 hconj.
Otros aspectos generales de los tanques (II, III, IV): El USBR recomienda que el coronamiento de los muros laterales adopte un resguardo (revancha) sobre h2 de : hresguardo 0,1 (v1 h2 )
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint Anthony Falls) Se utiliza para pequeñas estructuras de drenaje, es de tamaño reducido que los tanques USBR (ver Ven Te Chow):
Disipación de Energía Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint Anthony Falls)
Disipación de Energía Cubeta SAF: Recomendaciones de diseño (1.7 < F1 < 17), según Ven Te Chow:
Disipación de Energía Cubeta SAF: Recomendaciones de diseño (1.7 < F1 < 17), según Ven Te Chow (continuación):
