Cimacio Con Rápida

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

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“ALIVIADERO DE CIMACIO CON RÁPIDA”

AUTORES: -

ALF ALFARO ARO LA LAYZA, YZA, EDWI EDWIN N LUI LUIS S

-

ROBL RO BLES ES BEJA BEJARA RANO NO,, FRA FRANC NCE ESCO SCO

-

ROJA RO JAS S ULCO ULCO,, JONA JONATH THAN AN ALE ALEIS IS

-

VERA MAG AGUI UI!A !A,, RI RICARD CARDO O

-

WHITE WHITE ALV ALVAREZ, AREZ, MAR MARTIN TIN PATRIZIO TRIZIO

DOCENTE: MSC" ING" NARVÁEZ NARVÁEZ ARANDA, RICARDO CURSO: ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS CICLO: I

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ALIVIADEROS DE CIMACIO CON RÁPIDA

TRUJILLO - PER# $%&'

ÍNDICE TEMÁ TEMÁTICO TICO I.

INTRODUCCIÓN……………… INTRODUCCIÓN……………………………… ……………………………… ……………………....…… ……....………………4 …………433

II. CONJUNTO CONJUNTO HIDRÁULICO…………………… HIDRÁULICO…………………………………… ……………………………… ……………………...5 ……...544 2.1 Definición……………………………………………………………………………………. …4 2.1 Las partes principales que componen un conjunto hidráulico………………………..... (4 2.2 Factores a considerar………………………………………………………………….. ……)4

III. ALIVIADEROS………………… ALIVIADEROS………………………………… ……………………………… ……………………………… ………………………7 ………7 55 3.1 Definición:…………………………………………………………………………… *5 3.2 Criterio de diseo de un ali!iadero……………………………………………………*5 3.3. Componentes de un "li!iadero………………………… "li!iadero………………………………………………………… ……………………………… ….86 ……………………………………………………………..86 6 3.3.1 Canal de apro#imación:……………………………………………………………..8

3.3.2 $structuras de control:……………………………………………………………..10 ……………………………………………………………..107 7 3.3.3 Cimacio:…………………………………………………………… Cimacio:…………………………………………………………………………………….. ………………………..107 107 3.3.% &ápida:…………………………………… &ápida:……………………………………………………………………………………… …………………………………………………118 118 3.3.'.( $structuras finales) o disipadoras de ener*+a: …………………………………15 …………………………………159 9 ...1811 3.3.,.( -ección ertedero:………………………………………………………… ...1811

3.3./.( 0ransición……………………………………………………………………………….. 1811 1811 3.3..(

Canal

de

salida………………………………………………………………….$%11

IV. IV. ALIVIADERO DE CIMACIO CON RAPIDA…………………………… RAPIDA………………………………………… …………… $%14 $%14 %.1

"&C

…………………………………………………………………………..$%14

Universidad Privada Antenor Orrego

0$&4C:

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D$L

D4-$8…………………………………………….$%14 %.3 "L44"D$&- D$ C4"C4 C70&L"D 5& C59$&0"- ........................ $$17

V. PROBLEMAS RESUELTOS…………………………………………………………... $+18 $+18 VI. BIBLIOGRAFA………………………………………..………………………………!"

ÍNDICE DE FIGURAS 1. FIGURA 1: Conjunto hidráulico –embalse- resa-obra de toma …………………..5 2. FIGURA 2: !ista en lanta de la ersecti"a de canal de aro#imaci$n"…………..8 3. FIGURA 3: %ersecti"a %ersecti"a de un canal de aro#imaci$n …………………………....…9 4. FIGURA

4:

&lustraci$ &lustraci$n n

de

un

cimacio

a'uas

arriba

"ertic "ertical al

……………………...10 5. FIGURA 5: (áida- (eresa de 'allito cie'o ……………………………………….11 6. FIGURA 6: )li"iadero laberinto ………………………………………………….….12 7. FIGURA 7: *en$meno de ca"itaci$n ………………………………………………..13 8. FIGURA 8: *en$meno de ca"itaci$n ………………………………………………..13 9. FIGURA 9: %aredes laterales de ráida- muros anclados …………………………14 10. FIGURA FIGURA 10: %aredes laterales de ráida- muros de contenci$n …………………14 11. FIGURA FIGURA 11: 11: +structuras ,inales – isiadores de ener'a …………………….…..15 12. FIGURA FIGURA 12: +stan/ue disiador …………………………………………………..…16 13. FIGURA FIGURA 13: &lustraci$n de un lanador ………………………………………….....17 14. FIGURA FIGURA 14: ransici$n ransici$n entre – entre el cimacio 2 la ráida ………………….…18 15. FIGURA FIGURA 15: ransici$n ransici$n – (eresa de 'allito cie'o ……………………………….18 16. FIGURA FIGURA 16: Canal de salida – (eresa de 'allito cie'o …………………………19 17. FIGURA FIGURA 17: )li"iadero tio cimacio ………………………………………………22


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I" INTRODUCCIN 3a construcci$n de resas satis,ace di"ersos objeti"os como el re'ular el escurrimiento suer,icial comensando la abundancia de a'ua en al'unas ocas del ao con otras de escasas llu"ias al mismo tiemo ermite controlar ,lujos e#cesi"os en ocas e#cesi"amente llu"iosas o en onas de llu"ias torrenciales concentradas en ocos meses del ao e"ita a"enidas e inundaciones hacen habitables llanuras /ue antes no lo eran al almacenar a'ua /ue de otro modo ira directamente al mar 2 or otro lado las resas tienen un objeti"o imortante como 'eneradoras de ener'a elctrica. 3as 'randes obras idráulicas deben contar con 'randes de mecanismos de de,ensa contra desastres naturales 2 tambin debe contar con un sistema de se'uridad ara e"itar osibles ,allos de la estructura %or %resi$n 2 rebalsamiento:. %or eso las obras hidráulicas cuentan con ; comonentes rinciales /ue ase'uren un buen diseo hidráulico< %resa )li"iadero 2 obras de toma. +stos mecanismos ase'uran /ue la estructura hidráulica sea bien diseada 2 construida en su mar'en. %ara oder contar 2 recisar con el diseo de estas estructuras se deben contar con los datos hidrol$'icos brindados or =+>)?&. ambin la e"aluaci$n de imacto ambiental como herramientas de lani,icaci$n usada ara redecir e interretar los

e,ectos

ambientales

si'ni,icati"os

de

una

rouesta

as

mismo

bene,icia

econ$micamente al entorno inter"enido. +stos tios de estructuras nos a2udaran a descar'ar el a'ua e#cedente de a"enidas /ue no ueden ser almacenadas 2 en las resas deri"adores dejar asar los e#cedentes /ue no des"en el sistema de deri"aci$n.


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II"


CONJUNTO HIDRÁULICO

$"& DEFINICIN +s el conjunto de obras /ue se constru2en con el ro$sito de almacenar e"acuar 2 distribuir un cierto "olumen de a'ua ara satis,acer determinadas demandas de la ona donde se ubi/ue.

$"& LAS PARTES PRINCIPALES UE COMPONEN UN CONJUNTO HIDRÁULICO: ." P/01.: +s a/uel objeto de obra dentro del Conjunto idráulico /ue se constru2e ara embalsar el a'ua durante el erodo h@medo con el ro$sito de crear una reser"a ara satis,acer las demandas de los usuarios en el erodo de seca.

2" A3454.60/7: +s a/uella obra /ue se constru2e ara e"acuar el a'ua e#cedente o de a"enida /ue no cabe en el esacio destinado ara el almacenamiento.

8" O2/. 60 97.: +s a/uel elemento dentro del Conjunto idráulico encar'ado de re'ular o dar salida al a'ua /ue se desea aro"echar del embalse.

F#$%&' 1( C)*+%*,) -#&/%0#) 2'06 &6')&'  ,)' Universidad Privada Antenor Orrego

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$"$ FACTORES A CONSIDERAR 

oo'ra,a



Aeolo'a



*inalidad de embalse



+stabilidad de taludes de e#ca"aci$n



%ermeabilidad 2 resistencia del suelo



io 2 "olumen de e#ca"aci$n



%osibilidad de erosi$n en el conducto de descar'a


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III"


ALIVIADEROS

;"& DEFINICIN: 

Bna estructura /ue ,orma arte del conjunto hidráulico /ue tiene la ,unci$n de retirar los "ol@menes de a'ua adicionales 2 cu2o almacenamiento no ha sido considerado en el diseo de la resa. 3a ubicaci$n de la estructura del ali"iadero uede estar inte'rada a la resa o ,uera de ella emlaado en el embalse.

;"$ CRITERIO DE DISE!O DE UN ALIVIADERO: 

Bn ali"iadero es seleccionado de acuerdo a re/uerimientos de descar'a diseo de la resa utilidad de la resa. 3a caacidad del ali"iadero debe ser necesariamente i'ual ero 'eneralmente ma2or al caudal má#imo de descar'a. +l caudal má#imo de salida seria la creciente de diseo termino obtenido del aorte de la cuenca en e"entos de alta ocurrencia de la reciitaci$n.



+l ali"iadero debe tener la caacidad de retirar esos "ol@menes de a'ua adicionados mediante el transito ro'resi"o del ,lujo a tra"s de los elementos estructurales /ue comonen el ali"iadero. +l diseo de esta estructura debe considerar el "ertido atendiendo la se'uridad de otros elementos del embalse 2 la disosici$n de las a'uas deben estar diseadas de tal manera /ue el imacto a'uas abajo sea mnimo.



+l ali"iadero uede resentar "arias ma'nitudes del ,lujo a descar'ar ero en realidad el diseo del ali"iadero se basa en el cálculo de la má#ima creciente or la hidrolo'a de la cuenca de aorte. 3a descar'a de cual/uier ma'nitud /ue ueda resentar el ali"iadero acumula 'randes cantidades de ener'a cintica ara lo cual tambin se ro2ectan estructuras ara disiar esta ener'a las cuales serán sealadas.


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;"; COMPONENTES DE UN ALIVIADERO: 

Cada ali"iadero está con,ormado or una aro#imaci$n cu2a ,unci$n es la de encausar el ,lujo de las a'uas del reser"orio ara el desalojo. 3a disosici$n de este ,lujo se re'ula con un control hidráulico /ue en muchas ocasiones es un Cimacio o como se ha "enido haciendo imlica la utiliaci$n de un "ertedero en laberinto. 3a cota de estructura de control es la /ue determina el ni"el de a'uas má#ima. )'uas abajo a la estructura de control el ali"iadero debe oseer un conducto /ue conduce el ,lujo hacia el anti'uo cauce del rio 2 /ue uede ser un t@nel o canal con suer,icie libre en r'imen suercrtico aun/ue en muchos casos se inclu2e a'uas debajo de este canal una estructura de disiaci$n de ener'a cintica.

;";"& CANAL DE APROIMACIN: 

3o constitu2e un área dentro del "aso de almacenamiento en la cual el a'ua asa del estado de reoso desde el reser"orio 2 de una "elocidad mnima a la estructura de control. +ste canal se inicia con un tramo e#ca"ado en tierra o ro2ectado en la de resa canal /ue normalmente conduce a un se'undo tramo en concreto. +l tramo e#ca"ado en tierra resenta un ancho ma2or /ue el tramo de concreto moti"ado or la



transici$n usada entre ambos canales. =e ilustra esta de,inici$n en las ,i'uras &&.7 2 &&.8 una "ista a#onometra 2 una "ista en lanta.

F#$%&' !( V#6,' * 0'*,'  0' &6,#9'  '*'0  '&):#'#;* .


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F#$%&' 3( P&6,#9'  %* '*'0  '&):#'#;* 

+l tramo e#ca"ado en tierra es un canal de secci$n constante o "ariante. +n al'unos casos en su cercana con el tramo en concreto sus taludes 2 ,ondo se recubre con enrocado. +l tramo en concreto es rectan'ular ,ormado or la rolon'aci$n hacia a'uas arriba de las aredes del canal /ue constitu2e el "ertedero estas aredes alcanan una cota i'ual a la de la cresta de la resa el ,ondo de este tramo se re"iste con losa de concreto /ue se e#tiende desde el cimacio hacia a'uas arriba hasta la transici$n entre



ambos tramos. 3a cota de ,ondo del canal de aro#imaci$n corresonde a la del ni"el de a'uas normales restándole la altura de la estructura de control. +sta cota tiene e,ectos si'ni,icati"os en el coe,iciente de descar'a de la estructura de control dado /ue a ma2or altura de estructura ma2or será el coe,iciente de descar'a 2 "ice"ersa ero al



aumentar su altura tambin aumentan los costos de e#ca"aci$n. >o e#iste en la biblio'ra,a arámetros de diseo del canal de aro#imaci$n 2 es imortante tener en cuenta /ue es di,cil encontrar en la 'eomor,olo'a de todas las resas construidas 2 a construir condiciones totalmente ajustadas a tablas de datos ara la ro2ecci$n de este. %or esta ra$n se indica la articularidad de cada diseo de ali"iadero. =in embar'o e#isten una serie de normas de diseo determinadas or las caractersticas /ue debe resentar el ,lujo de a'ua en la entrada de la estructura de control /ue deben cumlir ambos tramos del canal de aro#imaci$n.


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;";"$ ESTRUCTURAS DE CONTROL: 

3a estructura de control es el elemento /ue determina el ni"el de a'uas normales del embalse. =obre este ni"el se ro2ecta el ali"iadero realice la descar'a del e#cedente a tra"s de la estructura de control. =e esera /ue durante la descar'a el ni"el del embalse alcance el ni"el de a'uas má#imas sobre este ni"el estara en eli'ro la resa. )un as el canal del ali"iadero tiene re"isto un borde libre como ,actor de se'uridad.

;";"; CIMACIO: +l cimacio es una de la estructura de control más usado 'eneralmente construida en concreto /ue se obtiene de inclinar un "ertedero de ared en un "ertedero de cresta "i"a ajustándolo a la hidrodinámica del "ertido del

,lujo.

+l cimacio es básicamente una estructura masi"a de concreto lo cual lo hace estable está searado del resto de los comonentes del ali"iadero or juntas de dilataci$n e i'ualmente di"idido en "arios blo/ues cuando la lon'itud determinada or el ancho del ali"iadero as lo re/uiere. +n su base normalmente se coloca un drenaje cu2a ,inalidad es catar cual/uier ,iltraci$n /ue ueda dar ori'en a inestabilidad de la estructura. +l er,il de a'uas abajo del cimacio debe unirse con el canal ráido. =obre la cresta del cimacio el ,lujo de a'ua alcana la altura crtica hacindose el r'imen hidráulico antes del cimacio el ,lujo es subcritico 2 a artir de este unto es suercrtico. 3a ,i'ura &&.; ilustra las artes 2 la ,orma de lo /ue es un cimacio 2 su ,unci onami ento.

F#$%&' 4( I0%6,&'#;*  %* #'#) '$%'6 '&&#' 9&,#'0


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;";"+ RÁPIDA: 3a ráida es un canal en r'imen suercrtico /ue conduce el ,lujo desde el ie de la estructura de control hasta la estructura ,inal de disiaci$n de ener'a. =us dimensiones están determinadas tanto or la ma'nitud del caudal a descar'a el estudio econ$mico del ali"iadero como a las caractersticas mor,ol$'icas del sitio de ali"iadero.

F#$%&' 5( R/#' R&6'  $'00#,) #$)


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C./.890/<1948.1: &= %or lo 'eneral resenta un ancho constante i'ual al ancho de la estructura de control aun/ue en al'unos casos se uede hacer con"er'ente o se hace necesario hacerlo di"er'ente con la ,inalidad de modi,icar las condiciones hidráulicas en la entrada de la estructura ,inal de disiaci$n ara obtener las condiciones de disiaci$n deseadas. +n el caso del canal ráido con"er'ente se obtiene un ahorro con las cantidades de concreto 2 e#ca"aci$n. ebido a /ue el r'imen del canal ráido es suercrtico 2 la introducci$n de un elemento orientador del ,lujo como lo son las aredes del canal en una direcci$n distinta a la de la corriente introduce en ste un sistema de olas cruadas estacionarias. +n el caso de la utiliaci$n de un "ertedero de laberinto la 'eneraci$n de oleaje cruado se incrementa. +l e,ecto de este oleaje aumenta con el n@mero de *roude muchas "eces la con"er'encia se hace ma2or en la salida del cimacio inicio del canal ráido en donde el n@mero de *roude es menor.

F#$%&' "( A0#9#'&) 0'&#*,)


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$= %or ser siemre el r'imen hidráulico suercrtico el alineamiento de los canales ráidos casi siemre es recto aun/ue en al'unos casos or raones de esacio 2 disonibilidades de too'ra,a su alineamiento se hace cur"o ajustándose as a las condiciones del sitio. +n estos casos de ráidos con cambio de alineamientos se roducen ondas /ue se cruan 2 /ue "iajan a'uas abajo roducindose un e,ecto de sobre-ele"aci$n en la lámina de a'ua /ue ueden asar la altura de las aredes laterales del "ertedero. +sto obli'a a hacer estudios en modelos ara determinar sobreele"aciones 2 radios de cur"atura 2 oder as ro2ectar las alturas de los muros laterales 2 mejorar el alineamiento del ráido mediante modi,icaciones de diseo or sus dimensiones o incororaci$n de disositi"os.

F#$%&' 7( O0'+ ;= tro ,en$meno roio del r'imen suercrtico es el de aire atraado en la suer,icie libre cuando se desarrolla a lo lar'o de la lámina "ertiente toda la caa lmite turbulenta esto roduce tambin un incremento en la altura del ni"el de a'uas 2 debe ser considerado en el diseo de la altura de los muros laterales.


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F#$%&' 8( F*;*)  '9#,'#;* += +n ráidos donde los caudales a ali"iar son 'randes 2 se resentan notables di,erencias de cotas entre inicio 2 ,in del ráido< uede resentarse la destrucci$n del concreto or el e,ecto de la ca"itaci$n dada la 'ran "elocidad /ue alcana el a'ua. Como medidas ara e"itársete suceso se alica un acabado al concreto lo más liso osible. ambin se ha dado el caso de ser necesario incororar aire al ,lujo en las onas de baja resi$n o resi$n ne'ati"a mediante disositi"os trans"ersales a la direcci$n del ráido estos disositi"os están abiertos a la atm$s,era mediante un sistema de tuberas. 3os disositi"os incororado res de aire com@nmente usados son ranuras o canaletas lanadores 2 combinaciones de ambos. =u diseo re/uiere el uso de modelos e incluso se han hecho estudios en rototio.

(= 3os ráidos de los ali"iaderos son casi siemre canales rectan'ulares re"estidos de concreto con su,iciente borde libre ara e"itar el derrame de a'ua 2 consecuente soca"aci$n del suelo ad2acente 'eneralmente las aredes laterales son muros /ue ,uncionan como muros en "oladio emotrados a una aata de ,undaci$n la solera del canal se comleta con losas. 3os esesores de los muros laterales 2 aatas deenden de las car'as a las /ue el muro está sometido. *i'ura &&.10a 2 &&.10b:

F#$%&' <( P'&6 0',&'06  &/#' %&)6 '*0')6


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F#$%&' 1=( P'&6 0',&'06  &/#' %&)6  )*,*#;*

3a losa central uede "ariar en esesor in,lu2endo en esto las condiciones del suelo car'a de a'ua etc... +n los casos en /ue este canal se coloca sobre rocas de buenas caractersticas de ,undaci$n se uede e"itar los muros de "oladio anclando la ared lateral a la roca mediante estructuras articulares se'@n las necesidades esec,icas de cada ali"iadero.

;";"("- E19/>89>/.1 [email protected], 7 6414.67/.1 60 0@0/<.: 

3as estructuras ,inales cumlen en al'unos casos la ,unci$n de cambiar el r'imen roio del canal ráido suercrtico a subcritico as como minoriar o disiar la ener'a cintica contenida en el ,luido descar'ado. +n estos casos las estructuras utiliadas son los denominados estan/ues o oos disiadores 2 estos trabajan mediante la ,ormaci$n de un resalto hidráulico dentro de su con,i'uraci$n. ambin e#isten los lanadores o de,lectores sumer'idos ara los cuales e#isten una amlia serie de arámetros de diseo. ambin la estructura ,inal es la resonsable de la transici$n del ,lujo desde el ali"iadero al curso de a'ua natural.

F#$%&' 11( E6,&%,%&'6 >#*'06 2 D#6#')&6  *&$?'



+n otros casos la estructura ,inal está constituida or un de,lector o lanador libre el cual cambia la direcci$n de la corriente ro2ectándola lejos del ali"iadero en donde or su imacto se ,orma un estan/ue /ue constituirá un


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ALIVIADEROS DE CIMACIO CON RÁPIDA colch$n de a'uas en el cual el e#cedente de ener'a cintica es disiado.



3os estan/ues disiadores consisten como su nombre lo indica en un estan/ue conti'uo al canal ráido dentro del cual se ,orma el resalto hidráulico el r'imen asa a subcritico 2 con las "elocidades su,icientemente bajas /ue ueden ser toleradas or el anti'uo cauce del ro o canal de descar'a /ue conduce a ste.



+l diseo de estas estructuras re/uiere de un 'ran "olumen de material en la 'ran ma2ora de los casos concreto ara oder soortar las ,ueras de las resiones 2 "ibraciones roias del resalto hidráulico as la resi$n de oros desarrollada en la ,undaci$n. 3a resi$n de oros desarrollada en la ,undaci$n uede ser ne'ati"a ocasionando la absorci$n de material o ositi"a roduciendo una ,uera alicada se ha dado el caso de una combinaci$n ambas. =u buen ,uncionamiento deende de la altura de restituci$n /ue se ten'a a'uas abajo la cual debe ser i'ual a la altura conju'ada del resalto ara e"itar /ue ste sal'a del estan/ue 2 soca"e el ie de la estructura. +stas estructuras se utilian cuando no e#isten a'uas abajo condiciones 'eol$'icas /ue ermitan el uso de un lanador 'eneralmente cuando el cauce del anti'uo ro es erosionable 2 se resenta la osibilidad de /ue la soca"aci$n creada or el chorro a"ance sin control hacia a'uas arriba oniendo en eli'ro la estabilidad del mismo ali"iadero 2 or consecuente el embalse. ambin se utilian en a/uellos casos en /ue la ener'a disonible no es su,iciente ara hacer ,uncionar el lanador como tal.



+n muchos ali"iaderos ara embalses en +uroa es com@n "er la utiliaci$n de los lanadores. 3os estan/ues disiadores inclu2en obras de obras de transici$n entre el estan/ue 2 el curso de a'ua. *i'uras&&.11 2 &&.1D:


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F#$%&' 1!( E6,'*@% #6#')&

F#$%&' 13( I0%6,&'#;*  %* 0'*')& ;";")"- S0884@ V0/9060/7: +s a/uella /ue re'ula la descar'a directamente del embalse. +sta secci$n de,ine la caacidad de e"acuaci$n de un ali"iadero. Bn "ertedor mal ro2ectado uede ori'inar /ue el ni"el de a'ua sobrease la corona de la resa 2 derrame sobre ella udiendo ocasionar sobre todo si se trata de resas de tierra materiales 'raduados o de enrocado la ,alla de la estructura rincial. eniendo en cuenta /ue las ,allas ocurridas mundialmente en resas de 'ra"edad se han debido rincialmente a la insu,iciencia del "ertedor de demasas se tendrá


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esecial cuidado en su diseo basando los cálculos en datos obtenidos de la a"enida má#ima obser"ada. )demás de tener su,iciente caacidad se deberá cuidar /ue la descar'a del "ertedor no soca"e el tal$n de a'uas debajo de la resa.

;";"*"- T/.@1484@: +s una estructura /ue se ubica entre el cimacio 2 la ráida con el objeti"o de cambiar la ,orma o las dimensiones o ambas de la secci$n trans"ersal de la cual se uede rescindir en deendencia de las dimensiones del "ertedor.

F#$%&' 14( T&'*6##;* *,& 2 *,& 0 #'#)  0' &/#'


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F#$%&' 15( T&'*6##;* 2 R&6'  $'00#,) #$) ;";"'"- [email protected] 60 1.346. +s el encar'ado de conducir el a'ua hasta el cauce "iejo del ro. %or lo 'eneral es con"er'ente a la transici$n 2 di"er'ente a la salida con el ro.

F#$%&' 1"( C'*'0  6'0#' 2

R&6'  $'00#,) #$)


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IV" ALIVIADERO DE CIMACIO CON RAPIDA +"& MARCO TEORICO: +l ali"iadero de cimacio es el más com@n 2 normalmente se adata a resas de concreto de 'ra"edad. 3os ali"iaderos de cimacio ro"istos de comuertas en la cresta act@an como ori,icios bajo aertura arcial de las comuertas 2 como "ertederos de descar'a libre bajo aertura total de las comuertas.

+"$ ASPECTOS GENERALES DEL DISE!O +l diseo de un ali"iadero normalmente in"olucra determinar la lon'itud de cresta E3F. =i 3 es 'rande GH I es 'rande 2 no debe ser ma2or a un Ima# tolerable: GH se determina 3ma#.

=i 3 es e/ueo GH  es 'rande 2 no debe ser ma2or a un ma# tolerable:

A 767 /0?0/[email protected], >060 10.3./10 >0 >1>.30@90 LH 01 603 7/60@ 60 ' . &%" 

+l ali"iadero de cimacio con ráida tiene ara el caudal de diseo una ,orma 'eomtrica /ue se encuentra estrechamente relacionada con la ,orma del chorro de descar'a sobre un "ertedero rectan'ular de arista a'uda. 3a ,orma de la estructura debe ajustarse a la cur"atura /ue desarrolla la naa in,erior del chorro de descar'a.

%ara un ali"iadero de cimacio se tendrá<


UPAO


2

3/ 2

Q= √ 2 g C d L H d 3

D7@60: Cd G 0.75 3Glon'itud e,ecti"a m: d G car'a sobre la cresta ara el caudal de diseo m: ' G 9.81 mJsD

D4107 H46/>3487 60 .3454.60/7 60 84.847 87@ /46. Cuando la cara anterior del ali"iadero es "ertical la ecuaci$n /ue describe la ,orma de la cresta es<

1.85

X

0.85

=2 H d

Y

K G +je "ertical m: L G +je oriontal m: 

C>.@67 03 8.>6.3 84/8>3.@90 = 01 0@7/ >0 03 60 64107 6=, el chorro de descar'a se e'a al contorno del ali"iadero ejerce resi$n 2 se desarrolla ,ricci$n. e esta manera el ali"iadero act@a hidráulicamente como un "ertedero de ared 'ruesa 'enerando tirante crtico sobre la cresta. =e demuestra /ue en este caso Cd se reduce a 0.58.



C>.@67 03 8.>6.3 60 6018./. = 01 .7/ >0 03 60 64107 6=, el chorro se desrende de la suer,icie 'enerando en la ona de searaci$n resiones ne'ati"as o


UPAO

ALIVIADEROS DE CIMACIO CON RÁPIDA succi$n. +n este caso debe ase'urarse /ue las resiones ne'ati"as no cai'an a un "alor cercano al de la resi$n de "aor lo cual dara lu'ar a la 'eneraci$n del ,en$meno de ca"itaci$n.

L.1 />02.1 00/4[email protected] K.@ 0/49467 019.23080/ 37 14>40@90: 

%ara Gd GH CdG0.75



%ara G1.65Md GH CdG0.81 este estado corresonde al lmite ráctico se'uro ,rente a ca"itaci$n:



%ara GDMd GH CdG0.8D5 en esta condici$n se está en ries'o inminente de ca"itaci$n:

+n muchos casos sobre todo ara brindar ,acilidades de circulaci$n sobre la cresta de la resa 2Jo ara tener ma2or control sobre la descar'a mediante el emleo de comuertas se intercala ilares en la cresta del ali"iadero los mismos /ue ser"irán de soorte ara las losas de un uente o ara ,ijar las comuertas de re'ulaci$n de la descar'a. +n cual/uier caso ha2 /ue tomar en cuenta el e,ecto de contracci$n lateral /ue moti"an los ilares 2 estribos al modi,icar el atr$n uni,orme de las lneas de ,lujo. +l e,ecto de contracci$n lateral se incorora en los cálculos e,ectuando una correcci$n a la lon'itud de cresta del ali"iadero.

F#$%&' 17( A0#9#'&) ,#) #'#) L7@49>6 0?08945. L0?=: Universidad Privada Antenor Orrego

UPAO


Lef = L−2 ( N K P + K A ) H d 3 – lon'itud real m: > – n@mero de ilares unidades: N% – coe,iciente de contracci$n debida a los ilares N) – coe,iciente de contracci$n lateral debida a los estribos  – altura de car'a sobre la cresta m:

+"; ALIVIADEROS DE CIMACIO CONTROLADO POR COMPUERTAS Calculo Cd or medio del si'uiente abaco<


UPAO


V. PROBLEMAS RESUELTOS 1. Diseñar el un aliviadero de cimacio con descarga rapida con una pendiente de 5/3 con los

siguienetes datos:      

4 vanos de 8 m c/u 3 pilare de secion rectangular con bordes redondeados Estribos laterales a 90 grados, con bordes redondeados 4 compuertas ed arco de cilindro de 8m c/u Caudal de diseño: 35 m3/s Cd ! 0"#5

Solucion:

Lef = L−2 ( N K P + K A ) H d Longitud !"l # 8$4 #% L!& # 32 ' ( # ) d! *il"!+ #% ( # 3


UPAO


,* # 0.02 - ," # 0.10

!$ %e& ! 3' ( ')3*0"0' + 0"0-*.d "")2

3/ 2

Q= √ 2 g C d L H d 3

!$  ! )'/3- ) √ 2 x 9.81 - )0"#5- )%e&- ) H 3d/ 2 -" )'- 1  ! 35 m3/s R!!'*l""ndo /1 !n /2

!$ .d ! 3"044 m Considerando los l2mites ue se an allado e*perimentalmente para los coe&icientes de descarga 

ara .!.d !$ Cd!0"#5



ara .!"56.d !$ Cd!0"8 )este estado corresponde al l2mite pr7ctico seguro &rente a cavitacinara .!'6.d !$ Cd!0"8'5 )en esta condicin se est7 en riesgo inminente de cavitacin-



. ! 3"044 m !$ Cd ! 0"#5 . ! 5"0'' m !$ Cd ! 0"8 . ! "088 !$ Cd ! 0"8'5

1 . 85

X

1 . 85

X

0 85

= 2 H d . Y

= 2 ( 3.044 )❑. Y 0 85

1.85

1.85

X

=5.152 Y

!$

Y =

X

5.152


UPAO


A *"ti d! 6.085 ' +! to'" un" lin! !ct" con *!ndi!nt! 53 # 1.667


UPAO


RLA 2. Con los datos del problema anterior, obtener los caudales cuando las compuertas

est7n abiertas una distancia de 0"5 m,  m, "5 m, ' m, '"5 m 1 3 m" ara una carga constante de 3 m" Solucin:

Lef = L−2 ( N K P + K A ) H d Longitud !"l # 8$4 #% L!& # 32 ' ( # ) d! *il"!+ #% ( # 3

.altura de carga ).d- ! 3m %e& ! 3' ( ')3*0"0' + 0"0-*3 !$ %e& ! 3"04m ara calcular los caudales se va ser uso del abaco 1 la &ormula ue se muestran a continuacion:


UPAO


RLA 3. Con los siguientes datos determinar la longitud 1 altura del aliviadero de cimacio

sar 4 pilares de seccin redonda 1 5 vanos Estribos laterales a 90 grados, con arista viva %ongitud de embalse 0 m %ongitude de la cresta '0 m Cd ! 0"#5

    

Solucin: 2

3/ 2

Q= √ 2 g C d L H d 3

 ! )'/3- ) √ 2 x 9.81 - )0"#5- )%e&- ) H 3d/ 2  ! '"'5 )%e&- ) H 3d/ 2 -) ;sumiendo criterio L !+ d!l od!n d! 8 " 10 %/. ! 0 !$ % ! 0.

Lef = L−2 ( N K P + K A ) H d

,* # 0.01 ," # 0.20

%e& ! 0. ( ')4*0"0 + 0"'0- H d %e& ! 9"5'.")'/2 !n /1

 ! )'"088- ) H 5d/ 2 - !$  # 0.294 / Q2/ 5 


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;"lculo d!l
< ! )/'- )0000- )'0- )0"'94- ) Q 2/ 5 - !$ < ! #400 Q 2/ 5

N =

s 3600

+ 0.5 Q

= ! 49 Q2/ 5 + 0"5

. ! 0"'94 ) Q 2/ 5 . ! 0"'94

2 /5

( 396 . 25)

!$  # 3.21

% ! 0. % ! 0 )3'"-!$ L # 32.1 #% <"no+ d! # 6.42' 1 . 85

X

1 . 85

X

= 2 H d .

0 85

= 2 ( 3.21)❑. Y 0 85


UPAO


> ! 0"855 x 1.85

RLA 4. Con los datos del problema anterior obtener los caudales, considerar compuertas en

los vanos de ,4' m de longitud cuando estas abiertas una distancia de 0"5 m,  m, "5 m, ' m, '"5 m 1 3 m" ara una carga constante de 3 m" Solucin

Lef = L−2 ( N K P + K A ) H d Longitud !"l # 6.42$5 #% L!& # 32.1 '

= ! ? de pilares !$ = ! 4 .altura de carga ).d- ! 3m %e& ! 3'" ( ')4*0"0 + 0"'0-*3 !$ %e& ! 30"m ara calcular los caudales se va ser uso del abaco 1 la &ormula ue se muestran a continuacion


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RLA 5. El registro istrico de ma* anuales: media ma*!3'0 m 3 /s , desv" Est7ndar!#0

m3 /s" El aliviadero ser7 diseñado para una avenida centenaria determinar el caudal @a*" ue podr2a descargar sin en&rentar problemas de cavitacin" Long. ;!+t". 30 ' Solucin:

 )tA00-: se calcula por Bumbel" ma* )tA00- ! X +s s ! desv" Est7ndar" !0"#8> ( 0"45

AAAAAAA

>!A ln )A ln) A/00 - -!4"

 ! 0"#864" ( 0"45 ! 3"38 ma*) tA 00- ! 3'0 + 3"38 * #0 ! 539"# m3 /s >'"$ # 539.7 ' 3 + "" l" condicin d! di+!?o: "li
3/ 2

Q= . √ 2 g . c d . L . H 3

Hd=

(

3 2

.

 H =

539.7

√ 2 x 9.81 x 0.75 x 30

)

(

Q . 2 √ 2 g . c d . L

3

)

2 3

2 3

.d! 4"04 ml


UPAO


. ma* seguro &rente a covitacin : 

. ! "5 .d



.ma* ! "5 * 4"04 ! "# m"

ma* seguro &rente a covitacn:

2

Q= . √ 2 x 9.81 x 0.81 x 30 x 6.67

3/2

3



 ma* ! '3 m3 /s

RLA 6 e tiene un rio en el ue se va a desarrollar un pro1ecto de represamiento"

De registros de ma* anuales de dico r2o, se sabe ue: @edia ma*!58 m3/s Desv" t" De ma* ! ' m3/s  

El aliviadero a pro1ectar como parte de este esuema de represamiento estar7 diseñado para evacuar en &orma segura la avenida centenaria" e pide determinar la longitud de cresta del aliviadero" abiendo ue el embalse tiene un e&ecto atenuador del '5 1 ue la relacin %/. del aliviadero es igual a 0" Solucin: 1

".

o Gu'=!l:

−ln∗(1− ) T

Y =− ln∗¿ K = 0.78∗( Y ) −0.45

Qmax = Media+ K ∗ Desv . Estandar ara F!00 años

(

−ln∗ 1−

1 100

)=

4.6

Y =−ln ∗¿

K = 0.78∗( 4.6 )−0.45 =3.14 Qmax = Media+ K ∗ Desv . Estandar 3

m Qmax =586 + 3.14 ∗162=1094.68 s

&!cto "t!nu"do d!l !'="l+!: 3

m Q d =1094.68∗( 100 − 25 )=821.01

s

=. Dimensiones del ;liviadero:


Cimacio Con Rápida

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