UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE SAN S AN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
BOCATOMAS, VERTEDORES Y CANALES DE DERIVACION
CURSO
: Procedimiento de construcción en obras
hidráulicas
DOCENTE
: Ph.D Aida Zapata
ALUMNO
: Pompilla Yábar, Alexis
SEMESTRE
: 2018 – 1
CUSCO – PERU 2018
Cod: 140959
OBJETIVO:
Conocer las obras hidráulicas como vertedores, canales y obras de toma para el aprovechamiento del recurso hídrico.
Entender los conceptos básicos y el funcionamiento de las diversas estructuras hidráulicas.
Conocer los tipos y partes de las obras hidráulicas.
Entender cuando se usa y con qué objetivo se construye cada estructura en estudio.
Conocer la relación entre estructuras hidráulicas para que el proyecto sea integral y eficiente.
1) BOCATOMAS Y OBRAS DE TOMA Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar parte del agua disponible desde un curso de agua (río, arroyo, o canal), desde un lago o incluso desde el mar. En ocasiones es utilizada en grandes ríos, pero su costo es bastante alto. El agua desviada se utiliza para un fin específico, como abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc. Tradicionalmente las bocatomas se construían, y en muchos sitios se construyen aún, amontonando tierra y piedras en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año tras año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente. Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:
Compuerta de control y cierre de la compuerta. Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;
Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:
Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante. Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximación a la bocatoma.
Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.
BOCATOMAS DE SUPERFICIE: Se usan en centrales de pasada para captar ríos y arroyos (tipo Alta Montaña). Debe evitarse instalarlas en el lado interior de una curva. El vertedero evacuador de crecidas debe ser de gran capacidad: Período de retorno 1:100 a 1: 1.000 años.
BOCATOMA CON COMPUERTA RADIAL:
BOCATOMA LATERALCON REJILLA:
Aspectos del diseño hidráulico que se deberán verificar:
Eliminar lo más posible la entrada de sedimentos al canal de aducción Disipación de la energía hidráulica al pie de las barreras fijas y en especial de las barreras móviles. Protecciones de las obras frente a socavaciones. Controlar las filtraciones bajo las obras (evitar el piping).
2) VERTEDORES: CONCEPTO: Novak, Moffat y Narayanan manifiestan que “los vertederos son básicamente estructuras de una presa que garantizan el paso seguro de
las crecientes desde el embalse al tramo del río aguas abajo”.
PARTES DEL VERTEDERO: 1. Sección de control. 2. Transición. 3. Canal de descarga. 4. Estructuras terminales o disipadores de energía.
Figura N° Error! No text of specified style in document. .1 Vertedero
Figura N° Error! No text of specified style in document. .2 Partes de un aliviadero
1. Canal de aproximación: Capta el agua del embalse y la conduce a la estrutura de control, garantizando una distribución uniforme del flujo en dicha sección.
2. Sección de control: Es aquella que regula la descarga directamente del embalse. Esta sección define la capacidad de evacuación de un aliviadero.
3. Transición: Es una estructura que se ubica entre el cimacio y una rápida con el objetivo de cambiar la forma o las dimensiones o ambas, de la sección transversal. 4. Rápida: Es aquel elemento del aliviadero encargado de salvar la diferencia de nivel entre la sección de control y el cauce del rió o canal de salida. Su pendiente generalmente es fuerte, asegurando un régimen de circulación supercrítico. 5. Estructura terminal o disipadora de energía: Es la encargada de disipar la alta energía cinética que alcanza el agua al circular por la rápida, debido a su pendiente, evitando así la erosión del terreno natural y la consecuente destrucción de la propia obra u otra cercana a la descarga del aliviadero.
CLASIFICACIÓN DE VERTEDEROS: Los vertederos se pueden clasificar de acuerdo a: • Vertederos frontales. • Vertedero lateral.
• Libre(incontrolado). • Compuerta(controlado).
• Vertedero de servicio. • Vertedero de
emergencia.
Disposición en planta
Función
Modo de control
Criterio hidráulico
• Descarga libre • Canal lateral, • Pozo. • Sifón. • Túnel.
CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS DE ACUERDO A SU DISPOSICIÓN EN PLANTA: 1.
Aliviaderos frontales: Son aquellos rectos en planta, cuyo vertimiento se realiza coaxial al conducto de descarga.
2.
Aliviaderos laterales: Son aquellos cuyo vertimiento se realiza con cierto ángulo con respecto al conducto de descarga.
Figura N° Error! No text of specified style in document. .3 Clasificación de los vertederos de acuerdo a su disposición en planta.
CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS DE ACUERDO A SU CRITERIO HIDRÁULICO: 1. Vertedero de caída libre.
La forma de un vertedero de caída libre se deduce de la envolverte inferior de la napa total que fluye sobre un vertedero rectangular de cresta delgada vertical de ancho b, altura h y coeficiente C’d (figura N°2-4) cuya ecuación de descarga es:
Para determinar la forma del vertedero de caída libre, diversos investigadores plantearon la forma que debía tener este tipo de vertedero, a partir de la napa que se formaba en un vertedero delgado de pared vertical, entre ellas tenemos: Figura N° Error! No text of specified style in document. .4 Vertedero de pared delgada.
FÓRMULA y
Kx n (figura N°2.5)
y / H
PARÁMETROS
H=1
K=0.5.
n=1.85
H= cualquier valor.
K=0.5, p=p0=presión atmosférica (curva a
K ( x / H )n
Figura N°2.4).
K>0.5, p
K<0.5 p>p0
Figura N° Error! No text of specified style in document. .5 Cresta de vertedero estándar.
La ecuación de descarga también se puede expresar de la siguiente manera, tomando en cuenta que Cd>0.62 y H
,
o
Existe tres posibilidades para escoger la relación entre la cabeza de diseño(Hd) utilizada en la ecuación de deducción de la forma del vertedero y la cabeza real máxima Hmáx. Hd= Hmáx.
Cd=0.745, la presión es atmosférica(p 0).
Hd>Hmáx.
0.578
p0
H=2Hd y Cd=0.825; se presenta el fenómeno de cavitación.
H=1.65Hd y Cd=0.81. Se recomienda no exceder estos valores para evitar presiones
Hd< Hmáx.
negativas,
en
otros
términos,
esta
condición evita la intrusión de aire a la superficie del vertedero, de lo contrario el chorro libre puede empezar a vibrar.
Para vertederos con compuerta la descarga se determina mediante la siguiente fórmula: Figura N° Error! No text of specified style in document. .6 Vertedero de caída libre con compuerta.
2. Vertedor de canal lateral. Es recomendable utilizar este tipo de vertederos en presas de relleno de tierra y enrocado. Se colocan al lado del vertedero y consta del propio vertedero, el canal aguas abajo del vertedero, seguida de una rápida o túnel. Por lo general se ubica de manera perpendicular al eje de la presa.
Figura N° Error! No text of specified style in document. .7 Partes de un vertedero lateral
Figura N° Error! No text of specified style in document. .8 Vertedero de canal lateral: planta.
Figura N° Error! No text of specified style in document. .9 Vertedero de canal lateral sección A-A
Generalmente, el vertedero de canal lateral se diseña como un vertedero de caída libre normal. La profundidad, ancho y pendiente del lecho de la canaleta deben diseñarse de manera que aún el máximo caudal de creciente máxima pase en caída libre sobre toda la cresta del vertedero horizontal, para que no influya el nivel del embalse sobre el flujo en el canal. La ecuación del perfil de la superficie líquida para cualquier caso en particular de canal lateral, suponiéndolo dividido en tramos una vez fijado el punto inicial es:
Donde: Q1: Caudal al inicio del tramo considerado. V1: Velocidad al inicio del tramo considerado. Q2: Caudal al final del tramo considerado. V2: Velocidad al final del tramo considerado. Los regímenes que se desarrolla en el vertedero lateral son:
Figura N° Error! No text of specified style in document. .10 Característica del flujo en un canal lateral.
Perfil A’ de la superficie del agua.
Perfil B’ de la superficie del agua
Si la pendiente de la solera es mayor que Si se establece una sección aguas abajo la pendiente crítica y no existe una del canal lateral para aumentar los sección de control aguas abajo del canal calados aguas arriba se podrá conseguir lateral, prevalecerá el régimen rápido a lo un régimen lento. Las velocidades serán largo de todo el canal. En este caso las menores a la crítica y se conseguirán velocidades serán altas y los calados mayores alturas de agua en el canal pequeños,
resultando
un
salto reduciéndose el salto.
relativamente grande entre el nivel del agua en el embalse y en el canal.
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Generalmente para diseña un vertedero se debe de seguir los siguientes pasos: 1. Determinar el caudal que se evacuará. 2. Designar valores para algunas características de los vertederos tales como, longitud del vertedero, forma de la sección, pendiente longitudinal, coeficiente de Manning. 3. Se calcula los parámetros hidráulicos de la sección crítica del vertedero.
4. Calcular los datos aguas arriba de la sección de control como tirante, área, velocidad. 5.
