COMPUERTA TAINTOR
Es una de las compuertas más usadas en grandes gr andes presas donde usualmente se usan series de compuertas radiales entre columnas de concreto, consiste en una placa formada por un segmento cilíndrico y son giratorias alrededor de articulaciones que transmiten la presión (a través de soportes o miembro de acero) del agua directamente hacia la subestructura maciza. Al girar la compuerta hacia abajo, entra en una cavidad de concreto. El diseño de esta compuerta es útil ya que su levantamiento requiere de poca fuerza y es confiable. La mayor ventaja de estas compuertas es su funcionamiento hidráulico y la facilidad de represar ríos anchos sin necesidad de contrafuertes intermedios. En el artículo Nuevas tendencias en el diseño y la utilización de compuertas radiales en el desagüe de fondo escrito por Ángel Andreu y Jorge García (2003) concluye; “Las compuertas radiales, que son sobradamente conocidas por su utilización como sistemas de regulación en aliviaderos, son elementos que admiten, con importantes ventajas, su instalación para otros usos y aplicaciones, tanto en el campo de las presas, como en el de los canales y de esclusas”.
1.- Componentes de la compuerta Taintor:
Los elementos principales de una compuerta convencional Taintor son el conjunto de placa de la pantalla, las vigas horizontales, cuadros finales y muñones. El conjunto de placa de la pantalla, que forma una superficie cilíndrica de represamiento, consiste en una placa rígida apoyada sobre nervios verticales curvados. Estructuralmente, la placa de la pantalla actúa de manera compuesta con las costillas (secciones estructurales) para formar el conjunto de placa de la pantalla. El conjunto de placa de la pantalla con el soporte de las vigas horizontales que abarcan todo el ancho de la compuerta. El borde aguas abajo de cada nervio está unido a la brida aguas arriba de las vigas horizontales. Las vigas horizontales están soportadas por los bastidores extremos. Bastidores extremos constan de puntales radiales o brazos de puntal y miembros de refuerzo que convergen en el muñón que está anclado al muelle a través de la viga de soporte giratorio. Los armazones de extremo pueden ser paralelos a la cara del muelle (compatible con las vigas horizontales en los extremos) o inclinado hacia la cara ca ra del muelle (compatible con las vigas horizontales a una cierta ci erta distancia del extremo con porciones en voladizo en cada extremo). El muñón es la bisagra sobre la que gira la compuerta.
Otros miembros estructurales son refuerzo se incorporan i ncorporan para resistir cargas específicas y / o para sujetar los miembros de compresión. Ciertos miembros de refuerzo son importantes elementos estructurales, mientras que otros pueden ser considerados miembros secundarios.
Estos son: Arriostramiento horizontal vigas laterales.- El Arriostramiento cruzado se coloca
-
generalmente entre las vigas adyacentes en un plano perpendicular a los ejes de viga, a veces en varios lugares a lo largo de la longitud de las vigas. Este refuerzo de vigas laterales horizontales puede simplemente proporcionar soporte lateral para las vigas o pueden servir para llevar a las fuerzas verticales del conjunto de la placa pantalla para el cuadro final. El Arriostramiento lateral que se encuentra en el mismo plano con los bastidores extremos está generalmente compuesto de miembros estructurales significativos, mientras refuerzos intermedios situado lejos de los marcos de extremo proporcionan estabilidad lateral y las vigas pueden considerarse miembros secundarios. Los refuerzos situados en el mismo plano con los bastidores extremos conllevan importantes fuerzas verticales desde el conjunto de la placa a la estructura terminal y se considera a menudo una parte de la estructura terminal.
| -
Cercha vertical descendente.- La armadura vertical en sentido descendente se
compone de arriostramiento intermedio dispuesto entre las bridas de las vigas horizontales. Las diferentes configuraciones se han utilizado en función del tamaño de la compuerta y de la configuración.
Para compuertas con más de dos vigas, la armadura vertical en sentido descendente no se encuentra en un solo plano. Dado que las vigas horizontales están dispuestas a lo largo del arco de la placa de montaje pantalla, la viga aguas abajo bridas no están en el mismo plano. Por lo tanto, los miembros situados entre un par de vigas horizontales adyacentes no están en el mismo plano que las que existen entre el siguiente par. Esta geometría fuera del plano es comúnmente ignorada para fines de diseño.
-
Arriostramiento extremo del bastido r.- Para la configuración de la compuerta estándar
Taintor, se proporcionan arriostramiento para los puntales de extremo del bastidor. Los miembros de bastidor extremos de refuerzo son normalmente diseñados para bloquear los puntales alrededor del eje débil para lograr proporciones adecuadas de esbeltez. Como tales, estos miembros son considerados miembros secundarios. Sin embargo, dependiendo de su configuración y los detalles de conexión, estos miembros de refuerzo pueden llevar a fuerzas significativas y actuar como miembros primarios.
-
Muñón empate.- Un lazo muñón es un miembro de tensión proporcionado en algunas
compuertas con brazos puntales inclinados que está diseñado para resistir cargas de reacción extremas laterales de bastidor (cargas que son paralelas al eje de muñones pasador o perpendicular al muelle). Los lazos de muñón no se proporcionan generalmente en compuertas con brazos paralelos del puntal, ya que las cargas de reacción laterales son insignificantes. El lazo muñón extiende a través de la bahía de compuerta de bastidor de extremo una a la otra y se fija a cada bastidor extremo cerca del muñón. El lazo puede estar formado por un solo miembro o miembros múltiples dependiendo de la forma en que está unido a los bastidores extremos. Los miembros tubulares son de uso frecuente.
-
Sistemas de elevación.- Dos arreglos de elevación estándar actualmente recomendados
para construcciones recientes son el polipasto de cable y elevador hidráulico del sistema. El sistema de cable metálico incorpora cuerdas de alambre que se colocan alrededor del lado de aguas arriba del conjunto de placa de la pantalla y cerca de la parte inferior de la placa de la pantalla. El sistema de elevador hidráulico incorpora cilindros hidráulicos que se adhieren a la estructura de compuerta aguas abajo, por lo general a los bastidores extremos.
2.- Dimensionamiento de Compuertas Radiales -
Se parte de unas medidas ya dadas y con unas condiciones estudiadas previamente. Consideramos el fluido de trabajo al agua a 10° C. 2.1 Procedimiento para el diseño
Analizaremos las fuerzas que actúan sobre la compuerta, para luego con esta información poder elegir las dimensiones de los elementos de la compuerta y poder determinar el momento que tendrá que proveer el mecanismo de izaje para el funcionamiento. 2.2 Datos Generales:
-
Elevación del nivel superior de agua: ELagua
-
Elevación de la solera: EL sol
-
Elevación del centro de giro: EL centro
-
Elevación de la parte superior sumergida de la compuerta: EL v
-
Ancho a sellar: B
-
Altura a sellar: h
-
Radio de curvatura: R
-
Angulo entre el brazo y la pared lateral: w
-
Columna de agua: H = EL agua – Elsol Altura de la solera al centro de giro: Di = EL centro – ELsol
-
Altura de la parte superior sumergida de la compuerta al centro de giro: Ds = ELcentro – ELv
-
Diferencia entre el nivel superior del agua y el nivel del centro de giro: Dm = ELagua – Elcentro
-
Altura del agua sobre el panel: hp
2.3 CALCULO DE FUERZAS a. Calculo de la carga hidráulica
La dirección de la carga hidrostática máxima pasa por el centro de giro. La resultante se calculara a partir de sus componentes horizontal y vertical. b. Calculo de los ángulos α:
c. Calculo de W:
= sin− ( ) = sin− ()
Componente horizontal:
ℎ = ∙ ∙sin sin 2 cos cos Componente vertical:
= 2 sin cos sin cos = ∙ ∙[cos cos 2 ]
d. Calculo de la resultante (W) su dirección
= √ ℎ = tan− (ℎ) e. Calculo del punto de aplicación de la carga hidráulica
ℎ = = ∙sin ∙cos ℎ
f. Cargas actuantes sobre el muñón
La carga hidráulica se transmite a los muñones de tal manera que en cada muñón actúa una fuerza igual a la mitad de la carga hidráulica total (W), es decir:
= 2
2.4 CALCULO DEL MOMENTO TOTAL a. Momento debido al peso del tablero
= ∙
: peso del tablero más brazos : Distancia del centro de gravedad al centro de giro
a. Momento debido a la fricción del sello lateral
El coeficiente de rozamiento lateral, entre el sello y el apoyo es: µ (usualmente 1.5) Las dimensiones del sello tipo nota musical doble labio son:
= 5 2 2 = = 6 3 6 La presión en el centro del panel:
El momento será:
= ( 2)
= [2 ∙ 3] 10 +23 b. Momento debido a la fricción del sello superior:
El coeficiente de rozamiento superior, entre el sello y el dintel: µ (1.5) Las dimensiones del sello tipo nota musical doble labio son:
== 4 3 3 = 3 = = [2 ∙ 3] +3
La presión superior: El momento será:
c. Momento debido a la fricción en los cojinetes:
Coeficiente de rozamiento: µ (0.2)
El momento:
= ∙ 2
d. Momento debido a la fricción de las arandelas laterales:
= ∙ ∙ ( 4 )
MOMENTO TOTAL:
= 2 2
2.5 Cálculo del espesor de la placa de la compuerta y comprobación a resistencia y a deformación.
De acuerdo con la norma NBR-8883, las tensiones de flexión de la placa por la presión del agua se calculan con la teoría de placas basada en la teoría de la elasticidad, a través de la fórmula:
2.5.1 Cálculo de flexión máxima de la placa.
La deformación máxima ocurre en el centro de la placa, y está dada por l a siguiente ecuación:
α : Coeficiente de Timoshenko
p: Presión hidrostática en el centro de la placa a : Espaciamiento entre perfiles verticales E: Modulo de elasticidad del acero T: Espero de la plancha utilizada
2.5.2 Cálculo de la longitud útil de la plancha de la compuerta.
Calculamos la longitud útil, ya que para compuertas radiales la norma NBR 8883 impone una restricción adicional que impide que la curvatura de la pantalla, y por ende la curvatura de los rigidizadores verticales sobrepasen la longitud útil de la misma “Lu”.
2.6 Vigas horizontales.
Para saber la cantidad de vigas horizontales se tiene la fórmula:
2.6.1 Flexión en vigas horizontales
Siendo a y b las posiciones a las cuales se encuentran los brazos de la compuerta.
3. Materiales de fabricación
Los materiales de construcción usados habitualmente son los siguientes: -
Tablero: Acero inoxidable AISI 304, acero al carbono S275. Brazos: Acero inoxidable AISI 304, acero al carbono S275. Cilindro hidráulico: ST52 sin soldadura Vástago hidráulico: AISI304 cromado Solera: AISI304 Bandas laterales: AISI304 Juntas: EPDM Tornillería juntas: A2 4. Compuertas radiales como dispositivos de medición
Compuertas radiales son ampliamente utilizadas en las estructuras de control del canal de control de flujos de los canales y los niveles de agua. Al medir el nivel del agua aguas arriba, aguas abajo del nivel del agua, y la posición de la puerta, los controles radiales puerta también se puede utilizar para calcular el flujo. Calcular en flujo en las estructuras de retención evita el costo adicional y la pérdida de carga de los dispositivos de medición de flujo, como aforadores, vertederos, o medidores de flujo. El flujo de la puerta radial es un tipo de flujo del orificio de área variable, que puede ser libre o sumergido. Sin embargo, el cálculo preciso del flujo de compuerta radial requiere un análisis complejo. Aprobación de la gestión bajo una compuerta radial está influenciada por numerosos parámetros y dimensiones de la estructura. El ángulo del borde inferior de la puerta (la puerta del labio) varía con la abertura de la puerta, Go, la altura del piñón, PH, y el radio de la puerta, r. Contracción del flujo es sensible al ángulo, el tipo de sello de la puerta de labios, y los niveles de agua.
La ecuación general para flujo a través de una compuerta de descarga inferior se puede obtener de la ecuación de Bernoulli, expresada como:
Dónde: Q = descarga (flujo en la compuerta) C d = coeficiente de descarga Go = abertura vertical de la compuerta B = ancho de la compuerta g = constante gravitacional H = altura de la columna de agua.
5. Ventajas y desventajas de Compuertas tipo Taintor vs Otros tipos de compuertas
A. Las compuertas radiales tienen varias ventajas únicas en comparación con otros tipos
de aliviadero de la puerta (puertas de ascensor, de rodillos puertas, bisagras o puertas de la aleta). 1. La forma radial proporciona una transferencia eficiente de la carga hidrostática a través del muñón. 2. Una menor capacidad de elevación es necesario. 3. puertas Mancilla tiene una velocidad de funcionamiento relativamente rápido y se puede funcionar de manera eficiente.
4. Los sellos secundarios se utilizan, por lo que las ranuras puerta no son necesarios. Esto reduce los problemas asociados a la cavitación, de recogida de residuos, y la acumulación de hielo. 5. la geometría de la puerta Mancilla ofrece características favorables de descarga hidráulica. B. Las desventajas son las siguientes:
1. Para dar cabida a la ubicación del muñón, el muelle y la fundación será probablemente más tiempo en el intermedio del que sería necesario para compuertas verticales. La disposición de elevación puede resultar en altos muelles especialmente cuando un cable del sistema de elevación se utiliza. Ampliar aumento de costos debido a los muelles de concreto más requerido y por lo general se traducirá en una resistencia sísmica menos favorable debido a la mayor altura y la masa. 2. Los miembros finales del marco puede invadir el paso de agua. Esto es más crítico con marcos de extremo inclinado. 3. Los brazos largos del puntal son a menudo necesarios cuando los niveles de inundación son altos para permitir que la compuerta abierta para despejar el perfil de la superficie del agua.
6. Conclusiones
-
El diseño de compuertas tipo radial básico no ha variado mucho desde sus inicios, pero si lo ha hecho principalmente su mecanismo de izaje y el control del mismo.
-
Se depende de realizar un análisis exhaustivo de las fuerzas que se generan en la compuerta para estimar el nivel máximo de agua, aun así se debe tratar de mantener el equilibrio seguridad-costo.
-
Es necesaria la implementación de los algoritmos de diseño en programas que permitan simplificar pasos y ahorrar tiempo.
-
El diseño se puede adaptar para compuertas planas, cambiando algunos criterios.
7. Anexos -
Planos detallados de cada parte de las compuertas taintor ANEXO 1
||
ANEXO 2
|
ANEXO 3
ANEXO 4
ANEXO 5
