PRESAS DERIVADORAS Dr. R. Eduardo Arteaga Tovar
1. TRAYECTORIA DE FILTRACION.
Se utilizan dos criterios, el de Lane o el de Bligh, en el primero las longitudes horizontales se consideran la tercera parte de las verticales, de acuerdo a los siguientes coeficientes de filtración: Materiales de cimentación Arena muy fina y limo Arena fina Arena media Arena gruesa Grava fina Grava media Grava y arena Grava gruesa con piedras Cantos rodados, con algunas piedras y gravas Cantos rodados, grava y arena Arcilla blanda Arcilla media Arcilla dura Arcilla muy dura
El criterio de Lane se determina con: y en forma física :
L' = C' h L'= Lh/3+Lv
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Lane (C') 8.5 7.0 6.0 5.0 4.0 3.5 -3.0 2.5 -3.0 2.0 1.8 1.6
Bligh (C ) 18 15 -12 --9.0 --4a6 -----
Para el criterio de Bligh se tiene:
L=Ch
Donde: C= relación de Carga compensada de filtración, en este criterio, las longitudes verticales y horizontales representan el mismo valor, con lloraderos este valor puede reducirse hasta en un 10%.
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2. Proceso de Diseño Hidráulico de Presas derivadoras:
Cálculo del canal. Sr = __________ ha Cr = __________ lps/ha;
Q = Sr. Cr= n= s= 1/2 2/3 Utilizando el Módulo de Sección: Qn/s = Ar se determina: b =_________ m d = _________ m 2 A = _________ m e = _________ m
p = __________ m r = __________ m v = __________ m/seg c = __________ m
Se dibuja la sección. 1. Cálculo hidráulico de la bocatoma (depende del tipo de compuerta comercial). Este cálculo comprende: a) Obtención de las dimensiones del orifico b) Determinación del gasto máximo que puede pasar por las compuertas c) Determinación de la capacidad del mecanismo elevador Obtención de las dimensiones del orificio.
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Para un mejor funcionamiento hidráulico de la bocatoma, es conveniente que el orifico trabaje ahogado y es recomendable que como mínimo se tenga un ahogamiento de 0.1 m, con esta información se utiliza la expresión del gasto en orificios: Q= CA√2gh Para anteproyectos se puede considerar para C = 0.8, con lo cual se puede determinar la dimensión de la compuerta o compuertas, considerando el valor de 0.1 m de carga del orificio y calcular el área para tener una idea de su valor, despejándola de la expresión anterior, y con el cual se podrá saber si conviene 1,2 o 3 orificios. b). La determinación del gasto máximo que puede pasar por los orificios, se realiza una vez conocido el NAME, y en forma similar a la detallada para la obra de toma. en presas de almacenamiento. a) La determinación de la capacidad del mecanismo elevador, igualmente se realiza cuando se tiene el NAME, de acuerdo a lo siguiente: Cme = f + Wc + Wv Donde: Cme = Capacidad del mecanismo elevador, en Kg f = fuerza de fricción que se produce en las guías de la compuerta originada por el empuje hidrostática (E), que actúa en la hoja de la compuerta = µE en la que: µ = coeficiente de fricción entre los materiales de la compuerta y las guías. Wc y Wv= Pesos de Compuerta y Vástago, en Kg
2. Diseño del vertedor.
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Q = CLH
Donde: 3 Q = gasto de avenida máxima dado por el hidrograma de diseño de la corriente, en m /seg C = coeficiente de gasto, según el tipo de vertedor. 1/2 = 2 m /seg para vertedor tipo cimacio (Creager o Scimeni).
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Los valores de L y H se eligen considerando las condiciones físicas del sitio para ubicar la cortina, previendo el costo de la misma, las excavaciones que se originan, la altura de los muros de protección y encauzamiento, etc. 3. Diseño del canal desarenador. La determinación de las características geométricas del desarenador, se basa en las condiciones de funcionamiento bajo dos formas de operación del canal: a) Canal desarenador cerrado y obra de toma abierta. Para esta condición, el tramo del desarenador, frente a las compuertas de la bocatoma, funciona como un tanque de sedimentación, su geometría debe permitir velocidades bajas del agua, para dar oportunidad a que los acarreos se depositen en ese sitio. La sección del canal es rectangular para permitir la instalación de los dispositivos de apertura y cierre. La elevación de la plantilla de este canal, frente a la toma es inferior a la del umbral de las compuertas de la misma, con le propósito de contar con un espacio para el deposito de sedimentos, evitando así su paso al canal de riego. Este espacio es variable y se puede dejar tan alto como sea posible y conveniente, se recomienda como mínimo de 0.5 m. de acuerdo con lo anterior el diseño del canal se reduce a determinar el ancho del canal una vez que se haya elegido la velocidad del agua dentro de él y considerando que la superficie libre del agua se encuentra a la altura de la cresta del dique derivador. El gasto es el normal de derivación, la velocidad recomendada esta entre 0.25 y 0.6 m/seg, para un ancho mínimo de 1.5 m, el área hidráulica considerada es la denominada activa que se muestra en la figura como la 1-2-5-6.
Buckley establece que el área del desarenador debe estar entre 1/5 y 1/20 del área de la cortina, como se observa en la figura siguiente.
Por otro lado Etcheverry establece que el área del desarenador: A D= 1.5 a 2 ABT y la velocidad en el área activa de la bocatoma debe quedar entre 0.3 y 0.6 m/seg.
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b) Canal desarenador abierto y bocatoma cerrada. En esta condición de funcionamiento, cuando los azolves se hayan acumulado frente a la toma, las compuertas de esta deberán cerrarse y abrirse las del desarenador para establecer un escurrimiento, cuyo principal objetivo es desalojar los materiales acumulados, esto es limpiar el canal, para lo cual el régimen deberá ser rápido y con velocidad suficiente de arrastre, pero no tan alta que ocasione erosión a lo largo del canal ni socavaciones al final de la descarga. La velocidad se proporciona a través de la pendiente en el canal, considerando el gasto que arroja el tirante igual a la altura del orificio del desarenador, así según Manning: 2/3 2
vD = (vAn/r )
Buckley recomienda una velocidad entre 1.5 y 3 m/seg y Etcheverry entre 2.5 y 3.5 m/seg. Controles en el canal desarenador
Para obturar el canal desarenador se emplean preferentemente las compuertas radiales, recomendándose acompañarlas con una pantalla cuyo labio inferior queda a la altura de la cresta del vertedor y la parte superior de la compuerta a 15 o 20 cm sobre ese labio, para hacer un buen cierre.
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SRH (1975),"Presas de Derivación" Modelo México 4, Subsec. de Const., Plan Nac. de O.H.D.R., México, D.F
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