UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
APUNTES DE HIDRÁULICA II
DISEÑO HIDRÁULICO DE ESTRUCTURAS CAPÍTULO 8
ING. GILBERTO SOTELO AVILA.
Ap�untes d Hidrálica 1 CAPITULO 8
-
Dl:SENO DE
HIULIC TR�
Gilberto Sotel Avla
fACUD B N6i SOTELO Á VILA, Gibeto. untes de hrálca II tulo VII eo hráulco de obs México, UNAM, Facultad d ngeniería 194 p. 50-47
PH P H CAP8 IS H 6
G- 907231
FULTO DE NGNR M
1 * �
. í Prohibia la eprodución o transsn tol o parca d: est oa pr aquie mo sste etco áico (inluyedo e fotoopao, la gaacin o caluer sstea de rpe y acenaento e iocin) sn contiento o escrto del edto. Derhos reseados © 1994, Faclta de Inenería Unversda Naciona Anoa de Méxco. Cad Unverstara éxco F. Pea icn junio e 199 Ipeo en Mxco
El contenid del apíul 8 que aquí se rsen ene mayr lión a em de Obas
d ntr y exednas de la asignara Oras Hráulias de l arrra de igener vil. S ebarg, a n ubliarl un ma alad, se le ha siera una uaón de l auntes de idrála I d la asigara Hdráula de Canales d la a arrea, a n e failr las alanes refrenas a ls reris elds y un mle de dha asgaura.
G.
qo723/
El ar
50
8. 1
DISEÑO HDRAULCO D ESTRUCTURAS
Antecedenes El on�rol del nivel del agu y l regulción de des crgs son necesris pra propósitos de irrigción, energía hidroeléctrica, conservación del agua, prevnción y control de avenidas, navegación interior, etc.Para ello e dispone de una amplia variedad de estructuras hidrálicas de control, adecuadas a l as necesida
des ariclares,
que varían esde veredores o co-
pue rta utilizadas en pequeños ríos
canales, hasta -
obras de excedencias en grandes presas.
as bras hidráulicas accesorias en los sisemas de provechaieno ienen coo objeivo conrolar condu cir el olumen de agua necesario o el excedene hasa= el sio en qe se aprovecha o haca el cauce del río. a obra de ecedencias, l a obra de oa y la obra de desvo sn eeplos de obras hidráulicas accesorias de gran uildad en los aprovec1aienos superficiales. Para alcanzar su objeiv� esas obras sán consi das de dierenes componene cada na de ellas involu ra isinos probleas en su diseño, qe se relac � nan con l as condiciones oográficas geológicas del l ugar, el diseño del vaso e alacenamieno, el conro de las descargas l as neesiddes de operación serv cio, l s daños a oras sucras o al siio de de
511
carga, pero esencialmente cn su economa. La eoría básca ara e dieño de esrucuras hdráu lia con fujo ermanente a do resead en os caíulos aneriores, ncludo también lo exueto Pn el volumen I. El objeo de ese caulo es de pren ar las alcaciones de dia eora al dseño hidáu= co e aguna estrucuras drucas acesor cui dando dl dobe aseco del fu�conameno de conro mismo (omo la aacidad mima de un cmacio ara des cargar avenidas en la magnud requerda), como e de conocr ué controles uede interferir o aún domar la forma del perfl longituina del fujo de agua Lo aneror tene como objeivo adcional nclur aque las consderacones rtcare ue ameran mencó especal, eniendo resene a difcuad que conleva a generalzacn de conceos y crteros apicados a una obra deterinada s sble afrmar "a riori que un facor imortane en el éxo de un royecto es á reresenado o la exeenca y rácica rofesi nal de proyectista, que enuenra un auxiliar vaos en e esudio en modeo redcido aJ onducrlo arae lamente con la fase de roycto. n ese caíulo se ncluye también el comoramento de otras esrucura,como as termnaesue aunque no son de cnrol, comunmene e asocian con ela en as obras de ingenera dráulca n el dseño dráulco de as obras que au se tra- an se maneja rncialmen lujo permanene a suer fce lre y es lo ue asa aor se a exuesto en los anteriores capítuos. Por ora parte, conserand que un vertedor coue na seccón de conrol de alcació my n as obras hdráulicas, se preentan enseguda los método-
de dieño de os vertedores de cimaio, que ampan lo expueso en e capítulo
7
del vol.
I
e inroducen con-
sderacones muy imporantes e el deño de obras deexcedenca u obras de control en general,con aplica- -
con n arovechamentos para riego o generacón de energía hidroeléctrca. 82
Vertedores de cmaco
8
Aspeos enerles Los vertedores de cimaco costen de una reta de -
512
control de pared gruesa, cuyo perfil tene aproxmamente l a de a superficie inferior de una ámi n ventiada que vierte ibremente sore a cresta = (supcaptuo 7.4 de vo. ); esto permite canzar un mejor ceficiente de descga y mantener la estabili- -
dd estructural a través del peso del concreto o mam- poster utilizado en e cerpo de a ora E peri pede aandonar dcha form, una vez ue s garantizpoco cambio en el coeficiete de descarga. Normmen te continúa co una rápida tagete, de gran pendiente y relativamente corta, que �emta en otra sperficie de curvatura contraria a l de cesta y termina e taente a la platilla de 1m cnal de coducció, taqe de amortiguación o a un sato e esqu.
l cimacio descrito constituye un "sección de contro cya descara pede ser bre o controad n e de descara ibre no se utizan eemenos adicionaes para reuar s descara y e vertido se produce i bremete sobre a cresta, permitiendo qe su form e n e de descara co �anta pueda ser recta o curva. troada se utiin diferetes tipos de compuertas so bre a crest y su forma en panta sóo puede ser rec ta o poiona, con pias itermedias pra apoyo de as copuertas Para conducir el aua hasta e vertedor see necesi- tarse u cana de acceso coto, casi siempre horion- , ue capte e aua de aso de amacenamiento y a coduc asta la cresta de cimacio con veocidad peque a, de distribución transvesa uiforme para eiminar onas uertas y en drecció perpenicar a a cresta en cad punto (sección 8: 32). La veocidad de aua en el can de acceso y a rofndidad de éste respec to de a cresta vertedora tenen infuecia iportante en a descarga y en e diseo de perf de cimacio. a ámia vertiente sobre e cimacio en su ibre da, se acelera y produce u fujo rpidamete variado poros cambios tan bruscos y fecuentes en a curvatur de as lneas de corriente y juto co el salto hidráu io, consttuyen os casos más frecuentes de ocurren= Su tratamieto difie ci de este fujo en a pátic. re del expuesto para e gradamente variado en e captulo 5, ya qe se realiza páctcamente co base en r sutados experimetaes. Debido a que hay diferencias en e� comportmieto y evaluación del fluj ntre os cimcios de cesta ibre y 103 cotrolad os p compuertas, se presenta mbos -
csos por separdo.
513
8¿
Cimacios de cresta libre
8 ; 2.1
Condicions d diseño El cauda qe verte sobre n ciacio y la carga sobre la crsta so .en geneal, vriables egún la magnitudde lo excedentes que se desea desalojar de amacenamiento. Sin ebargo, es vidente que el perfil del c
acio pede adaptarse de manera óptia a la ámina r tnte que corresponde a un olo caudal o caray fun cion
con menor o ayor eficiencia
en otras condico-
nes e operacin. s motivo de análisis establecer qué caudal o condicón de descara debe elegirse comola "condición del diseño" del perfl del cimaco.
Con frecuencia dicha condicin se elige de manera que corresonda a a de gaso o arga máxia que se espera descargue el vertedor; en otos caso� puede ser una in teredia, pero en la elecció nal dbe tratar de lo= grarse el mejor uncionamieno de la obra ara cualquie condición de operación. El diseo del perfil de un cmacio implica entonces eleir una "carga de iso" Hd o un "gasto de dseño0d de los que deenden la ra diensones de di- cho el. Se6n e indica en la Fi. 81, la carga de diseño incluye a carga d velocidad d egada en el canal de acceso (correspodiente al caudal de diseo) la que a su vez depende de ls diensione y profundi dad P (respecto de la resa en icho canal. Esto es: hd + h, donde ho (V o� 2g d d Capacidad de descarga =
8
=
La caacdad de descarga de n ciaciopara la condi ción de diseo o ara cualuer otra condición de oe racin es función de la lonitud efectiva de la cres ta vertedora, de a cara rel con que opere, de la eoetría del perfil y de a diensiones y proundi dad dl canal de acceso. E el caso de vertido libre ( F . 8 ) , con o sin p las interedias, la ecuacin ara el cálculo de la ca pacidad de descara es la geeral de vertedores (ec. 76 de vol. I: Q
=
e
Le H/2
8 1
514
donde e coeficiente de descarg� en
�
/s
H carga total de opera ción, incuyendo carga e v eoci dad de legada en m
Le Longitud efectva de crsaen 3
Q descag en m s
En el cálclo de H se considera que: H donde Vo
=
=
h + vJ/2g,
q/ (P+ h) es la veocidad de egaa y q ga �
to nario en e cana de egada 8.223 Ceficiente de descarg
E cefciene e de a ec (1) depene princpamen e de a carga H con qe opera e vertedor en un o men ado, de la carga H d eegi ara dseñar e per fíl de cimac de a rofundidad de cana de acceso, = de taud de l cara aguas arriba y de grado de ahoga miento de a descarga La interreació e con o ds estos elementos ha sdo obtenia únicamente de a nea exerienta y a qe se presenta a connación correspond al U.S. Brea of Recamation (ref 21) La Fig 82 muestra a grfica princpa que recona e vaor de e, qe en este cso aquiere e var o , con e de P/H d (profundidad e cana e acceso tre carga de diseño para e caso en que la carga deopera ción sea igual a la de dseño (H/H d 1) qe para t me o aguas arriba de ciacio sea vertic Aquí se= observa que cuando P = O o 1 70 que corresponde a n vertedor de cresta ancha que cando P crece , o tabé hasta u máximo de 2181, a artir de cua s mantiene constante
=
uando a carga de operació es dst nta de a de dise ño se mantiene vertical a cara aguas arrba e coe iciente e escarga v aría on a reación H/H d , coo= lo muesra a Fg 8.3, en a qe C0 es e coeficiente obtenid e la Fig. 82
E interesante observar
que
el coefciente e es mayor qe C0 cua ndo a carga de operacin es may or que d diseño. Esto ilca que es conveniente elegr na crga de diseño que sea e- nor qe a má xima con que o�ere el cimacio, a fin de lograr ejores condiciones e operación cua ndo a Últi
ma se esente; eso tiene a lim itación de presión n
515
gativa máxia olerable sobr la espalda e cacio,de acuero con lo que se exe e nio 8.28.
Go_ hd
V
o
p
Fig. 8.
Prmnto gus ib
Vero lbr sbre un cio
516
\b '{
21
�:
_-
9
p /
Q
=CoLeHl2
7 5
o
Fig
82
1.5
VALORES D pd
5
3
.,
Coeficiente d descara e cimacios de pramo au arriba veical, eie co la car d o (rf 21)
1
<•
U�) 1 O
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l r
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he
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8
1 8
0.
o
0.4
Relación
i
8.3
o6 de
a r g d opt d dsño
·
H
Hd
parmeto agu fce de descrga en cimacio difrts arriba v� rticl, vrieno o cargas l d so (r. 21 ) a
517
A fin de satisfacer requisios de establda estrct
ral puede ser necesario u el paramento aga arrib� del cimaco sea inclinado. Para una cara de operación gual a la e eño el coeficiente de descara vara con la relacón P/H y con el tal e nclnacón del paramento, omo lo es tra la Fig 8.4 en la que e vrtical es el coeicient obtendo de las Figs. 8.3 y 8.2 Es interante ober var qe el eecto e inclinción del paramnt es ás= apreciable para valores peqeños e P/H d; en la meia que P/d crece el coeficiee para n parmento incli nado tiende al valor para el e un paramento vertical De esta manera, el valor fi�al del coefcnte ec.
(8.1)
e
en la
resuta del produto e C0 obtenio e la
Fig. 8.2, por la corrección de la Fig 8. 3 y cuando el paramento sea inclinao, admás por la corrección de la
Fi 8 4 .
La elevación relatva del pso sperficie libre auas abajo del cimacio t1een tamién eetos ipor tantes sobre las condiciones en que se ro ce e vrtio; van desde la permanencia de flujo suercrític-sin ninún eecto hasta la omación e salto irálico aoamiento de la descarga y granes redcciones del coeficiente C La fig 8.5 presenta los ultao ex perimentales obtenidos por el US Bure o Reclaa= tion ref 21) a este respecto; con ella uee eter narse e ecremento del coeficente e descara en c= macios de cara vertical agu arriba en porcento el correspondiente a descarga lbre obtenio e la Fig. 8 2 83 De acero con los valres e z /H e - (d/ H resulr un punto ubcado en la Fig 8 5; para e que se interpola el porciento e decre ento ; la posición del pnto permite tambin conocer las condicione en que ocrre el lujo aguas baj de acerdo con la o na en que esté bicado. n eecto la Fig 85 es tra cinco onas cractersticas de posible ocrrencia del fluo aguas abao que e describen ensegida: el fluo contnúa a régimen sercrtico; n alto rálio parcial o incompleto ocurre nmeiataente aguas abajo del cimacio; 3) se presenta n salto hrá lico verdadero 4) ocrre un salto aogado en el la lámina vertiente descende a gran veloca sobre la espalda del cimacio y después cntnúa en trayetorias erráticas y fluctuantes por una distancia conie rale hacia aguas abajo;y 5) no ocurre sa�to, _a ¡ámi=
na vertiente se epar de la espala de cTaco, se des
1 . 04
Talud·. 0 33 ' 1
3°41' 0.67: 1:-- 45°0' -
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--- 8°26
1 . 0 2
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C
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1 .5
V alores Hpd
Fig. 84
21)
Coefcnt d dsarga cmacs panto auas arba nclado, verdo con la cara dseño (e
59
aceera y se difunde sobre la sperfce lbre aguas abajo, por a distanca cota. La Fig. 8.6 muestra los efetos parclares d el nvelde piso aguas abajo sobre l coeficiente de scarga, cuando ocrren as cocoes descritas para ls dosprimera zonas. De heho, presenta a misma in-
formació que la Fg. 8.5 (ara a zoa de as curvas vriaes dsconinas), pro d manea lgeamete dstta. E decremento e e coeficiente de descara s ebe princmte a un efecto de corapresón
del piso aguas aajo y es dpediete de calqer feco de ahogamnto por e nve de sada. En la medida e que se rdce e esnve entre la cresta l so, Z/H s aproxma a 1 .O e coefcete de des carga a vaor 077; esto e 77 por ceto de valor= ra descarga bre, sobre bse de coecet aa dscarga r e cmaco o esto eq vadría a 6 e s vra:_mete e de n vertedor de crsa acha (1 704) Cuano z/H > .7, l ne de pso agas aao tee poco efectoen e cofcente de descarga ro hay deremeto en e coeciente por fco d ahogameno Esto se mestra e la Fg. �7 qe dca a reacó tre os coefcentes de descarga el mofcado por e efecto de las condco s de aogameto aas abo e de desara bre sta fgra presenta los daos otendos de las íneas hor sotas en o dereco de a F. 8.5, de manera gerament feree. ado dchas eas se vueven crvas e decremento e e coefce t es e restado de ua combnacó de os efectos - del ve guas abajo y de a poscón de pso. 8 :2
4 Logitd ectva de cresta La ongtd rea o neta de a cresta vertedora redce s mantud por fecto de s contraccones qe exper meta el fj dbdas a a preseca de estos pT as soGre l cmaco. Los estrbos son mros atera= les vertcales qe srven pra coar e fo a presenca de as termedas obedece a a necesdad de constrr pente sore e ertedor ormamete de tlzar compuertas para cotroa a descaga La otud que resta despés de cosdear dchos eectos s conoce como ontd eectva vae Le
=
L -
(Ka
+
N
p
8 2)
521
-done: H
caga total e opeació, en m
Ka
coeficiente e contacción po efecto e estibos
K
coeiciete e contacción po efecto e pilas
L
longitu total neta e cesta en m
Le
ongitu efectiva e cesta, e m
N
númeo e pias colocas sore el cmacio
E el cálculo el caal escaao po veteoes, con o s ias ieias, la oitu eectiva e cesta coespoe a la otia e ec. (8.2), sie o el coeficete e escaa el mismo e ambos casos� l coeficiente e cotccin po esto se vé ec tao po la foma el esto, po el águlo que om e muo e acceso auas a con la iección el lujo, po a eació ent caa e opeació y ca ga e iseo po la magni e la veocia e lle aa. Paa onicioes e peció co a ca e iseo el U S. Bueau of Rclamtio (e. 21) eco miea los vaoes meios qe se inicn en la Fig. 88
a Fig 89 pesenta lo eultaos expeimetales (ef 7) e los vaoes e Ka paa el cso e coti nas e avea veteoa o seccioes aacetes e conceo y enocamieto coeficiente e contacci po pilas vaía pnci palmente co la om y posción el tajama, su espe so, la aga e opeación especto e la e iseo, el tiate e uo e llea (auas aia) y cuao ha compuetas e a opeaió e ls ayacentes a la que se mne Segn Ceage (ef. 72), cuao ua com puet eá bieta y las ayacetes ceas, los coe ficientes e contacción auenta apoximaamete 25= veces. os esutaos expeimetals el U.S. Ay iees (WS) (e. 71) elativos a cotacció p pias, se pesetan en a ig 810 pa ifeentes oms el tama, con su extemo coincieno e plat con el iicio el pefi el cimacio e la foma S (secció
22 10
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g 8.7
Efecto del nivel de la superice ibe aga abaj, el vertid sore cimacios USBR (e.
r
a) Ats Ka=
b rs rdnds. aOI
r>
e Arists s y mu d cco nclo
Fiq 8.8
Coeicienes de contracción en estribos segú US Brea o Reclaaion e 21
52
En dicha figura los vares de Kp se btie nen a artir de a relación H/ d Aunque la pila tip 4 es l más fre desde e unt de vist de la cn- traccin, induce presines ngativas, pr l que se re cmiendan s tips 2 y 3. La Fig 811 uestra e efect que tiene prlngar e tajamar acia aguas arri ba para e as de a pia tp 2 Cuand disinuye = la prfundidd del cana de cces, epieza a tener efect a velcidad de leaa y la ig. 812 uestra En ausencia de dats, s esultads pra este cas para velcidades e legada preciable en pilas de tra fra, pueden usarse ls ceicientes de a ig 10 8.225).
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Fig 89. Coefcnte de conraccón por esbos ccones gaveda vetedoa, según WES (ef. 71) l.4
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Cim cos Vterdo bajo Ceficen t e d contra ió por pls
FE CT O DE LA PR ONDID _ D ACS
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i 8. '1 2 Coeciene e conració po p s ti 2 , ns dando e efeco de a rofundidad de ana de aceso, ve cda de llegaa apeabe (WES. e. 7 ) .
526
8.2.2.5Perfil del cicio. Creager fu� uno de los prmeros que estudaron la forma e perf de n cac y al que obtuvo, por uchos años, se le conocó como "prfil Creager". Posteror- mene muchos invesiadors y dependencias estudiaron el perfil para dferenes ondiciones geométricas y de operacón. Para calquer aud de la cara aguas arriba del cmació y cualquier profunida del cana de acceso, el perfl en la zona del cuadre aguas abajo iene la ecuación general :
=
.
8.3.a
o bien: xn
n =
-
1
Y
8.3.b
dnde x son coordenada de un sisema cartesano cmo en la Fig. d 13a.
Hd
carga de diseño elegd
n
k
son coeficienes exprimentaes que deenden del alud del paraento guas arri� y de la proun didad del cana de aceso.
El USBR (ref. 2 recoenda los vaores de n y k oenidos de as igs. 8. b y e, en fncó de la re laci carga de velocdad e lleada 1 carga de dse (ha/) y alud del paraeo agus arra del cacio. En l caso de cimacos alts, la carga de veocidad de O llegaa es desrecale y h a /Hd =
El BR considera qe erfil en a zona de cua ae aguas arriba se puee asimlar a dos aros de crculo angenes cuyos rdos y resane eoetra se pueden obener de la F. 8.4.
527
hd
c or aus bo
a)
EEMENTO DE LOS P R F I L S DE CIMACI CN LA FOR E LA NA VRTIT
4 o 56
o 20 5
:1 052
o 2
Vertical
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o 41
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1 verca 1
1 76
172
Fig
8.1 3
mcio con
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0'
e \ALO.RS DS n Factes � y n para l d1o e pefil e un i
e prmento aguas arrba de caqier inclnac6�, U.S Bureu of Reaton (ref 21 ) .
528
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Cr agu5 iba , b : \ Cenb' e c d Rt � ' .: lo•do n la n· \ \:¡ ' 0 as \ DEL ENTR :
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Hd
Fig. 84 Vaores xc/Hd, yc/Hd y R/Hd paa el dseño de erf e u n cmaco con preto aguas arrba de calquer clnacón U. S Bureau f Recamaton (ref. 21)
S2
En el caso d cmacs as > 1 y vocdad de- gda dsprcabe), arga d se Hd se confun
d cn a carga sbre la crsta hd. En caso de v=
odad d llegada aprciable (cmacs bajs P/H< 1) s rcomienda inclinar e paramento aguas ariba del -
cmaco hasa 45° a fin e rdcr prmas stai
ad srucura
l Crp d Ingeners el Ej�rct de sados Unds de Nram�rica tiliza erfies de cimaci un poc dstnos qu s de ip
U.S.B.R.
s conocen como tipo WES
(ref. 71) y las Fgs 8.15,
Dchs rfile -
816 y 8.17 uestr su getría para l cas d qu P/Hd > 1 y diferentes ininacins de paramento -
aguas - aba.
La Fig. 8 18 presenta los valos qu -
adquirn n y 1/k para ls perfls WES con vel-
cad d eada dspecbe dsnas ncnac
n d a
aa agas aba
Ls fis WE aparentmn desarrlan na mj dstúc6n d son que los UBR aa as � cnaons paramnt agas arrba qu se ndcan Cand dca ncnac6n es d 45° H d , r f WES concd cn UBR (ara ha7 d 0), cus ast ara vaors P/Hd < Pr razns d stadd estctura o d p gm rc, d sr ncesaro abandnar a frma d pr f n a zona d cuadan aguas abaj contnar cn una rcta angn a rf ncnac6n e ad a: 1. unto ·d angnca PT (Fig. 813 a) enr f ca, s dtermna gaand a derada d a c. (8 ) con tangnt (/a) d áng d ncnac6n a rcta a rznta, es s: dy
Q
de nd
X
k n - 1 n1 x d n
1 a
=
(8 4 a)
Hd
(8.4 b
La dnada Y se en substuendo t n a c (8 3 a) La Fg · 8. 9 permt drmnar as crdn das de put d angenca para e ef WE msrad ndc e a Fg 85, a mm tmp el ral aprxmad de alres d /Hd > O. 8 que s ula en a prcca, cn ls qu s pd abandna perfl d cmac sn dsmn su cefcn d dscarga, cal dsd lug quda sujo a rsn d a sabldad sructura de cmaco x
530 Con p u u ib -
Hd H
c:uodr ante ag s
I:�s
Origen
cuadrante aguas abajo
2/
Hd
0 -000 -00 -0 00 -02 00 0 0 0
1.85
X
=
o5
2 Hd
\
y
� Hd
Hd
00 -0200 0 -01 006 -0220 38 -023 08 -02 0.8 20 008 -02 0022 -020 00296 -26 0039 -020 0 -20 0 -20
Hd 0 05 024 070 078 036 0 08 09 o. 26
O bin, de mar apoxm : R¡=0.5 H R2 =0.Hd
Fig.
8.15
Perfil de un cimaco tipo WES con veloidad de ll
gad dspibl
y
mento u rriba verticl (ref. 71T /H >
_
iho !Eje d:la csta
.ig 86 rfil d un cmo tpo WES, con loid lgda dsprcibl y pmo us b cn tud 03311 ( 71) H > 1. e l crst
Fig 87 Prl d un mao po Son vlodad d l gaa ecil parmno us rrb on tld : (f 7 / > 1.
53 l
= g
� 0.6 � �o.
Cuv n
� 0.4
: 2 o vtic ·
7)
P/Hd
>
4
5
Valres dn y /k
F. 8.1t ' n y 1/k � l c . (83 a) p EÜ ¡i c U c o t r \, v ci d e lleg esprecable y pramento agus rib c di feente s iclnaone (re.
1.
. o
8
X/Hd
O 7 6
2
3
6
X
1
e
9 0
Hd Y
89 Coorenas el' puno e angenci P.T.en � f un cmac tpo WES, vloci de lada epri parameo agua arrib vri (re 7 ) , P/Hd » 1 Fig.
532
8.22.6Perfil d la suprfic aga sobr cimacio. Dbio a la gran crvatra q tin las línas co rrin sobr cimaci, no s conab la apicacón d la cuacin d nrga n sa zona. La dtrmna n d pri d ag s basa noncs n xprn- ias d abraorio. as Fgs. 8.0 a 8.3 sran pril a spr ci agua,n u car calqra y n trs contios rspcamt,c pis inrmdas y s las, p�ra difts cargas sobr l rtdor. En stas firs H y Hd no ncly a carga locad llaa. 8.2.27Prsons sor l cimaio. En tora no dran sarrolars rsons sobr n cmaio oprando co a ara slcconada para l s o de su r. Sin bargo, n a práctca, s s-= rrolan as prsions a para sa concó oprac, u aumntan cuano l cimacio ncona cn cargas mnors u a d so y disminun hasta ao rs ngaios cando lo hac con caras ayors. D � ido a q jo sobr un ror pu cosi- rars irroacona a dsrbción prsons ob un cmaio pd drminars con sgrida man os méoos xustos n l cato 10 l Vol. I, o bi miant rbas n molo. -
Con bas n rubas caas por la oicina d War way Exprim Saion, s ha aado la sribcn= d prsions sobr un ciaco tpo WES, sn pas y o las, bajo rs cargas rns opración; los r sutados s mustra n as gs. 8.24 y 825 para = caso ocidad d lada dsprciab. as prso ns ara cargas ntrmas pdn sr obas por in roaón . La prsn hirosática rcia sobr a cara agas rriba d un iacio s ve ruc or co a corsin d la nrga n nética sta rccón, n érminos d a rs a, no s sgnifcata, pro n cmaios aos ay u tomaran ca bio a gran brazo d paaca u tin con rspco a a aci. E métoo sua aáliss q son na ribu c in linal d prsons crca la crsa s radc n sobrdso d ror, particarmnt n prsas alas, don comümnt s acta al roorco ar n actor acona sgrida.
3
d
=0
XH d
d
1 .8
4
04
0
- 7
= 1 0 -08 6 -0 4
0
H/d
093
-10
095
8
-
2 .2 4
075
0 .4
0!
0 0 12 4 1
3
0 0
14
18
o
1
7
4 6
005
8 1
7
12 14 1 1
0 5 97
:
47
19
.
-12 0 1
-0 '3 .6 51 0 5 11
2
2
=
X d
1
045 0
85
0
e 2 .
6
Perfl del agua sobre e cmac tp WES, sn Fig. 8.20 de legaa esprecablH y ncuyen ca velocidad as,
ga de veocad de eaa (e. Hd
5
YHd
0 0 02 04 6 1 2 4 1
-082 0 80 0 7 0.57 1 3 00 5
a)
)
3
025 2 7 09 2
Perl al centro e claro ente
Perfil n co
tact con a pila. -Perfil al cento d a.
1.0
d e n� r
� IY/d
UI5!y -� C
b)
X/Hd
Hd
0 6
-0 .
- 0 .4
2 00 2 0 . 4 6 1 2
2
-8
-6
2 0 2 4 06 2
92 -0 .49
2 0
73 0
5
3
- .38 2 1 . 5 1
0 2
0 6 0 .
2
- .92 9
0 9
- 4
5 0!
o. 2
5 1 4
4
1 05
plas
2
0
1
.
0
1 - 5
6 0 1 2
3
6 2 5
Y/
04
5
5
=
-.4 5
d • HH 1 /d Y X 0 49 1 - .95
0
= Xr
0
tl
5
7
YH
-1.23 1
- 1 2
8
38
ef en el conacto cn a
?g. .2 erl de agua sore e cmaco tpo WES, cn s y veocia e llegada desecae H Hd no ncuyen la caga e velocda e leaa (re. 71 ).
�)4
Y
Y I
0
-o .
0
-
"
0 1.0
-
-�
1
2
X/Hd
1 . 5
X/Hd 2
R•
0
I
Fuj
Clr
u
Estr � L C TH
Fg
V
. 0 1
3 'Q�"
= Ld Izq - nt d dh o
ct
o
e agua sobr l cimaci tp WES s y srs, msad l fc nt pr a = . (rf 5 Perfils
n-
-l.5
1
-1.0
',
o 05 lO
1 _,
"
'
5
o
o
X/f 2
·l.S
Y
Hd
-1. 0 -
Fu
0.5
Fig 8
b
L izqu n e c L
Prfis e agua sr l c p W n i ls y i md n = gu p H/Hd .35 . 71) =
c¡·o
06
o e IC - V
.4
I
a¡
e -0 w
·-
¡•e ·� lc •.
:
'
�1:
a
¡ "
o
0 O . o o U
�
u
5
o
8
hzl g sñ
g
x·! 'y
0.2
uo 2
1
0
-
.8
(H X )
P tipo 2 de X
R=0.
4
( �)
fíg 80
x'" ·zH,OB!y
'
a) Pr esiones sbre eJ cimcio, si pilas
Fig. 84
2
)
R= Hd
1 !Eje crsta
.1
Dnc Carg s H
Ej
) esio es sobre el • mcio, c p ilas y a lo go del ce t o del cla o.
Distiuió de presioes sobre cimacio tip WS co velocidad de llegada especile
y pa a m e t o ag uas a ia v e r tica l (r ef.
71
( w (
536
0.8 0.6
1 H/Hd=05
�,-:" 0.
.
-�
e -0
( 1 u
"
Q "'
¡
o O ,
8
2
IC
o
8-0.2 .
o
-
l
_
_
OA
6
Dstanc horzol
Carg e isño
L2
14
( Hd
2 de ig 810
R = Hd
Ej crestGI
F
Dstrbuci6n de pesoes sobre un cimacio tpo WS co pilas y en l contacto con las smas e f. 71 )
537
Con base en pruebas desarrolladas por el U.S Bureau -of Rec Recamati amati n y a f f a a de Wa Waerways Experi Experim metal Stato, Stat o, se se ha valuad valuado o las presio resion nes res resultan ultant tes e cimacio opera cima operad do bajo bajo a carga de dis disefo. Los result result -
dos se mues muesra ran n en la Fg Fg. . 8.26 y se utili utilizan zan en el aá lsis de esabilidad. esabilidad. Ls fuerzas fuerzas R
2
y R
que apare aparee e en la Fg Fg 8.26 so so
las la s resuta resutan ntes ve � tical
y
horzotal de las fuerzas e e
presó presó respet respetivame ivamente, nte, la prime rimera ra para para la superf superfc c auas a uas arrb arrba a de de la res resa a la se seuda uda para para la super super- - cie cr crva de la la crea haa agua aguas bajo. bajo. La uerza horzontl hor zontl R
1
tiene el setdo n ndcado dcado y ebe on onsd sd-
rarse ojuntaente on l fuerza resultate del daga ma de pres presón hidrostá hidrostátc tc para tomar tomar e cuenta cuenta el el em� je horzontal horzontal sobre el pa paameo ameo aguas arrib que act actú desde la cresta del mao hasta a base del mmo. 8.2.2.8eleció de la carga de dise omo se ndó e la secón 8.2.2.1, la ara de d o del perl de u mao o eea se ele gual que la máxma on e se operará el vertedor. Sn embargo la neesdad de lorar cefcientes cefcientes de ds ds ara mayores pra dismir lotud de cresta �eal= da e la seión seión 8.2.23) hace pesar que la arga de diseo podra seleonare de ua de as ntermedas o la úna restrció las presoes negatva qu podra enerarse o caras mayore oo resultado de la tedea a la separaó de la lámia vertete. uado l ara de diseo del mao es menor que la áxma de operaó al maco se conoce omo de perl "depr "depr do do •• La dtrbuó de presoes eatas dearrollad dearrolladas as a aro del per ermdo, con y plas termedas,correspde a los presetados e las Fgs. 824 y 825 para H/Hd 1.33. Para relaoes HHd < 33 pueden haers terpolacones leales e dhas guras =
En el aso de perles U...R. puede ulizarse lo msmos resultados
53
hol
___
H =1.0 ¡ 1.0 d
/
/A /
ro
de
/
/
redució ión n
de pr pr sió siónn
PosicÓn : 6 Y 06 R2= X 3 8. 9 6 7 n kilgm por m u c 2
Fig. 8.26
s ta p Hd
uerza ue rzas s resultan resultantes, tes, por por metro de lo logtd gtd de res
ta, e cima cimaci cios os tipo WES oper operan ando do co la la carga de= de=
dseño, velocdad velocdad de legada despreca desprecable ble,, cara
aguas arriba ver vertica tica y sin pilas pilas. . La carga carga e i seño o incluye la la crga de de veocia veociad d de eg egada: ada: (ref. P/Hd > 1.
71
as Fgs. 824 y perten calcular las presones negatas producdas obr un cmaco deprdo. La carga de dseño m�xma de cmaco que todava produje a presones egatvas erores a as de vaorzac6 (Fg. 112 del Vo sea la elegda para evtar ca tac6n. E U.S.BR. recoeda que la carga de de seño ea mayor o gual que Hm�x (Hm�x/d e 1 Otrs autores como Rouse (re. cosdera tav adecua do el dseño de perfl co ua carga de dseño de la mtad de a �xma H m�x/d = a ue co sdera que de presentars cavtac6 para stas cond= cones de operaci6n, esto ocurrra por perodos corto� y a cambo de ello se aumntara el coefcete de des carga.
I)
0.75 27
33
�
empo 8. a prea devdor tene e plata a orma mostrad en la Fig. 9 a, co Ka = O. . El verte or en el centr debe descargar un cadal m�mo de -
1
59
2,50 ,500 0 m3/s /s cuan uando do la carg carg sbre sbre a cr cresta esta acan cance ce el
valor máxio de .40 m paramet aguas ara d a parte vetedra es vertca tee ua altra d 20 hasta ivel ivel de la cresta la que puede ds- n e caso de azvamet n azvamet e e e as. El vetdo debe conta con 10 pas tereas de tajaar don dead tpo 2 (Fig. 80 Es eseabe u verteo d prmido con la carga de señ áxm pesble dl tip U. U.S.B.R S.B.R a) D Dm mnar nar l longtu ongtud d otal de crescresta del vrtdor, vrtdor, cosera cosera també també que P/H pdi- a ser se r 05. b) Duar ua cra cargagast para intervao inte rvao d opraci pració ó posble. posble. e) Diseñ Diseña a el el perfilperfildel cmaco cosderad ue se esea termarlo tan- gete a un tal tald d o.7: o.7:. . d ete eterm rmar ar e pe pe de agua a cntro del clar etre pas a largo as msma paa la arga áa e Obteer a carga de presó gatva áma a cetr de car e pas a o lago de as msas para a caga xa.
Solucó a De aced c a seccó 822 822 lo con veet es u H d = 4013 = 406 m Además; /Hc pude aui os vaores P d = 20/06 = 9 y P/Hd = 0. D la Fg. 82; C = 2.8 para pi aso 2 paa paa l segu segu � co co H .3 la i. 8.3 CCo = .04; po tat, ams cefcetes s on vrte en: 28 x 1.04 = 22672 2 04 = 2.4 spectvan. =
vas de cresta n es efecti efectivas las logtud logtudes (81 1), ), las D la ec. ec. (8 ían sían gasto o máxim máxim s a d gast dsca rias paa a dsc cesarias cesa
250 x
4.93; 3; L par P/Hd = 4.9
para P/Hd = 0.
2 00
7·74
3j 2
=
9 22
De a F Fg g 8. 8.9 9 a Ka = 0 0 d a Fg 8.0 paa la pa tpo 2 H/Hd = 1 3 , =-0.0\ aplcando la c cresta d 8.2) resta e la log tal eta d cresta b se: .
para P/d = 4.93; � para P/Hd P/Hd
O 5;
L
2
=
= 87.84 9. 9 .22
+
+
2 (O
2(0.-0x0.01).40 2(0.-0x0.01 ).40 = 8E4 9. .221 m )540 = 9 01) 1-1O xO. 01
En cada aso, el claro ntre pilas es: b1
= 7.74/ 7.
m
�
b2
= 9. = .93
m
c
30
m
Consderando la recomendación de geomet�a de la pil( ndcd n Fig .0, e eeso de cd p sea de 067 x 406 � 1 .084 m, esto es aproxadamente - 0 m Po tanto, a longtud total de la cresta e de: Lt 1 .00 . 0 99.00 m X
=
Lt 2
8.0
X
+
X
.
0 0.30
X
m
Aunqe hay diferenca en los os valoes, no es cre ble ue el azovamiento legara a coresponder al se gundo caso Por tanto, e continuarán los cácuos sólo para e rimer valo P/Hd = 4.93. Slución b Antes de haer el dibujo, coniene taua auns resutados como l valor de coeficiente de descarga y de la ongtud efectiva de cres aa cada carga de operación Para ello se ut la . .3 o Co = ) p el vor e e y l ec. ( . ) pa e =o que sea:Le = - 0 0 K) Fnamente O resuta de a ec ( .) L tla- 8. 1 condensa los cáculos ralzados
Tabla
H/
Valores cargagast para el ejemplo so b C/Co
e
Kp
Le m
m
.
ca
o
m 3/s
0.50
0.3
0.30
9
60
555
.00
0.46
064
3
0.05
6.
6
.50 200 .50 3.00 3.50 4.06 4 0 500 5 0
0.69 ._49 '6 0.739 0.6 .000 .0 .3 .33
0.9 0.9 0.944 .966 0.9 000 1 .03 .0 . 4
.95 .006 056 097 .4 .4 0 4 .67
06 0045 003 009 0.05 0.05 0.005 .005 00
5.4 5.0 5.90 5.66 5.5 5.97 6.65 7.50 00
06.7 4.4 69. 33.3 99.33 533.7 6.6 9.: 503.36
541
La Fig 8.27 presenta l curva carga - gasto con la qe opera el vertedor.
Soluci6n c. De la Fig. 8.13, para ha/Hd = y paramen to a9us arriba verical, K = 0.50 y n = 1.872 y por = tato la ecuac6n del perfl del cimaci� e el cuadran te aguas abajo , de la c.
(8.3 a
) es:
Y=0.5 - · =0.1434 xl6 o e12 (4.0 ) (8.4, la abscis del pto de tencia es: •
D la ec
Xt
=
4.0
L6 (0.X0..82)
= .934 m
a ala 8.2 presena alos valres d las coordena das del perfil del cmaco Tala .2
05
.0
1.5
2.0
2.
4 7 o. 5 o.539 o. 9
y
X
Coordenadas , en meros del perfil del cma cio en l ejempo 81 Caso c
1
5 .0
5
13
.
4.2 1
3.0
3.
4.0
15 .538 1.9 7 4
2 . 46
930
.032
De la Fi9. 8. 4, para had = �; x/Hd = 0.283; - y/d = 0.127 R1/d = 05; 2/d = 0.234, por lo cual c = 1. 49 m; yc = 0.56 m; R = 2. m; R= 0.9 m.
a i 8.28 mesra la eoera del perfl del cima co Solci6n d os valores e las als de�s is a y, correspondete a H/Hd = .33, se mlti plican or Hd = 4.0 6 m y se obtienen as as coordenadas d los perfiles dl ªgu ctro el claro ntre
pias y a lo laro d las mss , rspivamee os reslado aprecn en l a 8.3 y diados en l i9 8.28.
4
Tabla 3
Perfil de agua al centro del clro y lo lrgo de as pilas en el ejemplo 8 .1, pr H máx = 5.0 m
X
A cento de claro
A lo lro e la pils
6
.
01
2
- 4.933
- 4. 957
�36
. 0
6
.30
- 4.945
0 2 1 2.6 32 0 .2 5.6 6
. .38 2 3.33
5 . 05 1 - 4478 3857 33 2 77 222 1 7 -. 8 7 - 05 8 5
,
en
- . 439
2 .20 .5 o 68
5
4
3
2
00
F. 2
100
50
00
25
Q,
-D
m
Curva de aga - aso en e veteor d jem
/s
A lo arg de as pi
- - {el clar '�
ha Ho
'
X
dis
/P.T. (6.593, 032) y Fig ;�
Perfl del cimaco E; sup: libre del agu en e vete el jmpl
Si6n e.
D i 8 b, crg de pes6 e p H/Hd n e cetro de cro� n s 2s: hp
o. 1 8 x
=-
3
y de g carg d ps6n egava áxa par /d = l lg d la p e
p
x 406 =257
544
Abos valores on tolerals para etar catió
_
8..3 Cmas trados r mueras. 8 Capaad e esarg L desarga e un verte or puee cotrolarse mediantemuertas colos sobre la resta, qe pueden ser rdles, clíndics o de tambor. Esto hace cas m- presndible a necesid e pilas intermedias pra re
ducr s claros por donde paa el agua.
E el aso de omuertas rdaes o ídras a desarga se rde or dbaj d eas a traés de orfo qe se rma, ue es de atura arae seú E e a abetura que se prre a a muerta. aso de ompertas de tambr a desara se rdue el erd suer de ua s la uer eza e r pr la aa de a arga d ertdo, l leantr o bar a ompuera hasta a sn esa
Lo fa que s dt e ootae t del lo y era d deerar e ua de desara, ya q l prier a se t e u r fico de dimesones variabes y e el segd d u -
vrtedr de cesta móvl y crga tabé variable.
Cand l desara se J·e sre u iai esde el rfc podcid por na cmpuerta arcalmee ab (F 8.29); 1� eió para e áu de a apdad de descrg s puee obtener onsiderado
qe el gsto por el orfico element de nh Le ala d vale: dQ
=
C· Cv Le
2y
dy
e mera qe el ast tt es: Q
o be qe:
�
{
C Le
J
H1 y '/, dy
H2
545
done: e coefcente e escarga (mensional) g aceleraci6n e la gravea e /�
,Cara al ono el oriico icluyeno caga e elo ca e lega en H2carga al abio ineror E a copuerta inclyeno carga e veoca e lleaa en . Le ancho eectivo el oriico gal a a logit e resta eectiva en (seci6 82.24).
ha
l
_
y
D
d
F g 8.29
iacio co escarga controlaa
546
El coeficinte depende de la forma de la cmpuert y del argl d la crsa, la prfunida dl can-
ccso y l eevci6n de la superfici libre - aguas abjo. D sta manera, a contracci surir paa una comurt pla verical difi d a qu prsenta en una compuerta radil curva e inclinada.
se
El peil l ps agus rri fecta a contraccin e fond y l prfi aguas abajo a a districi6n de rsins � cnsecuntement� a a carga efectiva Para anprocto de cimacios con compuerts radie o cilndrics, se usanoo primer aproximci6n, os coficients rcoedo n l Fi 830 para dife- rentes rlaciones e aprtura de compuerta o crga to tal La curva presenta valores medios determiado paa dients condicins d llegada y e as a jo; e suicintmente riso para de termar a ds carga en structuras vrtdoras peueas La presena e v6rtices aguas rrib e a compuert pede modfi ca de manera important os valores dl coef2iente de decarga -·
Para proyects fintivos n compurtas radales pede-
apicrse l método prpusto por l U.S. orps of niners en su Jc: "Hydraulic Desin riteria (ref 71 ), ue proporcion na discrepanci de sto real en por cinto, par relaciones d abertur de comprta a cag menrs que
En el caso las compueras d sectr o e tambor, s
aplica la c (8.1 ), don e coeficiente depende d
a carga H, el radio e a cmpuerta r y de ánuo 8 que forman la horizontal y a tangente a labio ifero (F. 831 a) Ete 6ltio puede adquirir valores eativs cm l muestra l Fig 8.3 b, y cndo a co purta ha ajado talmene, la cra H llega a su va� lr máxim y e caso se cvierte en el de u cimaco e cres �a li. El mismo cmportmento e t edra ara el caso d cmpurta de coto n cals, como a mostrada en la Fig. 8. 31
e .
Los ceficints escaga para copuertas de tmbor e as del tpo mstrad e la Fig. 8.1 e e obtie en de la Fig 82,ue muestra los resutado xpermentas e J.N. Braley rf. 72� con vaidz paa ars d vlciad de lgada esprcib y ánguos-
hsta -15°. Todas ls curvas colyn a p� to para el qe e= 29° y = 2141 e
547
0 Hl
e
2 d
7
=
68
3
. 'CLe( - H �)
4 0.1
o
Fig. 83
0.
0
0.4
5
d H,
7
Coeficiente de desara para compueras pr cialee aberas, seú U.SB.R (r= 21
·
C
) .·AIO
•
Fig
pio
b:An�l + tvn
eL-Cotr
en
cal
Poscioes un opura ao
uo cio corolo or compuers opr cocrs pquñas s prs vó rcs s rrb abos_ los l copur oo usr l F S h obsrvao qu pr ros O. < h /c 1 los vrs so s o os sls l s�r y sr pr bjo l our uo H2/> -
54
se presenta un s6lo v6rice stbl lolzdo d tntamnt lq g l fe o= ta, e e ocsones colps ao d o d sarrllo n ulur lo d l co.
15
-1�
6
7
8
0
1
2.2
F 8. 32
Cofente e escg e e s d-· tambor (ref. 72).
A n e etar la orma6 e vt g ba
e una comet e seo o deslza Fg33 a y b) y la posble vbrac6n d la msm es ove u opere e mnera ue la cag H2F 8.29) s yor ue la crítca Hk ote a Fg 8.33 e (f. 3) En esta fgura reresen la abta la oer ta y V la velocda e la sec6n contd y o v lor aroxmao e:
549
V
o
La ubcac6n de cetro d v6rtce, cuando �ste se f ma es: (0.8 a .85) 2 y otra manera de mejorar ei funcnamento es prlngr s pas aguas arrba n stanca mínma = .5 a 08 b. �
H
d a
1 1
Perfl.
Hk 7
d6 5 4 3
� L
2
o
12345678
.
b) .Elvación
Fg. 8.33
e:- Carga cítca
Forac6n de v6tces aguas arba de com puertas re 2)
8..Perf de cmaco a uaa n e funconaent e cmac, e tene que pera a veces bremete y a veces controado pr cmpertas, hace que e prbea de dseo e u per- sea más compeo que e de cresta bre
Si
e ab nfero e a cmperta asenta sbre a cesa e cmaco, na aprta paca prouce un orfc vertca cncente con a nrma trazada a perf sobe a cresta. Cnserando s restaos Eep 4.1 e Vo I, e perf e a nea e
50
coriente oinide�e on el perfil del imaio esulta una pa áboa de euaión 8. 6)
onde e aga o enega oal en el punto en que e iniia el pefil y, (x y) ooeaas m se indn en la Fig 8.3 a S a ompuet asienta e un punto gua abjo de la resta (Fig 8.3 b, al bri se oma un orifo in lindo el ngulo , medo ente la horznal y la = tangente a pef el iaio en el pun de apyo La euaión e l urva e esbe el oro y po ende el peil el mao es ambién a de ua pa boa. 2
y
=
X
tn 8
+
X
4
H
8. 7
one: H
ag o enega tol e el punto en que e in el perfil
y oodenads del pefil on el oien odendo
on el iento e la ompueta.
gulo ente la ange l pefl y a oota
El U S. B R ( ef. 21 eazó experetos o u ai otolado po opets on e pefl estd oe pondiete aso de esa be de l 8.13 pa a u rga de diseño ig a a a ag xa y s C and o e e to de co mpu et a tot alm ent e a bi rtas. a c o u e a c oi cd e c o la c es y se p opo c o n e a b e t u as p eq u eñ as, p e e p es i o es n e at no ob e p as a n l os val o es de 01 H d y 0.33 H d, cu n o
as ca gas a g uas a i ba s n H d y 1.3 H d resp e c v e� t e Est as pesio nes n ega v as se d esa oll a o l g o d el p er f il de m a e a c s u nif om e, des de e p o -
de a p o o d e l as co mpu e a y ac ia g u as ab jo, e na is t an c ia cu ya p o ye cc ó ho z ont al es 0.5 H d
55
H
y=x ta -+
a) Orificio vertical Fi
3
=
2
b) Orificio icido, 8 � O
Poiioe e a compert obre cimaco
N.A
x
-
p
Pfl b
1 1
1
�
-
fil est ánar
e= mox de opración o as c ompertas oalene abier(J
En c-o e que P/
<
P l pabc o ; x, y = tn B + 1 s2B
H, máia de i coprts. n , ncó 4 se
el parmento agua arrb. Fg.
8.35
Perfil compueso de cimacio controado por co ueraS
552
Despés de esa distancia, as presions aduien los vaores corresponees a n cmaco e cresa lbre. En a prácca es recomenale coloca el pnto de apo yo de labio inferor de a comperta agas aajo d l cresa e cimaco y propc� n orifcio incinado,
e aera que el ánglo d icenca 01
,
formado entr
a aene a la caa e a compera e s abo nfe ror a angene al pi e cimacio n el pno d apooqee próxmo a 45°.
pefil el cimaco as arrba e puo en ue ase la compera ebe seur el esnar e cesa re, dseao con a caga máxima con oerar e ereor con las compuras oamee abiea Par e pe agas abao el puo de asieno e l copr a poá conar el ea o cambar a u araból co como el e la Fg. 8.3 � iseao co la ec.(8.7) para a carg máxma co e operará las compeas, resao así e peril compueso e mus g. 83 cho perf es más coene pra smnu1 as pesiones neaas, sólo en el caso e u s raz se be ecma el perfl esnar. caso de ue /Hd < 1, se recomea inclia a 5° e parameo aguas ariba dl cmacio. Recomendcones aicioaes paa e diseo del perfil compueso se pe e consla en la seccó 8.3.. .24 lo a pie e cmaco. La apcación e a ecació de enea, sin consera pras, perm eermiar a eoc eórca e escrrmieno a pe e un cmaco redor (ig. 8.36. so es: -·
V
=
�
z
+
ha
-
y1)
(8.8
oe es el desne enre la sfic lb aes· e cimacio el pso dl colchón aguas abao, h es l caa e elocad de legaa al cmaco e ia pie el msmo. ebo a a péria e e ía a eloca re V es sempre meor e la erca epene prncam e e a cara sore a crsa rtdo l dsi e z , ad e a espda el cmacio de a rug
553
sidad superficial del miso. La velocida real difee más de la teóric en la eida que la carga isminuye y l caída auenta. E US Bureau of Reclamation (ref. 73) realzó expeentos en modelo y prtotpo y eterminó la relación n tre la velocia real y la teórica. ESta 6ltma la d= finó como sigue:
�
(z
- H/2)
89
La Fig. 8.36 presena los resltados que ermen el
cálculo el coeficiente C, para corregir el valor e a velocidad teórca y obtenr la real en términos de vlor z e la caída. Dicho resultados valen para al- es en la espala del cimcio de 0.61 a 0.8:1 y no son apicables para ángulos inclinación menores.
El cabio e clnación el al del ciacio al piso el colchón ebe realizare de anera gradual, siguen do na curv� or ejemplo ircular, de radio no menor d cinco veces e irante e l rva, medido en recció perpenicular a la plantil. Ejemplo 82 El ciacio iseado en el ejeplo 81 va se cotrolao por once certas raiales, consruye o ilas intermedas ipo 2 e las imensones calcula= as y ara la msma longd de cresta obtenia Can o opean las comtas, s aber varar ene Consierno qe la crsta est a la .02 m 20 m. Eev. 000 m,a) eterminr la curva aberturas e co uerta-astos qe escargn toas las copueras abier as, para el inervalo e berturas ndicaas y el nivel xo e ermitira el imacio iseado en el ejepl 81 5 lclar l preiones negaivas xas que pedn esperarse con la crga de iseo del cimacio y con una carga 33 Hd. e) Considerando qe aguas abaj al ie del ciacio se cnstrue n piso a la eeva- cón 23 m termnar la agntud de la velocida del aga sobre el piso cand se abren totalente las co puertas escarga el gasto mxio -
Solcón a De ardo con las recoendaciones del U..BR. para el diseo de cimacios controlados por co pueras, la carga mxima de operación e las ismas no pod ser aor que a e seo del cimacio elegida, esto es: Hd H1 406 .
CA SOB CRT N MTROS
E
n
e C .
-� 8
"
z
·a o
1
•
g 0 o
·¡
Vt=
:
!= C Vt
t
( .
2g{Z-�) , .
L
Q y=v.
�
·g
Fi .36
i H
�
1 Vi rl V AL ORES D C= Y Vt eid tai
Curs pr trnr velocid pié u cimaco, pr us s 06:1 0.: (rf 73)
5�)5
La tabla 8.4 presenta los cálculos de las curvas solici
tadas, done se utiza a ec. (8.5) y la Fig. 8.3 para los coefcentes e e icha ecuacón. La longitu neta corresponde a L = 11 x 8 ·= 88 m y la efeciva Le = 8�.97 m de la tabla B.1. La Fig 8.37 presenta l
urva solitada.
Tabla 8. Descarga para el embalse a la Elev. 54.6 yeres aberras e cmpuertas e el ejemplo 8.2. d
e
m 0.25 .5 .75 1. 1.25 1.5 1 5 2. 2.25 2.5
m .616 .1232 .184 .2463 .39 .695 .431 .4926 .5542 .6158
.22 .8 . .693 .6 .68 .614 .66 .661 .655
3.1 3. 6 3. 1 3.6 2. 1 2. 6 2. 1 2.6 1 B1 1. :6 •
136.341 263.8 3836 4954 65.234 5134 99.2 884.5 �6434 136.311
Solucó b. La arga de resión egativa á pa una carga e dseño del cimao H = .6 m, sería de hp=.1 x 4.6 =.46 m. En caso de que la compuer tas operara co la carga máxi a 1.33 Hd = 54 , carga de presin negatva máxma, sería e .33 x 4.6 = 1.34 , que es taié tolerale hp =
Solució' e . La caía tota z e l ig. 8.36 sería z = 554 23 32.4 m. e dcha fgura, para H54 l coeficee e = .93 y a velocdad al pie del ci co vale
V= .93
�2g(32.4 5.4/2=22.45
56
d.
en
m
.
2.
0
1.5
10
0.5
1
Fig 837
2
30
4
5
6
7
8
9
Q,
3 e
m
/s
Curva Abertura de compert - Gasto ar l mas e a a Ee. 5406, en e Ejel R.2
�)57
8.3
Obras de Excedencia
8.31
Aspctos generales obr de excedencia en un aprovechament superfcl es la etructura que perite deargar os vo6menes e agua que exced n a la caacdad 6tl o de control en ·Jn amcenamento, para ser conducos fura del aso y lleados aguas abajo nueamene al ro, etando el ño a otras estructuras y con el máxmo de egurda. La
Estas funciones se realizan normlmente utando ve-
teores y sólo en casos especias e obras pequeña, se utizan ifones. Por eta rzón, las obras de exe decia son a menudo vertedores d excedenia.
�n ocasiones es neceario distribuir los vol6menes exe
dente en o obra: una amada verter e servci= que escara con mayor frecuenci y exie mayor egr dad en su oeracióny la tra denominad verteor aux ia ue descarga eventuamee e manea simutnea a fin e ermitir a eparaión e a de ervicio en a �ad ograr mayor econoa segurida e e conjuno. La obra de exceencia se tiiza ara dcargar a mada avenida de diseño, ca arctericas se obtie en de los estuios hidroógicos n el o del trnsi to de avenidas a través dl vaso maceador Dicho = studios permien conocer la carg gato áximo, a omo as polticas de oeacin cn que debe manejare a obra e excedencia 82
Estructuras componetes La obra de excedencia en enera e comone e diferen es eementos ue son: el cana d acceo o de amaa, a estructura de control, e condcto d descarga, a etructura ermina el ana de defoue o de ia (Fig 3 a) Cana de acceso Conduce e aua dee e amacena ieto hasa a estructura de conrol, de manera que egue en dirección perpendicuar a a cresta en toda a fin e ograr e u ongitud y ibre de coeficiente de dscarga máximo y mnio e probema en e ero. Regua a decarga de a b) Etructura de Control macenamiento La regulacin puede efectarse mediante· una sección de contro contita por u ime umbra,
58
Plan
!j �
1
.
�
.�
, •
� i �
:
o
•
Corte
A-
11 F i 9ru /.38 P nt y co de vEo la ps L a Vitla"
59
un cimacio, un orifico na tubería, que pueda des cargar lremente o sumegdos y esar conrolados o o o coperas o válvula. En calqir caso, es m ortate lograr la ay efceca e la estructra de conrol, con u coefiiete de descrga lo más gr de posile para la descaga áxa etar e despee de la lámina verete Conducto de Descarga. Permite condcr os vol6me- nes que han pas�do or l estrctra d conrol, as el río agas abajo de la presa. Dicho conducto pede ser: canal a cieo abiero, coducto crra a ravés de la cortia t �nel po las laeras. La selecc6n del po y dmensones stán regidos or consderace)
es idrulcas, ecoas, topográficas del sto.
y
geol6c
Debdo a la ran velcidad de gua que pe
de desarrollarse, es ecesr reesr las aredes e= conduco de descarga y lograr u escurrmeo lo ms sasfactorio posble d) Estruca Termal Se bc al fal e coc de descarga y pere a restuc6 de las descars e vertedor al ro, dspa J ní céca ece t qe aquiere el aga e s esceso esde el emb� hasta el ro aguas abajo, o bie lazar el agua dreca mete al ro para orar la dsaci, ae ést = realmente ocrra fera de la esrcra termia el prmer caso se tliza aes amorgdores o c beas dsipadras y e el segdo cbes de zme to, pero e cuaqier cas el bjetivo s alcazar disac eficaz de la eerga y elmiar la eros6 e la zona de restituc6 Canal de salid. Cotia esps de a esrcra erial y permite qe el aga llege a cace de ío s prodcir remasos aca agas arra qe ece el ucioamieto de la popia esrcta ermial o de otras structras qe tamé descarue l r •
Los obetvs de las opetes de vrer pede parecer distntos y o tano ssceptbes de estdr por separado, s ebargo ese coelac6 esre cha de mutua fleca etre ells ue o acosea estdo aislado de los ios E gnos casos es posble satsacer as cdcoes mpestas or as características tópogáficas y geo6 gcas locales co solcoes de cso elevad, s e- bar es preferle redcr al mimo ls resgos p
560
nientes de solucones no onvenconales y aapar los roectos a la opografa y geol6ga de so, raan o de obtene� en lo posibe, una solcn econ6mca. 13 Dfeentes Tpos
Los vetedores de excedenas pueden clscrse s dferentes creros que ognan una pla varedad de tpos e los e no s hace au un xposic6n xaustiva. En os veedores de crsa lre se prouce verdo autoco al alcanza el agua en el emalse nivl de la esta veedora. n los vertedoes de cresta cotolada las descagas e conola dane compu as de diferentes ipos e ncluyen a as raales o de segento, a las deslzanes, a las d ambo y an a1P e se noban agujas. as os preras son la s usadas en Méxco en la exposc6n dl sucap tulo 8.2 se ha pesenado con detalle el dseño de ver: tedoes de cmaco sn y con copuertas. Otra clasfcaci6n de las obras de excednca n oa e cueta el anejo de agua, sno la for dl conuc to de descaga y consse en vetdores en can en tnel En abos se ulza un veredor de crsa anch separado del cuepo de a corina, con o sn compurta. En el caso de los veteores en canal, la srucra conto est sepaada del cuerpo d a corna, n oca sones sn ciaco y la conducci6n se rela mdiante un canal e geometra varabe, consro a celo abr to n los veedoes en tnel l ¿oncc6n s real a edante un conducto cerrado a ravs d la monaña. os vetedors en canal han sdo ms uados, ya u los de tne nvolucan problemas tcncos mayors en su construcc6n, opeac6n y mannmno y aems so s cososos. En los casos en u han sdo lados en Méxco, a sdo n pesas dsnadas a fnes e gen aci6n, donde el aspecto eon6mco ha suo vnaj� so -
El aeglo geoétrico de ls pares copnenes e un vertedo puede ser tan varado como los robemas e la Po ejeplo, pude requeirse del lamao pr�ctica. veredor de cada libe en el que no exit conco de descaa ya que e agua a pasar por una crs degad o por n pequeño cimacio, se precipita e una cad libe hata l fondo del ro, o bien prmeo pasa por un -·
561
cubeta de lanzamieno. s� resa puede ser rea o ur va y ener o no ompuera. E vredo uiiado a = nro ornas n ar s un cje.nplo io de ste ipo de sruturas. Ests onsuyen una soui6n osbe en cadas menors d 10m, cuano a roca e e fondo el ro es de buea caidad y la ocavaci6n prod cida pr el acto de chorro no rodue daBs consid� aes o efctos de remano imorantes. E aal de aeso y a ru de nro son os que tienen mayores ambio en su geome a y funioname to y de su eei6n depende en rn medida a de rest de sus ompenes. La esruur de nro uede o sistir en un simpe umbr (sin imaio) de trazo re� o o urvo, ara desde ah iniia un·na de od in en rápda o bin un óne. Tabién puede osis tir en un imaio reo o urvo qe desara a una es tutra oletora y después onnuar haia un ana o tóne. da e nombre a dos a esruura de onro es la vertedores uy utilizados en en arovehamiento desinados a rio: e vereor abanio y e verte de embudo e am dor de ana atera. os de exedenia, bio no han sdo uizados oo pero e tros pases han siido soios eon6m as imorantes. La estructura de conro qe se eija aa na obra dexceencias, nfluye de moo importane n el diseo
de aa d aeso y meo en e del oduo d des En esa secc6 se raa principlmente el dise carga.
Bo hidráuico de cana de accso y de l estructura d�
conrol y en as subsecuenes ts. 8.3.4
las restates compone-
Cna de Aeso. E diseño hidráulico del cnal de
obedec gene-
ralmente a as isas regls, independietemente del ti po d veredor del que fora parte.
Por raznes econ6micas el caal de acces debe ser lo -
mas coro posible Cando es larg, es consejable que su eje quede ain�ado con de conr1C�O rP escarga. E diseño en plana debe sguir trnscines
y
cambios-
de direcci6n graduales, adptános a as coicones topográficas y geol6gicas ocaes.
�i62
La velocidad con que s meve e agua etro del caa de aceso depede de las dim ensiones tansversa y profdidad e su pl a tilla. Esta casi s:_empre es horizon a, anto ransversa cmo ogiudinlee. Dicha � velocidad debe ser o a pequefa posie, no mayor d5
m/s y de distribución rasversa nfe para eii
ar zonas muertas.
E e caso de veocidad rade e e cna de acceso o es recomenabe divergenias etr su je y el del ve-
edor speriores a 4°. Las paredes dl caa deben coducir el aga e maea que egue n dirección pe-
pedicuar a a cresa e oda su logud y ibre de -
urbuecias
·
Es ecesario realizar un estudio cuidaoso el razo n paa de as paredes de caa adaptádolo a la topo graa para probaro pseriorene e un deo id�áu ico. E ocasiones e esudi consis en l razo d redes de fujo adaptadas a as paredes de goera pe viaene seeccioada, a fi de deecr posbes zo de separació, si ebaro esa prácia es poco reco edabe ya que represna cho trabajo y pores res as En cuauier caso se raa de ue as diensi= es ransversaes de caal y proudia planil prprcione las veociddes de aproxiaci antes ese cificadas y e ejor uncioaieno La poundidad d� a plailla queda deerinada por razns econicas sin ebargo es recoedabe que se anga denro de os lies siguiees: P
>
0.2 Háx
(8.10)
dode P
proundidad de a pantia respeco de a cresa de ciacioe (Fig 8.1
á
carga áia de operacin del cimaco, con as copuertas oaee abieras en
El prfi de ujo en e canl de acceso se determina -
por os m�todos covenciales de flujo variado y debdo a que e perfi es e r�gime sbcrtico, e cálcuo se icia de a sección de cnrol o cresa vrtedora -
Para e gaso máximo se atea hacia aguas arriba. vees de agua e a sección iicia asa legar a iicio de caa con el nive de embase máximo consie rad
563
Las experincias en modl reuco y e� prototpo eve
lan que la obsevacia de as regas aneores s t= dcen en n ejor fnconmeto de ca de acceso. -
Alejase de estas reglas 6o ebe obece razoes eco6icas. Sin ebargo coviene issti en su impotancia por e hecho e u ls petubioes que e ne s origen en a zona e cceso pen ansiie
acia agas abajo d cmco Si ocia de ao c6 a erdo s aa, a fiieca hiáu ca de a obra se e afectda por n amnto imeio = e trblenca y a apci6 coriees secu is Ss fectos se racen en acenta esabii ad a mina etient y e ec6 el coei iente de descarga el eteor e u recho e
La inestabliad de la lámina
cana es casa a veces e e6es e espegmieto ydheeca violetas que por e fiias como i
bracoes e a lmina
us eecos den edun e
pobes de orden estrc e el ciacio, pis y
eesmentos Esas petbcines s pee a ece asmiti asta a estrua dismiuyeo u eficiencia 8.3.5
Verteores n Cana Cosieamos qu e caso e u edo cuy esucu e contro es cimacio, doao o no po aios os foados etre pias superpuesas, ue pueden es uanecido por copuetas y co eje de s pi oinciiendo con a irecci6 e coducto escga Ese lio nolmnt o consuye ca l éxcaado a celo aberto, de cuepo e cotin Como s obsera e l Fig 8.39, esruc a e control se ubica coincideo apoximaee co e eje de la cortina Esto se debe a que a paa e iycciones o e ipermebilizc6 el subsueo e be coicidir en ambas estrcras . •
E ieo dl cana de accso sie s egas nic- s en sci6n ieia aeio En e disef de la esrucra e cntro se sigue o-
lieientos dicaos e la ecc6 8.22 p e c e qe e cmacio sea e cesa be o n la scci6 823 a e caso de caio cooo por compue. -
a secea siue apoximadente los igiees psos:
564
3 "i DE TIRA PLN
COF -
flg. 89 V
565
a) Preimensonaento general cresta, n6ero e vanos, tipo y forma de pas, etc.
cmaco: ongtud d compertas, espesor
E estudio se basa en xados en os que raramente cones d orn topográfico
de escrga apro en juego mpos
b) Estabecimento del perfi dr, o que incuye a cnl
conjunto del vert escarg.
e)
Seeccn e la carga de de mismo, conserando as
de cc y fora esa
d) Estdo más cuidadoso del mio de des- carga segn lo indcado en as seccons antes men conadas y cuyo valor dbe ser precisado posteror- ente en moeo reducio e) Modifcacn eventual d s tura de control para obtener hiráulca
de a estrc mayo efcencia
f) Dseo fna de a obra deaes como so e a lámna ver- dimensones de compuerts, tene acuerdo con ls ateraes, es tuio e las presones ara istintas condcones d esros poscn operacn forma de las pas de las compurtas y su nguo ncencia, etc entro de los crteros prctcos de diso con carác un lmte par ter dstnto al hdráuco se e var e a crga mám de operacin de un cimaco en funcin e as concoes geogicas e centac Esta egenca se basa en hecho de qu e escurr mento sobre una estructur vertedora prvoca vibraco-
nes que se transmiten l áea de cmenta6n poniendo A tuo nformaen riesgo l establdad d la obr. tvo, a taba 8.5 present algunos vao�es de as car gas áxims recomendabes, de cuerdo co os dversos tpos de terreno n la cimntci6n.
5
Tabla
85.
Crg máxim pemisibe d orcón
un
c�
cio seg6n el tp d suelo en su cmntación.
Tpo d su n a imencón Rca sna, no altr ada R g u bi < gues compatd Grv r� c ta o rcil pástc Arcilla bn cmactaa ena y gav firme Aren Ana i Formoe Qeo me
cr ám il,n � 180 a 20 3 9 7 4. 6 menos
El essor de ls pias db selccnase según su -,
tura y s crgs pr resr, ara vi elcns- z exgeradas Pr o qu s fer l f dl tjmar, onvn idr que s cnacs=� que produce (inso 8.224) son má otables cundo la dmnsón d s anos en snid horznl es nf io a te vees crg sobr e rt,
Aunu s nmn l n6 d crccn, s onvnne enr o meno d sgu- ejo erón en e n as puers. Las nraiones s pueden tnu un sl 1n uidos de m dl efl d pil pui'�n o doar as ormas ue ustr l Fg En c sns se pean per erodnmios Jukwsk s s s o uh la nuón n que se lgre e uhos cass n umento sensible del
oeente esrg
Cn rerena os veredors ntrods mu as es nesane aí aer menci de s fnómns=: e osaón de a spre bre l agua ns d- as opuers oservds durn esud xm a de vedr de eedens de poyeo idéc: rio l r Guerr (MEXICO) relz n l aorro hdrulo d Csn dl d lc- rdad d s ps. Un nvesgón ás f ond r 74) prmó rne mor d aón en s de aga n e sendo nd �l-
Ei7
anal de ceso, prouciéndose un oeaje que ncremen- taba dsmnua ssivamene la arga sobre la om- puerta; eso eventemete nu vbraones en la e trutura. Las conusoes mas portantes e dho e� tudo perme aotar mejor las ondcones e dseño =� de a obra e conro pra evtar do fen6meno y son las sguenes: 1.
E raio r de la compuerta radial ebe ser:
08 H < r < ·1 . H, dne Hd es la arga e señ de cimco e la pr con perf esánar ( Fg. ·
8 35). 2
La runerena que s esrbe por e movmento· de rotacn de la compera no debe nersetar en nng0n uto pano erta e nde on a resa e cmao.
3
E cenro e roa6 e la ompuer (perno) debe bcrse enro e esao ompreno entre os lnes vercles oczaas a as sancas H 2 H e pano verca qe onde on a res t de maco. -
4.
La lne que une crsa e mao on e perno orm ngl resco de a orzona e a ebe ser: 5° < a < 5°.
5.
La ine ue ne a pto en q snt la comper ta sobre el cimao y perno forma un ángulo S rspecto e a horizonal, el
3" 2 f
<
45.
db ser: - -
A segur as recomendaoes anteores sobre e perl esnd e mao se dene e rregular mosra en a Fg 840, enro de a ebe qedar ubcado e cenro de roc6n o e ompuerta. Eegdo dio centro, e ro de a omuerta deber escogere e manera que a rcunen que descrbe no ntersee a ee e a resta, edado on eo de ermnado e unto e que senta a omuerta sobre e mao. E per esnar de mo puee omnarse
par-
r de ese puno y hacia dnte por uo parab6o como o señal a Fig. 8.35, o bie mantenerse en su
toada.
E seño e na de desarga
verteor sgue los
1 2Hd 1
1
J DE LA
/
d 1
CRESA-¡
(
esándr l cimo
Fg 8.40
Seeón e ra e a purta y punt e apy en un vrr nra
569
lineamientos que se traa en la secció 4. jempo 8.3
El vertedor en canl de l Fig. 8.41 op-
aa ormalente controlao por compuers daes hs ta el nivel de ebalse a a Eév. 1440 S el emb se ebasa dicho nivel, el vetedor operrá libremente = asta alcanzar el nivel d agas máxima extraordinaras a la lev. 550 m, paa el cual el gato máxmo po descag debe ser 716 m3 /s. El nivel la cresta dl cimacio se ecentra a la elevació 138.50 m y el nivl de la corona e la cortin a la elevació 4900 m Di sear la estructra de cotrol el vertr.
Solcin La carga máxim el verteor s de 7.00 m, msma e supondremos igul a la arga e iseo de ci macio operando liemete Suponieno e los muros acceso tiene la geoetr mostraa en la ig. 8.8 e y una pila al centro de foma ipo 3, os oeficientes e o. ontraccón respectivaene son: Ka K De a ec (.0) la profunia mnim ecomede e piso so e acceso sera 0.2 x 7 .40 m, peo e elige P m, por lo que P/H 02 e l Fi 82: Co 9y ao que P/d < , se uilizará una i�iación e 45° en el paramento aas _arrib ciacio De a C i 4 el coefcente ral .032 x 1.9 2.033 omo medida de seurid y atenieno a que en la práctca diclmente e alca est valor, convie ne utlizar el coeficient de esara d 97 (sin icemento) De la ec. ( 1) a ongtd efectiva e cresta vale:
=
Le
76
.9
X
7
3
m
De la ec. (8.2), la logiud neta de la cesta tiene e
mismo valor y se puede reondea
20.0
Eigeno-
dos vanos de 10.0 m de anho y n pila termedia de 3 m de espesor,la longitu total e la crsta es de 23m.
Las copuertas seán diaes y las pilas de la fo
ma tio 3.
Debio a que el pso el canal se encontrará a la Elev 37.00 y el e crna e cotina a la lev 49 m, la alta tota de pilas ser e 20 m y la reación e eseez e 12/3 4sea razoable paa na column corta =
La Fig. 8.41
presenta las
tedor hasta aoa obtenids.
eneales del ve
570
1- Eje de crs v
14 9 .00
Elv 145.00
�i 140
cÓ
3700
b) ElevciÓn
[Jl So:02
•OIZI ·-
1
0 .
zona sti talu ar
a Fg.
41
Plant
Dmso gr d rtdor jpo
8.3
571
Atendiendo a la opografa y a la ubicac6 de vrt dr (Fi. 84) s roo na ee ala ara e cana d descara S0 = .2
El eril e cimacio suirá a fra sánda i o USBR, corresoite a a 81 3. D sa manra, teniendo el canal e accs n acho a a a lonit tota cresta aso nario sa q =
71 6
= 31 . 1 3 m
23
1 s/m
A ismo, de la ecaci6n d
cca 2
7
1 .5 =
(P
+hd)
+
Vo 2
donde q h). Rsta as q P + = � Vo . m/s < 5 /s; a / = 8 hd= m. Por tao ha/Hd = ./7 = 1 3 y e 81 3 se obtien qe: k = .5 y n 1 77 D 3) la ecaci6n e eri esáar e cmaco n a- rane auas abajo ara ara �xa oac6 lire es =
x.74 = 8
a)
don 8.5 = °"747/.55. ara e cuadrante auas arrba de a i .1 : R . x 7 = 3. m y Rz o ; amén: = 7 = = . m y Yc = 38 x 7 = . m La i. 8. mesta e rfl stda ao Siuiendo las recomendacios d a i s coc co los s- = ye q e jor fcionamento s ienes valors: Raio de a coeta: r = 77 Cordenaas e erno:
X
78 ·'
= - 5
Coordenaas dl no en q asieta a coea e ciacio: X = 1 8 1 ' y = 39 A arir el no q asenta la a
572
fl del cmacio pede tambén segr ec (87) la ec (8.4 a) resla que .525 x 1.747 tan 8 = O
70•
(1.818 )
o
• �
De
= .33583
sendo cos 8 = .9885. La arga �ma e operac6 e la compesas es H 4. - 38.5 .39 = 589 m y la eca6 paab6lca respeo del ssea (x, Y1) es =
O. 338
x1
(b
Las coordenadas respeco del ssea ordenado e ode co la cresa s: x = x .818; y = Y1 .39 Es �cl oproa e el per parab6o da eca del perl esdar y por ao debe elegr se el perfil compeso a abla 86 resea las coorenadas de diho perl lzado n o sse a de ejes e es e e oicide co a cresa. Tala 8.6
Coordenadas dl perfl opeso del aco e e] ejeplo 8.3
X )
o
00
00
. 818
00
30
40
5 . 936
y (y )
o
003
03
049
0349
411
OB1
l. 306
. 896
2 . 34
Siedo la pediee del anal agas abjo S0 =Q22, e valor de a e la Fg 8.13a orrespodra a a = 1/.22 = .5 > .9 por lo e la pendee de lalla o pede ilarse como nac6n de la angee al peril, sieno preferbe e el del ca cío sea rimero agee a arco rlar c6nao y se esps a la plaila del cana gas bajo Conserando e el PT corresponde a na clna6 de 36° (a = 1.376) de a e (b)
d
.3358
+
.958
= a 36°
las coordeadas dl p de angenca so X= .17
m,
i0 49 7
x = 59 m. y: -!!
lv. co d plas 0 Eje cresta 1 / NA E
1 1
1
4 5
144
Pn p 'x /
• 7.80m
3 .
2
1
/
�
<'
,
�/'
( "
w
E � 8"
88; m
7
5.9 y:253m
s:
'
Fig. 842-
Perfil de la estructur de control en e ejepo 83
574
x=l5.9283
rn.
0 /y=-1.29m.
9 . 9 9
x•1'
x=l 2.275
y�)
y=5.383 7
/ 1
1 1
1
6
Fig 2- Perfil de la estructura de control e el ejempo 8.3.
!)75
2185 m; o bien x = 5936 m, y = 2.34 m La Fg. 81 muestra el diso geométrico de perf cm-
Y1
=
peto el caco.
El erfl
agua sbre e cima-
co n s osble deenr e de que se trat d l coeso i embarg, debido a que es
páctcent gal al etndar ara a carga Hd = 7m,
el tirante nrml a la pania para ese 6ltio es = 3.0 m y sguiendo ls ecomndaciones expresadas l cítulo 65, el radio mnmo debe 17 m. er R = 5 x 3 =
83.5 Vetedores e bnico ) Asectos gnrales. Este ti de vertedr se em- l cando e necesro roporcnar una ngitu e cesta conrble con crgas pquefas, eso es un gasto or unidad de longitd de pequefo. Su
geometría requere de n espacio amplio y se aapa a l topografía en que exsta un o ua boqi erta. Esto ermite na longid de cresa vere r grand con un canal de de menr ancho ue ayd coomzr grndes e excavaci6 comrcn de os logads vetedres de cres t recta tnscn y nal escarg
a gemerí l vertdor roporcona una reducci6 c serab n las mensoes horizontales de a esru�
ta y construla en n spacio más peueo que e n� csro s tvr cres recta y con el mnmo de pr blems ond crzadas or efecto de la contracci6n en el cnl. D est maa es factibe que e escu- rrmeno contne a gran vlocdad en un cana de di mensones ore y grn ndete. L Fg 843 (ref. 75) esena n veedo de ese po; en ea s observ qu su form s a un abanco y est og s nomr. L estructura de control tá or un ci cio de trazo crvo cuya omet en pata está coce ba de mne que rj el scrrmient hacia e j dl verdo a fn de que la transici6 a caal d dscrg no tn Sin embarg, o antero mic ue e dseo geométrco en paa del cnal e accso s d gran amplitd a fn e. que
e scurrimento llegu ciaci en direcci6n norma a la cest. A fn de mpdr ondas cruzadas srio qu l cimacio descge
la trasici6n es ne na patafra hr
576
zontal llamad cochó, conecndo co e perf de imio medite u urv crcr pr dsir e imt de crriee. Lo erior for e cbio a égimen sucríico medie reso qe se exe de re odo e cochó. Despés de u seccó de otr dode cmi evmene de pediee y de r me e g sige or ·scó dode se v ce� nd desde veocidd ric pr desps co-: nar e ca de secci cose y pedee s ertic e ormmet miee s eomer st estructur trmina -
Eten muchs ejemp e Mco de veredores de b ico tamin e otros ses se cosrdo co ito vece con g vrites e s eoer
·
Cua n veredor de ico se divide e dos sie o e ee de et e obtiee d veredres co cd cn e ore de meio bico, co cpcidd c d de mtd de cd ste io de veredor e a emedo e ocs osioes, i be s fcio met e satictoo y en eer res ás eco= e o vetedore de c ter cdo s nce tofics o ermie Pr su diseo e guen reg de s veredores de bico i izd mim cr sobre crest pero e dobe de gasto o evcur. ) eo gemétrico Ese obedece res eprics tends de modeo y de eerenci en s oper ión o ccos e reizn j6 hipóess de ecrimieno nmeio ue e verddero tiimesi, siedo ecesrio conocer cra y e gto e iseo L id de cres L se cc de ec (81 y r se obeido de ode iduico e e coicente de desc v de 19 23, seg ofdidd de de c eo e gado de meno (ref 75). Además se a ecntrd coveete ue e sto tr Q/1 o ea or de 40 m3/sm Fg 844 mst moog ilzd pr a eeta en t e eó de vetedor de gna reo entre o eeento eomt tenda de etcs cotrd (ref 75)� eace e e reree ricmete e ig En cue cs se deben umpir 8. (e 6
5i7
C -l
sag.
C n de salid.
de contr.
Cona!
A. re 1 de l
o
de eso t �rco l abnic.
b ani e o.
Colchón.
Fig 843- El mntos q u cnstuy n un vdo aanc (Rf 7 5) .
•
78
as condicoe: 1<
a j2S 2. 5
(8.)
2.5 < RdRt< 5.0
(b)
1 . 2 5 d/e <
(8.1c)
1 . 75
Para encont dmensoes plmnas d l go ant puden s a F .44 y .5, don tlza a ac6n 1 /H y otn lo voe R L2 , L3 , L ' L s h ex y S Sndo ongtud de ca: para a y S en do d qu pued j - d R2, qu 0.5
cO R 1
so
8.1)
La cac6 y nco d l ecc6 d cool dtndo po lo vo d 2 y 3 sn cn tdes n ola 1:1 A mo, q da detmad a fom la d l c6 ontono , y e (g. 8.44) dáol ca ccular cot. l cho ll sado en lcal de d d clc� d de modice l de6n L' oco = a la o d a nc6. Deo dáulco. El vlo d h ob l F 45 dbe vc edn o các h- dco que conc6 e dc. Alo cac6n d Benoli e l v y cc6 l p de cco, a go n Q ob ne qe e)
+
a cu ed dmn y Co l dl sal hidlco cle cg b n cougo yo •
579
- 1
donde Fr1 es el úmero de roude al pie el cimacio. E vel de agua después del salto o debe sobepasa del ivel de la cresa más dl 0 porcieo de a ca ga, eso es que Y 2 - h < Eso implca acepta u el eredor
(8.13)
O. 2 H 20
prceo de ahoaieo e
de cotol Para deerma el acho de a se debe satsface smulá:amete a ecuació de Be oul y la co � dcó de réme crico e a seccó� de corol como sigue 2
2
y 2 2 2 0
g
Ye
0
2g At
Ac 3 Be fAC V lJ O D ING
dode Ae
B
=
( (1 2
1 2 +
k
2k
co7Z31
Yc)Yc
área de la seccó de coro e
c
libe acho de a a secc de crol e m
m
o
gaso oal, e m 3 /s
Ye
trate en la seccón de contro, e m
en
veocdad en la sección e control en m/s
Debe verfcarse que no exs ora seccón de conol ntermedia para la geometra y pendiete supuesas y anteioes para ello se deben aplcar la enre dferenes secciones de la ancón.
8
La pendiente de la patia en el tramo de transición debe sr sufcientemente grande para garantizar qu no se ahoue e cimaco y por mens igua a 0.05. Des pu&s d la transición, a pedient del canal de des-= carga puede dsmnuir s est va e acuerdo cn las ondciones topográcas.
Ejemp 8.4. Un vertedor n abanico deb descargar un 5000 3/s con una crga sobe a cresta de gasto 6.00 . etemnar las dmesones el veredor. Soución. Cnsderando que l carga se eige como a de diseño Hd funidad e cana de acceso P 2m de escarga C 2, de a c (81)
de erte- 6.00 m un pro- un oeficnte tiene que:
=
000 2 6 El gasto ntario es: q siendo abn que / 8.4 se otene a
(
=
Rl
1
14
=
Ls
h
=
77° 22° 0.4 0.48 0.7 o. 4 0.2 1.12
170 m
29.4118 m/s/m 00/170 17/ 28.. De la Fg.
X
1 0 1 0 1 0 0 10
=
=
40.80 81. 0 m
2.0 9.0 9. o 6.2
:
39
m
De a ec. 8.12) resulta 90
.
170 22 o
0.5
77° 8 22°
=
4997 " 1 50
m
A partir de la gemetra en pata del ertedr g.
8.44a) se deduce que
DTo S C4o o
GN E R S
4o
,
k r tMre�• tl _ H 00
a
0
YGM
[ R 8 ¡ ci !� A mdh
6
•
5.
Nv OfI M te
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-
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1
76° 0°
1 763
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{
4° ° 3" ° 30'
n ls
.8 4 64 1! 3 .3ú .23 6 38 .34 .54
Fi 44 - eería e n erer e aani (ef )
.
étc
h/
00
, 3
0 0
•
583
80 t. S
70
i: wl_J .,_ 1 N¡,
4°
l:
0 3 2
a
1
!
o
Fig
4. -
Reacones entre eemento de abanico {Rf. 76)
de un vertdo
Ei84
L
s
+
e
=
R sen (�
S
- ( R 2- R
¡)
sen
%
Sustiuyedo valores rsula q L5
e
1 2 5. 495 m > 2 m
Tabién de la gometría e L
+
L� = d
se otne·
�)
R(1- cos
y de uí se oen q
(+S
=13�'.6m
d 8007 m> 4 .
Co excecó de la racón /e qe s poco maor de 1 75, as resaes reacones las dsgual aes 811) a fra d os arcos del e ryecsa udndo r ica
se dja al crro o lÍE
De a ecuacón de Beroul, sunendo sua ue .7 y r ao:
6 y
y 0
m,
h = 67 mr�
2 (94118 g y2
V = 14.886 m/s,
Fr 3.467, 2 = 8609 m y
y2- h 1.64 m > 0
H
o e mca u ahogamno mayor que el permse. Por o es necesaro que h > m. Desés de hacer aeos vaor d h s 7.35 m. n eeco, se obee 98 m yl V¡ 494 s
401 Fr y2 = 8533 m y2 - h = 118 < 10 m
585
= 3.466 m/s, Por tanto, siendo V2 = l negí espcífica es E 2 m. Así mismo, cnsderndo la sección de ontrol y talud 05: 1, la enrí specífica mínima pr n ancho L 2 = 81.60 m s ccula ensgida. Con l ámtro
o
2 3 /
=
5000
X
( 0.5)
( 8 . 6)
/2
- 0.0938
9
Y l Fi. 39: c / 003; Yc 7.016 m, Ac 597.2595 m; Ve 8376 m/s y Emn 105 139 m. Por tant dee evisars la lonitd y bcació de l sección d ontrol. Considerndo qe Emín = 9.19 m, se calcla enseuid de cotol y onitud L2 qe de tn la p llo s necsario ce Sonedo L = 103 m, se ten el siente
>
k
Emín
=
0.5
9.39 = 04 103 X
la i. 39 Yc/ 0.03 Yc = 68 m, Ac = 65362 m Ve = 76262 m/s y Ec = 93 m � 9139 lo qu verfica l L2 = 03m.
y
Lo nterior indic qu e no d l seción d control deb ser or lo mnos d 103m y a partir d ell hacer cambio d pendinte a fin de qe, en nngún caso, se vel a prodir trate crítico agas bajo. Pede observarse q la mgnitud de L2 s ncuentra
comprendida nt L
5
+
2
e
L d 5
qe s solo
custón de ubicción y no d camio en l forma de la
transición, udiendo mantene los únicamnt modificr L 3 y L4, unque L
do de 136 m. El perfil dl cimacio se disa indicdos en 8.22.5 L . 846 present ls ertdor dsdo.
+
de d y e y L siga sien-
•
los lineamientos generes del
-
Eje c C�s
5=0
a):· Pla -
- ·
l1 a voa
"�, ' 1 1
0
Sción de ntr
"
1 1
533
1
1
0 • ·-
-
-
/ '. -
9 /IJ
6
-
1 '/I¡ / � iO 7 ¡N. 1'I/ J F W,V;rA _,1
b-Eievcón Fig.
846- Dimensiones geerales de
pl o 8 . 4 .
de abc e e
587
3.6
Vertedoes de canal late a) Aspectos geneales. E estos vertedores l estructra de cot la forma u cimacio, de cesta ect o curva, que descaga haci un pael a dich
cest, e ca clecta o volúmees vetios y os duce en irecció peedicular a la que lega. El gu contiúa después a u c de cnducció o u túne, que su vez l leva al río guas bjo.
L Fig 4 muesta e aecto tíic de ests vete E el caso genea a cesa veteo es ec doe t, e casioes cuva o compuest y e veto puede o po os dos ocui p u sol ado de dos, peo en tdo cso dcho se mtiene pa eo a cesta y foma pate e a estuctua de co tol. El caa capt a totaidd del vlumen vetid dsipa gan pate de a eegí gaada en a cía y cambia la diecció med dl El vertedo de cna ter h
my utilizdo en
México e obas grandes y pqueñs. Se cosiea u buena slució e bqillas co lder e pc inc ació cdo el coducto de escrg iene que se u caa muy angosto o un úel, tod vez que s geoetía pemite que un ces de grn desrro pueda alojse en dieccin de o si ocu pa un gan espac.
E escumieto e e can coecto es un ejempo Después que se típico de fuo espacialmene poduce e vetio sobe e cimcio el fluo cambia buscet de a diecció cesta veedo, a l que tiene e c y udo poduce movi e vetido es desde un soo ldo, e deccin miento eicoidl de gn de ee de dicho ca, que se popga a o lgo del mifetación coducto de decag que es n de tdimesionidd del fjo. o nteio po pici ue la oba de excedecs pid eficienci to d vez e l eeg gnd en sobe l e= plda de cimacio no se povecha poduci movi- mient en la diecci del o en el cnl coeco. Además ebido a s tubulencis y vibcioes ue se de u ci pducen, euct e conto metci fime pefeentemnte en oc. b) Diseñ.
E iseño e cco ge los lnemen-
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589
tos generales indicados e e subcaptulo 8.2. L lo iud de a cesta vertedoa se der m a c (8.1) utiliza d os valors de Q y H ob estdios del vaso de macnamie y cosi q la descarga del ci macio es bre.
Si el vrtido s
por un soo lado de ca cco, l log cesta concide con a ch cal y s co e el asto untaro d vertido q Q/L gs c vlor constate y unifome. =
E erfil del cimaci nrmalmet e emia cose rndo a caga de ieo como la cg máxi e el no d angeci co l l l p la scci6n ransvesa del caal q al b sr peeo cuado más e 0.5:1 seecci6 del acho plal y l p gitudinal el canal olcr es icil pcp ue deben satisfacer conicone opoác ben funcionami idráulico, so mplc sociones donde adem o mpota popoc el ín coto de la ora Lo aeio log - cendo n esudio econ6mco f l sean fcbles �cnicam y p�s li de mnimo cost La exici l pyct mu impora para dismir el tbjo q l ror significa La
a rctica ha demostad qe se b - cinamiento hiduico e el caa colc ca l fo esacialmete variad a � bcco co nmero de Frude tedi a c l io de escimiento lo u implca la cs ueden ubicadas en la za A l 7.2. L resutads del eemplo 73 iicn qu p le garantzando a secc cc l a l caa colector aú cuao la pi loil sea pronunciada Paa r una cc cc cesario estrglr la sci e ca, l q p acrse dismiue el ach plal l- vno mima mdi u ecl ace bos casos e debe prsnta l tia nt cti i nma
tamnte aga o de a scc6 que l camio geom�ico l ecal es l oluc á c- mn siendo su atura ee 03 20 U
peqefa e escoge cuando la relaci6n (H/L) d car o
re el cimaci loit de cresa peq y or grade cuado curr lo cra
]
590
E tirante Y 1 en a secció fal de canal colecto corresponde a nica para e extremo auas bajo de coecor y ede etermiase a partir e la ecaci de enería entre icha seccin y a ctica (Fig. 8.48) Para orar qe as codicioes hidráulcas e e co- ector een detro de a zona A de la F. 7.2, se necesia eegir a la enete lotud e cana de manera ue se satisfaa a concn de exca a para ica ira. Eso es e S �
< 2 (
+
2 F2 1
8.4)
onde So es a enee e colector, 1 su otud, Y e re e a seccn f del caa coecor y Fr1 e número e Fde e dcha secc A arr e tre Y ulzdo s ecs.
78)-o
7.6b), se uede determar el erfl e jo en too e coector dvdédolo en ramos e lonud 6 iitados por as seccioes 2, Fi. 88 determne ast 01 roce 02 tx imento de co es e mismo que se descbe e l secci .2. qe se alca e el ejemplo 73
79)-
=
•
Conocdo e er de fujo e todo el coector, l elevacn de a antla en s secc inica us arra se ege y con elo todo e perfl del ms mo de anera e e nive del aa no smerja l des cara del ciaci en una cantad maor de 2/3 de a cara áxia e inún nto de a resa, a fn e que a descara sea ire, como se cosder c ente Co e fn de cosiderr a tridmensonadad del lu jo, Vre (Re. 77) estaec una codc ue permte mejorar e funconameto acotr a amltud e tervao e vaores de acho de atla. Pr econtrar esa onicn, se estaece la ecacn de lso anad de movmento e e sentdo trs versl a cana cocto ete y 2 de F. .8c, ara n ancho uario e crest veedo rest qe: ( Y � )/2
V/g.
c 1 + = 6z + 2
Ccó SoL
�
<
YL
- j
(
1
+
2 F
he = 3 o . 4 V e2 0 2g
r1 �
,
T
Nivel aguas máxma xtrodnr
Hmi rl
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l vertdor
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L l
X
l
l
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,
_ -
o(V ¡ + V z)
[( V 2
_
(V ¡+ V z) (02 - 0 1 V + 0 1 + 02
= Y + S o ! x 1 = ; O =
b
-
/X
Px
=
q
e)
( +
Smbolgía
y
z
gYx
ú j Fig.
<
0.
Movimint n Ja dircción sa d coo.
ecuns d vto n un n cctr
59
Siendo qu la vocd s V O 5 z qu Y x s l promdio los tirnts, d l cu ) + y2 cón ntror s obtn qu =
y l
=
=
q
z
/ g.
P 6ltio, ndno qu l nint trnsvrsl la surf lbr gu s x (Y2 - Y1 ) / B, x la cuón ator, un scció l coltr, ult =
q
p
=
g Yx
g x
8.5
rli h ncontro x rmntlmt u x d sr mnor d 008 n tos s sccions coctor ra tnr un uncinm cudo. Cund no anza cho vor, s m�s connint mir o d lanti r lnzrlo. Fnalmnt conn inicr qu un mnr consd rr l rd d rg u nduc trnsmsn l moiminto hici gr urunci n cnuto scrg csis n crmntr l tr riccin qu n conicins rmls s ur icho cnducto E R 76 s rcomin qu c ncrmnt s 3 rc Ej emp 85. El vrtr caa aral e a Fig. F 47 n su cresta a a lv. 65.50 m, NAME a a E .
6692,
ac cso a a lv
gast o m�ximo de 254 t e crst 75
63.50 y db eacuar n
3/s. Drr s on- corr c y is ar e pe rfi m s
b) D rmiar pri e la su p rfici d cimaci . d a gua ca a cc o r rvsi c n crt,
615 a ch latia y 0055 e pedi nte l o-
S roon qu nco d plntil n l gtdih. ca al e esca rga sea de 600 m, co n taudes 05:1. La sccó d otrl s ubc ci del ca l cnd uc tor a Es O + 09000 m y a la el ev. 58.05 en s u
t L ca r g � xim a es H m� x Sd erar c trac cio s,
=
1.42
r· r
e
=
m
y
si n con
el coefi cie nt e de d scar ga e
4 7 X 42 3
=
2.oo
593
2. y L profundid dl cn ccso s P ptndo qu rg de diso d mo cn l áxi d = 1.4 m, s tin P/Hd 1 41 y d l Fig. 8. C = . 6, por o q vor e= 2. 00 nor y prc rzon =
17 m, 3.867 ms/, hd r q = 5475 3, d Fig 813 s bti h = OQ1 y ha/d n K = 0.58, h 854 y cución d pr cicio s
=
y= .37654 X1
• 8
54
Tén d ig 8.4: R/d = 5, R/d=.4, d = 5, Y d . y pr tnto R = .7 R = .34 C = .37 Y = 58
m m .
,
u tlud o 5:1 n son t d c. (84b) 4
- (0.508
X
0.5
X
1854)
54 - 0 .s
343 J
Yt = 3.7 m L coordnd d pr l cm s mst 8.7 T 87. x y(m)
-
Coornds d p d m jmpo 8.5
0.37
o
0.
.0
.
2.0
2
.3
0.8
o
o0
0
0.99
6
.9
2
Solcón . Gonidrndo q són lctor s nutr n Est O + 0000 m inslr un sn pr z m bct n octo y trn cto sb s P
594
ra el gasto tota de 254 m3/s, el tirante críico en e2 cnal de descrga e Y c 4.94 m; Ve 6.112 m/s Vc/2g .04 m; Emn = 6.88 m. Co e mismo taud en e canal coector, ancho de pania de 6.15 m y r e escaón e 0.2 m, la eevación de su panta sería a 51780 m y el ian te a fnal del mimo resuta de la ecación e ener-
gía 2
V 2
YL + 2 O.2 6818+O.3
2
Ve - VL 2g
cya solción es: YL = 6.489 m, siendo AL 6.969m; B� 12.639 m; VL 4.666 �,; V /2g .848 m. El nmero de Froude e la secc1on f1nal del cector es rL = 4.666 / X 6.969/12.639 .67 Pr tanto:
32 ( 1 2 FrL ) 2
·.88 y también
S/YL .x/6.489 637, or lo que se sa- tsace a condcón de Li. L tabla 8 presenta e cácuo de er dl flujo e e cana coector donde se satsacen as cacio ns coresondentes a a Fig. 8.48b, consderando qe m, n .1 y artendo e YL 6.489 m y a evacin e antila a .8 m. Se observa e a eevac máxima del aa sore el ee de co ctor es en a seccin de ncio y a la eleacin 6.3136. sto es: 7.8.x7+4.3886 6.336 m
L anterior imca que e ahogamieno de vrtedor e 63136 6. o .73 .42
<
� 3
De dentro de los Ímites de ahogamento permsibe. heco, toa a anila del cana coecor podría s
breevarse na atidad gual a:
Tabl 8.
Prfil de fujo y pndit trasvesal gua el ca leor sierao Ax 500 m, 01 k = 0
Estaó
jml 8.5,
Eev a
Y'
2 14
7 0
0
.57 48
1
29
75 7
088
V
o
l
+S
6. 73
F r
X
657
2
P x
89
2
41
+
42
2
3 938
.2
6 0 3
3
5
6.5 7
6 .5 7
1 2
64 5
6.4
5079
0
1 27
7
6 3517
. 5
5.27
.0
22
2
. 2
5
.
08
.
3
01333
3
0
22
2 0 2
9
0
6 1 79
2
2 6
.
.
.
.
.0 28 1
5
0 7
6
2
+
5
52
2
135
055
5.8 3
6
2 .
3
8
3
. 025
.14
5 98
5
02
5
o
00
7 5
8
5. 572
25
3
71
49
7
1 6
2
.2
9
5 55
7 3
.105
5 5
.2
.2 3
6 .0 7 5
.
1
5 3
5.3
.185 9
.70
.03
05
00
58
025
020
7
3 7 1
01
4 6
.
6
7
2
4
1
5
2
4 3 0
0
.7
7
072
6 2 97
018
4.36
46
.
02 4
0
0235
02
02 5 9
0 ( 0
96
2
5 5 0 + 3 x 1 4- 1
=
O. 1
m
sin rebasar el grado de ahogmet pemsb ciaio En aba 8 8 abién s bseva que ú Frude a o argo de cot ce d t o qe idca con ada a presea s rriieno sbcrtio, cprddo det de� z A de a Fig 7.2 La Úta cou de a taba 8 8 muest os v de a pendiene transversa de a suefi aga e e caa coector mismos que se mate eiores a 0 08 e todas as sccos tss En cocsópede serase u fucot iráico de veredor diseao e a m es da Co objeo de economar espaco g m curieno en e caa de y smu exa ces es comú Méxc dor e verteo pae ica en drecó perpedua f o o idc a Fg 8 49 sempe cose gid oa e la crest so impc qu = mea pare e vereo e fuo espacimet eiea co gasto ca s mbago s s dea necesario reaiar mofcacoes a os ácu 837
Veedores e e a) Aspeos genees Tee vtas u izacin de u vredor c proucr xc nes y gras seimene e cso de ous trechas cots aas E cauda ota se pt en uo o ás tes que excavaos e mot s carga ibreet a o a a evació qe vit u aogaieno por easos osoados e e cuc Pa ra el ebe abén oarse e cueta codc geogicas y topgácas que brde ua be c en a oa e ora e sda de úe y qe ipian erosioes mportates e sito d e corro ambié e convenente osdera u s nees empeados e a br d dso puede ut iarse poserorete como oucts de sag E caso de q e gasto e is eo fu ese e basado, o ú n es se ena r y la eie ca d e ojuto vr
rut 5. 5 , L• m
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s
598
tedor-t6nel disminuia noablement. Eso epesta menor peligo en os veedoes en cana y o eo una sventaja de los vertedores en t6ne Cuando a ada es gand, se desarroan velodads de aua exesivas que pueden daña seimene os e estenos del 6 Su repaaión onsgo anobras ás ompladas y ososas qe en os erte dores en ana Por taLo es reomendabe uizar vetdo e t6- ne sóo uando se agoen as posblades de emple de otros tpos n Méxo se han onstrudo aguos vertdoes e ú ne omo es el aso de proyetos hdroeétros o o e Infenlo hoasén osderados de los s grandes en e as (Fg 850) De esta experena ha esutado onvenene utzar un gasto mmo o t6ne de 00 m3/s dmetro nteror hasta de 1m n aso e veoades atas onvene utlza ms de un t6ne paa e manejo fexbe os audaes y efetuar reparaones en uno mintas operan os otros Tamén e empleo de tres omputas por tne omo mnmo se onsdera aeuado ya que en aso de reparaones en una e elas se puede popr u luo smétrio en e onduto on as opuertas es tantes b) Dseño geométrico. Las recoendaciones para el dseño geométrico de la transció y del túnel conse- ran e uso de transicones graduales
y
toman en cunta
aspectos constructivos y de operacón. Algunas de carácter general han sido presentados e la Ref. 78 y ateniendo a la Fig. 851, se presenta a continuacó un resumen de as msmas 1
a ata d a estrutura e ontro es de foma pogona oo o inda a Fg 8a on oje to e aortar a transión ángulo n deped� de desnve dsponbe entre a esta veredra a ae a nio del t6ne tambén de a ve oad que se esarroe a o argo de a aa Diho nguo dquere un vaor oprenddo ente
599
Eu trnsicón vío 4 TLl g 5� Cubeta lo d sqí 2.- tJnl e 3 Tt1n
o
�
10
mer
Fig 80 Vertedor en túnel presa E Infierno, Gro. Mch (Re 78)
b : A
a) P
\
d ) . e.- C 8- g. 81 omera e a rnsici6n de un veredor en ne f 8
600
2.
El ánguo B de inclnación de túne de transi:ión con a hoizonta (Fg. 8.51b) dee ser como máxi o de 2°. Anguls mayores son desfvorables pra ls aniobrs de extracción del materal producto de a excavacón y para ejecutar ls colads
3
l radio R de la curva vertca que lig la trans ción con el túnel (Fg 85b) debe estar compen= dido entre
done:
25 Y
R
<
30Y
y: tirante en l seccón de entrad del t-
nel, en 4.
m.
l rdio ' de las cuas horzontales de en tre transcón y túnel (Fig. 8.51) en gener resuta grande s dichas curvs termnan en l ism
estaci que a cua vertical descit ntes; sin embrgo en ningún caso ebe ser menor de 0 y, siendo por ello en ocsiones necesro core . S
Sobre cest etedora a seción es rectanu lr ás deante bovedada paando gadulen te en toda l trnsicin hta l seción ru- a de tne. Para ello es necesio e l transicón en seccines trnsersles al eje el túnel tenga un remate de un arc cicuar la plantila incinada y l pre erticl, cmo se ve en la Fig.1d. En ela se ndic tamién a forma en que v l sanca a en pat de cda sec�ión, es la seción ou gor r0d tunel, segú la de ls p1las hasta l entrd curva i-i de l Fig. 8.1.
6.
El espesor e as ps lo determinn ondcines
de estabilidad estructura de mnera que, un vez defnido se dimensiona el vert�dor. Ls Fgs 8.1 y 8.51c permiten complementar l geoetí
El tajmar de las pilas puede se- de s plas. Por lo que esgui as formas de Fg. 810
pect la cola, es recoendable qe desde pntia hasta por arrba de la superfcie mx-
e gua, se prolongue o necesario pr redu
cr el choue de los fietes de agu trá e ela. E ángulo y se recomienda de 10° e)
Diseño hidráulico.
En el caso de la obra de
601
co:trl, e diseñ sigue ls lineamints indicas en a sección 8.3.5 para ls vredrs n canal, xcept que la cresta ahra es pignal. El pfil dl agua sbre la rama de transiión se drmin pr a apla ción rirada de la uación d enrgía n varias cins, ds la cra vrtdra hasa la nraa l túnl, m se expn n el sucapu .4 diseñ d cnducts d descarga. A in d enr una bna vnilaión y garantizar td mment prsión amsférica sr a suprfii libre, la reación d ahgamin n nl n ni gna scción debe ser mayr dl 0 pr cint. 3. Vertedres de emud a) Aspects enerals. La estruura de nr n- siste de un cimaci clecr de pana rva ciruar que cncta a una lumrera verica innada y me iante una ds curvas verticals al ún de dscaga. La Fi 52 ustra el arrgl gméric de s el ents que cnstityn al vertdr. La lurra db ser prferenment nclinada a fn d prpiciar la paración del scurrimien sd la cla sprir·dl únel y pritir qu éste raaj parciamen n Cuand xistn tras razns más imprans, la lumr ra pue sr vrical y camia d dirción hacia túne de dscarga median una sa rva. Las dimnsines qu s asgnn a s disins m ts de n vertdr d mud pn caiar as cndi cines de peración l mism; n gnera s pprci nan a fin crran n rn n q lic enseguida. Cn caras pquñas l vrdr pa n lj lir, per si s srpasa l as d dis, pa smrg d. Para lu lirel fncinamint s iga a � un veredr d crta rca sigind a y la c. (1 ). Esta cndición d pran pna la Fi. .53a y crrespnd al me fncinain a vez qu cn pc incremen d la carga aena nsi lemente l gast, cm l inca a par a a curva en la Fig. .53d. Al aumntar la carga, l vrdor rabaja paian sumerido y e gaso qe scara qda conrlad po
602
la dimensión de la garganta en el conuco de rans- ción (Fig. 853b), cambiando la ley de gasos a la prsnaa por la pare b- de la curva en la Fig. 8.53d Cuando se ahoga compleamee la estructura colectoa y se llena oalmn a conución, el funcionamito del vereor es e e una tubería a prsión omo ij ca la Fi 853c Ello vuelv a modificar la ley d descarga limindo aún más la capacida e evauai según inia la rva -d de la Fig. 853. En caso de aumenar el rai R de la cesta dl vr or, la curva a-b se eve de manera qe el punto b desciene respeco de la posición indicada en la i 8.53d en caso contrario asciene Para un radio ma or gastos más levaos se pueen escargar co ar= gas menores el conduco de transición se lena y s rodce el control e orificio para una arg menor so br la resa De la mima anera si camba el dm ro de la gargana el condco e ransici tambié se uev la urva b- e acero on la cara arriba de la ue prevalce el control e orificio. Si el di mero del conucto e ransció se elig de maner la rva b- pas por e o qee a su erecha, l con rol pasa rectamene e la cresta del vredor al ex remo aguas abao e conuco e descara sin existi onrol en la gargan del tbo d transicin. El veredor e embudo presna vetaas en bouills estrcas laeras empinadas ue no admie un vrte dor a ielo abro y done casi siempre se ispon d un únel de esvo ue puede ser uilizao como úel de escara. Por ora parte las condiciones de ora ci anes expesas indican más conveniene su l= zaión en auellos sitios en qe se dispone de suf cien información idrológia para predecir con sgu rdad el gaso de diso; n caso que ése sea ba sado el veredor cambia su eficiencia y aparece lgro e esbordaieno por encima de la orina En lo posible, la esrucura olectora debe localiar s de manera de proiciar n fluo con acceso radil y libre de obsácus En caso contrario se recomieda tilizar plas giaoras en irecin radial colocdas encma el imacio, ya que para relaciones H/R > 1, se forman vrices en la enrada u ntroucen ai l ierior y reucen la eficincia e la scarga
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Condicones de operaci6n de u vtdo mbuo cooaino la cuva aa-Gst (Rf. 79.
y
605
b) Est Estru ruct ctr ra coec ect tora con perf erfi il esá áda dar. r.
prr-
está stá ar e em em uo si sig ge la form orma a de la lm lm n que viert ierte e ire reme met te sobr obre e la cre cresta sta e n er ere edr e pa pare re d dg gaa cir circu cua ar (Fig Fig.. 8. 8.54). 54). Su c cp pa add dd e esc escarg arga a para cu cu lqu lquier ier o odic dic ón e oper pera aó ó, es tá dada dada por la ec. o
=
(8. 8.1 1) que en es este te cas caso o es
( 2 r R
r / '
6
done 3
descarga, en m /s coeficiete e desaga R radio a paramento aguas arra el emd, e m H carga e operación medida hasta el no ms alto e perfi nferior e a láma eriete resta) en m O e
Cuano a carga e operaió el verted cde on a carga e iseo H d de perf de em y o exs ten presiones sbatmos�ias en la sefe e tacto con ámia ertca, e oeee ade re e alor C0 a Fg 8.55 presea aaó se gn la manitd e /R qe reste y la ddd e canal de aceso P/R E as de e > 0.2, a figura mestra e C o es mlar al e eedr e cresta recta recta (Fg (Fg 8.2) hata el a de manten �dose desa lre y o H/R < 0.5 manten como vrtedor. E coef oefc cent ente e dismye otalemee r d > 0.45 ebido a os efectos de smergea y l eó e resuta en l punto de ió del lj a y e e corro sóido Tam�n, paa ess e se inicia smergenca pra y el jo ota racte rística de vertedor aogad a e se aox ma a 1.0 vaor para el qe la spere de aa e e emalse l smerge comleamete Cuando Hd/R � .0 el fjo tene a ley e earga como de orifÍco o tera a presó es oa una reduió mpotae del oeee d dearga. Por el cotaro de lo e atece e los eredre e cresta rea, e os e resa a a el oei ciente e decarga amenta a dsmn la - a del cana de aces
606
Cuando a r el Cuando elació ació n Hd/R < 0.2, es pe pefe fe ribe utii tiiza za un em budo con pla plataf taf oma de acceso acceso de ge me metría tría i itin tin ta, com o s e e xp xpica ica adel delant ant e.
E coeficiente de descara para cargas distintas e a de diseño se puede btene de a Fig 856 y esto emite cacua a curva de astos a-b de a Fi 853d La Fi 86 fue obtenida pa a eación d/R 03, peo puede tiizarse e manea apoxia apoxia exced e d paa ots es H dR sempe que n exced 04, ya que a pesenci pesenci de pesines subatmoséic subatmoséics s o efectos de sumegen sumegencia cia pueden atea as cndci cndci nes de fjo de manea distnta paa os difeentes perfies =
n base a coodenad coodenads s se ene a frma de supei e nferr de a ámn vetiente sbe e veted pa dferent dferentes es condicines de PR y sR cm se muesta en as tbas 89 810 y 81 Estos daos se basan e esutads expeimentaes de US Bueu f Rec f Rec ama amat tn dnde se ebe bsea que ho H s c rresponde a a carga sbe e vete de paed e d com ndica a F 84 a eación que h entre s y d se pres presenta enta e a Fig . 857, pa paa a ac aci i ta el cabio de una carga a a t en e dse e per os pres neior y supe de a ámina vetien te paa vlores típcos de HsR apaecen dibuas en a g 858 con fines compat compatvos vos en témins e /s y s y para a condición de P /R � 2 ( Ref 7 9) . a Fig 859 muestra soo e pei nei cspn diente a dierentes voes de s un so vo e R n cas de un ertedr de cesta ecta a áin etente tene mayo acance cuano sóo en a pte ata de pef y asta e de s/R 05, a pat del cua epieza a cama graduam graduamente ente esta situació co mo o ndca e pef s/R 10 Abajo de a na ata os perfies s cuzan y a taz para cs a as cae dentro dentro de a qe coespnde a cargas bas bas Se deduce que si e ei s disea paa cagas one Hs/Rs excede de aprxiadamente 05 a .3, a p cn caras mene� de a de disñ se poduciá poducián n pe sones subatmséics sbe agun parte e pei Si se quiee evita a presón presón negatia negatia su fma se diseña aa que a ámina se ape sbe e embu co caras menores L ante indica ue conviene sc =
=
607
Cresa
y
Fig 4 V Vo o p l l y mbo mbo
2.0
Co
p
15
()
Hd/Pt
0.5 02
Fig.
04
06
08
0
2
4
6
1
.
l 8.5- Coeficiente de escara 0 un verteor de embdo p l caa de dseño (R 79)
608
01
3
R
0.4
5
Fig. 5- Coeficiente d descarg pra cargs sobre la cres H de ern rn es a la crga de seño H (Rf. 21).
i 2 .o
No ta 1 L s s lne lnea as disc scn nua ua
:0.3
s
bn n xrpl
ción de l datos
� .
1.0 o
0.4
r
ul res ul cr r res s c Fig. 8 Fig 57- Relac et tedore 85 /R pa d/R par r ve con n d aci i6 d Hs Hs/ /Hd co e cr crsta sta deaa deaa R 2)
60
Ol la 5 s � · .89 l 5 l 7 3 l2 !j o(
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1
8
La ena aa un d p an entr Hs/R=O Y 020
Tabl 8. 9
=
Coordenadas de pefil feror de la lámina vetiete ara 2, veocidad de egada despreciabl y lmia ve:tila da ( Ref 7 9 ) P /R
610 H, J
0
J 0
o
or
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1
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H
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C
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0.
S
t
O
Tabla 8- Cs dl pefi infrior de a áma vrtin, para P/R = O. 3 O (Ref 7 9)
6
H,
/
0
1
H
1
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Tabl 8
19 2
0 .
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0
0
3
5
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l 9 8
.47
8 1
.17 4
.2 3
1 � . 43 9
47
1 1 .(4
�¡
Coordenas de erfi nferor de a áma vertete, para P /R = O .15 (Ref. 79)
61
Fig. 858- Perfles superor e neror d� la ámna vertiene sobe un eredor crculr (ent y con eocidad de eada dereciale) ra p/R > 2 Re 7 9).
6 X
02
03
4
6
o
0
-2 -0.4
5
y 8 9
�=0.5
�=.40
-. -
R
1 3 .
Fig. · Comparacón del pefl ne e l lá vetet sb u ertedo crclr fete (Rf 7)
r.o
! R
Fg Inceeto de ado ce fn e preoe negtv e l (ef
614
ger una relción H d/R 0.3 en e dseño de verte- dor de mbudo, o qe será posbe s est obigao e gasto máximo, pro o carga mxma =
En el aso de dseños on H d/R > 03, se desaroa prsioes sbatmosfércas y a Fg 8.6 prmte deer mna el radio R apoximao necesario para mmzr dichas priones de perfi ara e radio R' incree ado se bas etonces e una eacó ' s/R' de 03. namene, on a Fg 8.57 y a eai P/R' s e ermi a va cara ' d paa e dseño de embdo modiicado
-
b) suua oectora on paaoma e acceso Ca do as andes e O y d oba a n ao R my grande a gado qe d/R < 02, e ei de embo se dsaroa verticamete e a oitd my rae omo o idca a ig 861 Para acortar dcha ong d es covniente utiizar a patafrma de aceso que acrue ms e aua a eje de coo d tas ión, aes de em su aída bre Con eo se eden eoomizar gades osos e exavci ya e e embdo aanza el diámetro ecesari e dstacas más oas E ciio osise en foa n verdr de pared a ha, iane una paafoma cyo perf atega e tae cico d surio rada e odo e a cho B. A ercase e agua a ee de ondco de tascón, ocua seccones de ancho dcrciente se ace ncsario rove pendiente e a dirección de movmno ue omense e eeo de onvegena La e 8 sue tneno vadez, si bien e oe ien e isine hsa e vaor de (meor qe corsoint a vdor eo de esa acha e s 07) ando e rado de cuvatra de bra s mayo e 025 d, dode d es a carga mxi ma sob e uba d eada a a paaforma (Ref 80) De acudo o a i 8 ob e umbra en e nicio de patafom, a enería espeíica es iua a d he, do he es ua pérdda por etrada de mniu aroxmada 004 H d ebe presentarse aQUÍ tirte rí debieo cpie e
615
t R
r-
. '
lt 1
Fig. 1 Perfl de la estructura colectora en un embudo co plataorma de aceso, adecudo p ara Hd/Rs < 0 ( Re 80) J DL CDUTO ANSI -r/
1
1 oc
1 1
, Perfil dl agu
·
1 1
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H- h Pis 9 l" O, 6 7 3 20 • 48 5 30 : . ()
e ! � Cb
el piso de l pltom Zna
\
.
b1c exe fn e la lma.
'
"
' \
E Hh \
o
Fig 8 6 2. Perfies piso de a plataforma y de la supericie del ga en éminos adimesionaes pa a n vertedor de embdo con platafoma de acceso.
� 3.0Q
61
H - h e
=
3
Yc
3
2
2
o
R
2
De la misa manera, en cualque otra sección de a i r a nergía específica es E �- 3
3
y pr tanto, a viir ambas expresiones esut E H - h e
(
r
1
R
)
/
8 1 7
La ec. 8 permie eterminar cómo aumenta a ee a specca E al cnerer e escurrimento cn e eje ertical y cupar seccones de ancho dececte De esa manera a eleacn e piso sore a ra �aa cada sección e rai , se obtiene estand de l eeación e la enería (H-h e a la entraa maniu E btenia e la ec. 81 E per de la supercie e aua para caa seccin coespde a un irae c = 2/3 E. Se reoien que e etre ina e la pltafrma se bque e manera qu s niu sea B = (0.4 a 0.5) R. La Fi. 8.62 presenta los peres ndicados e rm nos aimesionales y a uiccn de zoa ee= able paa terminar con a platafoma de acceso. E esa ua se bsea que el pe de piso tne peniente aiabe en cada punto y que esuta d ci estabecer una penente onstante. Con el sstema de ejes corenado indcado en F. 8.61, el pel de embudo auas abao de sec ción ina e la plataorm podía apoxmase u zano a ec. 8, como si uese e cesta rect Una fmua emrica paa detemn e pei d e buo fue enia por Kurt en l dseo de eedo de la Pesa Dais Bde en los Estados ndo d No tearica (Re. 8 y paa e mso sstea de ees ooenaos es
617
x2 Y = 45 h
donde
015789
X
(8. Hl
h:trante en el etremo fina doptado para a ptfrm m en
S a pataforma termna en r/R = 0.68 a ec. (8.18 one on a ec. (8 Auqe e cd va or de r/ no se encentra entre os mes reoen= dabes de (05 a 0., tampoo se aja demasado de los misos La ec. 8.18 fe determinada experentamente pra n caso partiuar, or o que s empeo no es s- pre aconsejabe par n dseño defnito y en ese ca s, es preerible la c 8. Condct de tras_6n. E proedmento de dse o de condcto de transici6n qe a cntnac6n se descbe e ád gamente para emdos de perf estádar o con paaorma de acceso e)
l diámetr del chorro descargado desde n orf horzonta se pede determnar para cuaqier nve bajo a suerfcie de agua, a parr de a ecacn de enera Ha = g
+
hr
dnde Ha desnive entre sperice de aa y a secc6, en m hr pérdda de enera hasta a sec6n por frc- ci6n cntrac6n de a vena qda, camo e direcci6n, e en m V veocid e aga en a secci6n e corro en m/s Considerand qe a prdda "h r =
V =
2 O. 9 H
1
H, se oene
68
que susiud en l ecuc6n de continudd res
AV
=
T Rá
2g O .9
H
(8. 1 9a)
de í e do de choro e
R
0.2752
1
H
(8 19b)
4
dode H R
desve ee pefce de g e- c6, e m rdo de hoo, en gso de veedo en 3/s.
L ec. (8.19 popoco e o mímo de ond o de c e e e coo e emeno, s escoe y s deo pe e p red de re. P eo, ngu pe de per fi de eudo dee ed e e nteo de perf ddo po ctd eccn (Fg. 863 A p e sec6 dod se cce íe de per e em do y e e ondo de t (opoondo po ec. 8.9 o poco r se ed mnene onstte e dámeo de ume jo. Js o e ese nve se fo e de ono, de mner e udo tje o g yoe de dseño e gso es ddo po e de ho o (8.9 .
=
1320
2
R H2
(82)
dode Q
desv ere supefce e e g e el ems sec6 de coo, e m gso egdo, e 3/ do e er vet en en de coro en m.
Ess condones corepode jte e
619
Eje
del Ht
R
on- . �!0 ran SIOn sen
1
' d c S·IOn
ec.(819bl
b
1 e¡
•
620
b-e d la curv crggasto n l Fig. 8.53d. El io los rstants lmntos l vrtor prsnta n la scc6n llma conctos cr qu s prsnt más alant Ejemplo 8.6.
) Disfar l estructr colctor
y
l
de trns6n e n vrtor mbuo scargar un ga�to máximo 1265 m3/s con un cr mxma obre la crta d 4.00 m. El nivl us mximas extraordinarias alcnzrá la Elv. 1368.0
ms.nmy la profuia P l canal ccso srá d 1.80 m b) Dtrmiar la curv carggato l mbuo Consirando l carga iso coni con la mxima y sponino q H/R 0.33 y / 0., la ig 8. tin u C 2.1 y l c (8.16), =
=
126
=
2.1
X
2'
=
X
11 . 984 m
4
0.334 y P/ 0.1 coincin c Con llo H / ticamnt con los valors nicilmnt spto E raio dl mbuo s rona a 12.0 m, por lo 0.3 y P/ 0.5 y am s tlizar n m H/ bdo tándar (si pltaforma accso) la F� .57, H 1.0 y H 4.222 m H 0.32. El pr dl mbo obtin la tbla 8.11 pr Hs/ 0 y P/ 0.. En la tabl 812 s in- cn lo rltaos =
=
=
=
=
=
=
=
62
Tabla 8 . 12
Coordenadas del p er f il del em udo en el ejeml 8 . 6, en metros
Perfil arra de la cresta
x/ H s
y / s
0
0.3 0.6 0. 9
0.12 o. 14
o: 16
0.20 025 0.3 0.358
0.0 -0.026 -0.0400 -0.0480 -00520 -0.0525 -0.0520 -0.0465 -0.0360 -00210 -000
X
0.00 0.127 0.253 0.380 0.507 o. 591 0.76 0. 1.056 1 .67 1. 11
Perfil aao dela cresta
y 0.00 -0. 1 -0.69 -0.203 -0.220 -0.222 -0.220 -0.196 -0.152 -0.089 -0.00
x / s
y s
x
y
0.404 0516 0.620 0.743 0.893 1.061 1.202 1317 1.41 1.480 1.533 1.580 169 1690
0020 0.080 0.150 0.250 0.400 0600 0800 1000 1.200 100 600 1.800 2 .00 2.500
1.7 06 2 .17 9
0.084 0.3 38
.68 0.633 1.056 3.137 .70 .689 2 .5 3 3 4.480 .05 3.378 .56 4222 .957 5.066 6.249 5911 6.472 6.75 7.600 6.61 6.85 8. .135 10.55
Para el cnduto de trans ción s e ta ula la ec. ( 8 1) para det ermnr s rad, cm � parec en la tala 8 13 9 . 7 8 8 / H a y de la ec u acn: R a =
ala 8 .13 a o del cnduct de trans icón para ds- ttos val res de H a o d y, en metr s, e el ejemlo 8 .6 H a
y
a
400 500 600 .00 8.00 9 .00 1 o. 00 11 . 00 1 . 50 2 . 00 1 2. 50 1 3 .00 14 .00 15 . 00
0.00 1 00 2 .00 3.00 4.00 500 600 7.00 7.50 8.00 50 9 0 10.00 11 00
6 .921 6546 6.254 6.018 5.820 5 651 5 . 5,J4
5 3 5 3 15 529 5.206 5 . 1 55 5.60 4 9 7 4
622
En la Fig. 864 se dibuja prfi dl mudo d a tabla 8.12 y dl coducto d tranición d a aba 13 y aqu s obsrva u a cción d contro o- rrsod aroximadamnt a Rt = 5 m ara Ht=100; to s, a a Ev 156 m s inicia a umbrra diámtro costat d 10.50 m. La ig 5 ra as dimnsios gnras d la structura cocra Soución b. a art ab d a curva cargagao d a Fg corrsondit a cotro d vrtdor s o. 3 a obtin d a c. 1 dod ara d/R cua val .1 a cuaci s Fig. .55 ara a ntoncs =
3
0
=
e
( I· 12) /
2 =
759
/ z
a)
a tabla 14 rsta los cácuos rcivos y a ig. a curva corrod a art b d a curva carga-gasto a ig 53 corrsdint a contro d orfico, s obti d a c. 0 utituyndo = 525 m dtrminado a ra la umbrra vrtica, rsutando a =
120 525)
2
1
1
(1
+
)
=
325 (
+
)
(b)
donde H es la carga sobre a cresta de imacio, e me
tro
a taba .1 rsta os cácuos rptivos y a g a curva corrsondit.
623
2
T
1
\
4
5
1
6 R= . m
Sección d contrl Eev
30
7
: 8
9
10
1
1
1 1
_
1
j
1
Fig. 864- Ubcón de la secn e ontro, enc ejemplo 6
624
Superfic dl ago
je 4 Ht
Ha
a
a
/Crt el vo
1.80m
1 Elev.
m
con uet d trn' sicdn gú e.(819b)
Pf i 1
\
Se e e i Ón
Esrcm cletora
de
Tón
FigurtJ 5 Dimenson geerale de a etruca ocr el ejp 8.6
H,e m.
1
¡
0 9 8 7 6
O " (
5 4 3 2
Q,s
o
Fig.
-
00
0
Curva carga-gato del eredor e embud e ejep
00
66
Tabla 8 . 1 4
Eev. n
Curva c aga- gasto de vetedo de emudo en l ejempo 8 . 6
H en m
e
H T=1
e
8
0.00
00
368.50
0.50
0.047
07
1369.00
.00
0.8
136950
.50
137000
o
e () -
0.0
0
127 1932
457
0.150
4
74
274
.00
. 667
0.97
2.07
344
370.50
2.50
0.08
0.9
2.05
6.4
37.00
3.00
05009
0.905
2.069
81
13TI.50
350
0.97
090
2.07
026.4
137.00
4.00
0333
0
200
137.50
450
0.375
.00
2.00
5.00
0.67
095
.995
1267 1511 5 168 17
137.00
6.00
0.5000
0
.90
1375.00
7.00
0.533
176.00
8.00
0.6667
37.00
9.00
0.7500
37.00
0.00
0.8333
379.00
1.0
0.967
380.00
.00
0
84
-
-
e (b
4 8.7
9
1286, 13118 1,
-
-
-
-
7.
Condu tos de descarga
84 Asectos generales conducto de desarg es uno de ens cn tiuios d una ora e excencias y u sl taién e una oa d a cuan s aa un ne Peie cnduci el gaso scaad � haa el aguas aao d a sa hasa ncipio d un cana e g fuza en ca de una toa
627
El conducto pede ser un canal a cie abierto, gee ralmente e seción trapecia muy ancha, o un túne a través de cuerpo de a cortina o or as aeras e la boqila. Sus dimensiones está oernaa funa mentamente por consderacones hidráucas pero l orma e la sección transversal, s perfil longiti nal y su longtud estn influencaos por actores ecoómcos y por las caracterstcas toporáficas y geoógicas del sitio. El escurimieto en el conducto es normamente a su perficie libre y a régimen supercrtico, razón por la cual casi siempre se reviste. Cando se trata de n túnel, ocasionamente puede operar totalmente len 8.4 Canales a cielo abierto
l peril el canal ee adaptarse en o posible a terrno natra, sempre en excavación y en lo os- be sore roca de ena caidad. Deen evitarse ls reenos y tratar de dismi as excavacones l m nmo. E tramo inicial sualmente se escoe e pe-= diente equeña, hasta casi intercepta el perfi del terreno; a partir e ese punto, siue en oma arxi mada el perl del ereno natal meiante tramos rectos, unios entre si meinte curvas verticales. La sección es normamente e oma trapecial con e En el talu que permta e mateia e excavacón. inicio s ancho epene e la eometra e a sección e salia e vertedor, eo esps se ee ismi nuir segn a velocida que puea desarose de acuerdo con la pediente de a pnta. Dica pe diente ebe ser la necesaa para mantene imen su percrtico en el escurrimento. Es comn teer que iseñar contacciones en e cana, para lo cua será necesario seuir los ineamientos indicados en la sección 333 Las expansione son poco rcuentes pero puee seuirse lo inicao en la sbsección 33 para un dseño óptimo. as cuvas orizontaes en imen spectico de- ben evitarse y en caso necesario iseñarls siuien do lo qe ndica la sección 3 E iseo de a curvas vertcals debe seguir los lineamientos ni cados en la seccón
628
4 Túneles
La seccón transversal puee ser ccuar o herraua Por zón del y ocasonalmente aco de meio uno. drenaje natu�al que ebe ene el ne, es coeen te ue su pendiente o se menor ue La en-= iene máxima esá regida por razones constctvas, de acuero con la más aecuada a euipo emleado en la exración e matea prouco e a excaación En Méxc se han utlizado pendienes hasa de
0.04.
El vaor e a pendiene que se eij debe estar comendido entre los vaores permsibes y en cso de
ecesitar pendites mayoes es mej aumena el dá meto
Es necesro ue e tnel oere spefcie ibe en ese caso las crs orzonaes eben eiminarse or los probems de ma funcionamento que se tans iten haca aguas abajo Las curvas veticaes son casi rescindbes en os vetedoes en tnel de embuo su radio medio dee se e mao ue adita e sacio disonibe; en seccó 3 se inican agunas recomeacoes ra su diseo en e cas de eredoes en túe. En veedoes de embudo se an usado aos ee e a curva vertica e dos tres eces e diámeo de túne, peo sieme cn iene ue sea el máimo posibe. En eedores e ebo conene disea e concto de anscn e úne e escaa e anea e no abajen a es aa eviar e jo ifóco l dámro de a umrea debe se e no psibe, coincidiendo co e deerminao paa a ecció e contro. A fin e anene a bena vencn e a a suefce ibe e aa n e c eacin e enao (ta/e) e enor o gua ue e ca ecci e embuos, ica eacn e y ne seeccina e s ie aa e e tne e ecara e e ee a ai e a sec ne c cano sea neceao ie e e e cin e lenao de va 0.75 y e j c e is mo.
629
Lo anterior está condconado por la elevacó que puede teer la plantlla en el potal e salida, s logtud y por la pendente que puea tener el t6e. La eevacin e el potal e saida et codconaa por la topografía, la eoloía, niveles de hogame to producos or el ro y po el tipo e etructur ternal que e elja. L longitud deende de la to porafa y e ocasoes de la geología del tio. Ta bién la peniente el t6nel podra calcularse pra l grar fluo uniforme en el tnel co tirante norl 07 D; n bargo, lo vlores que reultan ueen er ayores ue lo perisbles. Cualquier
que
sea el t6nel de descar, s geometría
debe seleccinarse tomano en cuenta la pose ul
zacón pvi que peda teer como pate e la obra de esvío. Tabén ebe evtarse la formacón del salto hidráulco en s nterior, a n e tener una capacidad aiconal en caso e rebasarse el gasto e
efo, evitar la eroón del revestmento y la nec sidad e etructra epecale e ventlacn. 4 Dseo hiráulico
Ua vez eleccionaa la eometrí e un conducto de ecara, e prueba su bonad eterino e pefl del aua en to su longtu miante el mtodo e cálcuo e luo variao ás conveniente e lo ex- pestos en el capítulo 5, recorado que en enerl e tratará de un flujo uperctico. Cundo e ne cesario, ebe conierarse localete l curvatura e las lne e corrente en cao e luo cócavo o convexo, moificano el trmno e cara e presió en la ecucin de energa como e nca e el ub captulo 1.- ara incluir el eecto e pren dná mca. El perfil el aua obre la ama e trició e un verteo e t0nel e determina por l plcaci re teraa e l ecuacón de energía e varis eccione entre la cret verteora y la de ncio el tel. De a im anera, e contiúa con el perfi e flu o en e interor el tne, puieno rebaar o no la relación de lenao recoenad e 08 Si se re basa, puee �entarse el diáetro a partir e l seccn en que ocurra. En el caso e lo verteores de embuo, se ebe at
60
facer la ecución de eega ente mbase y a sección de entrada l túne (Fg. 8.52), como sgue
(821) donde se ha consdao qu a pédda de engi de de el embs hasta a s 2 s ez po cent de l cada otal, mma maa qu s hzo r la sccón cot c 89a L ec (8.21) perite dtmin n
sección 2
y
y
a vocidad en l
co ellos a pndnt d frccin:
S
=
z/ (V2 /Rh )
•
Tién de a cac ra ne a seccón 2 3 de sida de ú s ob:
y
So L + Y +
v/ 2
=
Considerdo un valo apoxma d a é a t vés d la pit r mea S O. 5 S +f3 ) todo cuta a c 81 e oien e =
Zo - z
=
9
[
s
+
J
So} L
o amb (8.22) 7 5 D, medite aa q m y a s p al mmo desnve q a a c ctr an a a a aa ú Dcho esnvel deende a ba a cc cotro e diáme o p g d as édds q s pza · a aa d mdo hasta aa =
Dch v b mor qu dspoile
y
en
é pod ajar la las curvas vertT as y x, amo e mbra incinda. -
31
En caso contrario debe bajr la elevaión de saida, aumen�r diámetro, reducir pendiene, ogiud o mbos. E cácu de perfil de lujo en e ú e ebu do debe relizarse ara la gemetrí dev y se= rá éste e mod preciso e btener la pra e ener gía i. 8.4.5
Incsón e are Cuando la velocidad de agu en u onuón es e 6 m/s o ms (Ref. 2), e epez pr o u arrasre de aire nerior de escrre a través e superfice bre, dsnuyeo ensda e la ez cl. E emsonie umen raduamete a veociad e luj y e umen e ia mezca rece uetno e trnte e msa prpcón. C eo, se puee redur uereete el bd lbre pr viso pr a giud rig e ate. E een ha s be estu stes, anto ío o expermeaes. La eyes h- drodinas css nseran ls ccet bás co de ompr y hmgenea e f y hn reco bsuls para e ratament teó oien a mezca aeagua. a eeen ó b se ha ect c a fctd e que el mel reuc e ca e ec e eó en . Exsen verss erís u tata de ec us ó r e e eurme, ue g& ha lename safacta.
E rns eneales puee ce e a a í eusnaa e puee subv en eges co ensaes na. ) U reón superr fm gas fte u erzaa u se precta t l efce = bre, recrren recr g y ran are e u camn e egre g.
b)
regió nferior pácicamete eulsioada, qe presenta una gran isperión de bola e ie c catidd y distribució costit ya c oncen r ación Una
,
632
yen parámetros de difcl cuanticci6n. Agnos estos s b l o de metros ctcs de arste de ie y exlicn el e cansmo dl en6eno co se e l teo esdsi ca d a truenca E alunos sos se h l a estaecr f6rmuas que conduce u ecc6 canttatva d arrastre, ero que esca a ua si tematzac6n y cutfcci6 guos Por tnto e en6eo de arec6n de l - tnt contna dsafando e estalcmento ee e n crto ráctco y recso, que a l u de o sracos y erecas, ert tomr e cue ss eects n e deño de coduccoes ée s ercrtc Cnsderando una desdad costte e a mezca ajo la suosc6n de dstrc6n uo· m de ar en a secc6n transesl, fes ryecto s ed aca la 6rula e Dou (e ejemo 1 .4) n determnac6n aroxad eros e + 10% orcetaje de re ncdo o olu-'nd aa.
u
=
1
o
o . 2 vz g R
-
1
(823
donde g
U V
cerac6n de l gaedd, en /s2 ocentaje de ae incldo en oumen elocidad del escrrmento, n s
Rh do drálco, e m l te en l secc6 trase�l rece eL so oee en que cree el olue, esto es (82
o
'
o e ludo, e lo s e icldo, e
6
rá El pes epcífc de a mezcla tabi én �m = 1
(8.25)
+
de Y s el es escfc d gu. Ccd pctj d inuo - c6 tnsvsa medat (.23), t calad p l mtd H se cemta n a cn d o . (.24) .6
Bd b n ca d dg E d b u n d sg g cítc s cacu c cuc x (2. 5T el US. Buu of Rcmto L. =0
+
0.372 V
2. 53)
3
dne y t0nt en i g / o
ed b b .
N est cac c o de 6u cns on x , sin mb co xto - hs cnas, cson ae iclud, t é o ea su nt cn ho tt. Ot ut oo oo cstt .0 o oo tat gu uoo. Ejml .7. Fig 87 , a1n g dg e t t, tto l o 8.3: El m ta d s 4 o 23 m d h t 22 . sn tmo 75 og, 23 h e , .2
se i i c i a un cb eta d efle tor . ) Dr m p r
fi del agu a sin co n ear ast i . b) En l pef il ate i r in clu as d a
y
b o li
• 6 3 4
1 \ c c�
a e
>C -G "� '
o , c· E a.
638
47 Dtcción de cavitació
La gran vlociad qu s sarrla n vtr d ata caía pud casinar a rsón sus ars r ft cavitain. Esta aarc al frmas una cavidad u cni var m rultad d camnt d a rsión r deLajo d variza ci Íui, qu s v rciad r rrg�= laridads l acabad as ars vrtr Una v qu r rusid xagraa la misa. añ curr, gnramnt s rgrsiv; n algus cass s faib rarar c c cst, n trs, sucin s cmlicaa y cstsa. E arámtr ma ara tctar a cavitacó n6mr cavitacón Thma xust n c tu 5 vum 1 (cs. 5.22
c = h - hv V 2/
d
( 26
,
(
ur d hma o caviación, aimsina
v
car d rsión n l n irés, n m
V
2
2g
ca d rsión d variación d agua, m carg d lcidad lca a a d itrs, n m
Echa (R. 81) dminó la mara uantif car nmr d caviación ca n un u sbr la suii d la rd dn s sscha la sib ldad d cavacón. Al cmaar st n6mr cn l d caiió incint d un bstácu usiad gmría siila, s dca la sibiidad d currnca dl fnómn. G.
Para cnr n6mr d cavición ca s inr n difns cncs n a uanifiacón s varables terien en los cálulos y qu se ex nn nsuida. · a) Car sión h En un un sbr a a bra, srá a r ycción vica h dl irant surrimnt 1
69
medido en ieccó pependicula a a ared de la condcción (Fig. 8. 6 E caso de qe el pto se biqe n na cva vetical, se ebe efect a coreccón coespondiente po efecto e a acción cent�fga (sbcapíto 1 De esta aea eslta q d 2 g R donde
R V
adio de cvata de a íea de coete e e pnto consideado áctcaete a a de a paed) , en m elocia media de escimento e a seccin tansvea qe contiene a to cnsideao, en /s
E sigo poitio se tiiza s la cvatra e a lnea de coiente es cóncava y e sio egatvo si es conexa. b)
Caga de són e apoac hv Esta ca0 epn dl grado e urz e ga y
t; ee oenerse de a ró sota e vapracón aa o a i 11 vo me 1, como sige: su
=
Pab 10 - 1000
o ben obteno diectaete e a i. 88 a ayo deta. e
Veocida oa ando se tta únicamente de cavtaci ros� dad de la paed, se tene qe
1 68 O. 3 3 + og 10 ( f
( 8. 27
640
- ·
Coreción po curvatu z
d : hp, +! g !r
h
Cu1tra cÓ n av + Crvatu conexa Sin crvatu r= OJ
-
Fig. 8. 7 . - Esquema para motrar la med c6n e 1
x
r r
y hp
E e Q
- JO .00
> c ·o u N
-
950
.
o
o > Q "
O .
0
o u
-
°
l°
20
3
4c•
°
Tempratua l ga, n °C g. 8.8.- Vaan de a caga de pre de vaorzan e ag a v o s temperata.
641
donde vk h
k
x
d)
velocidad locl, e m/s difereni entre el ivel del gu e l embls y el niel de superfce lire del escurrii to pr l secci6 perpendiculr l pre, se- n Fig. 8.60, e ruosidd solut de l pre, equilte l de Nkudse, en Se puee etrmr tl 2.1 compleentd con l tbl bie con l ig 870 eliiendo quell que resulte or istnci medid sore l superfcie de l r�i ue v desde l crest de vertedor hst el t e terés, e m (Fi 8.
Vecidd ol En e caso d protuberancias en la pared del cct, e ee emplar la velocdad Vk mayor qe Vk e el cálc l del númro de cavitaci6n, y que se obtie d l
6rul
.8 lg10
k +
1
(8.28
onde v
veocid ocl, en m/ ltur d l protubernc, en
e) Núero de cvitcin u cur erticl A vlur psiilid de citc u cur vertcl c6ncv, el ero de citc loc 0 er fectrs en un coeficiete qe le 7 pr tr en cue los cmbios lcles de elcidd r eect e l urvtur
e
v
(89)
o. 7
donde c s el úmero de citcin lcl en u curv y 0 su lr fuer de l cur 2 .9 (138-124.75 38.925
Y 2
+
2 v2
=
2
+
v
2
-
2
Pr estir el rieso de que en u determdo puto de un or e resent cvitci6, de coocerse
62 Tabl
8
Rugosidd bolL de diferente merie. M A T
E
R
I
1
A
(m )
9
Muy in rmndo
Mo
0.3
Apndo cn lln
3
pndo cn pln
0 .9
3.2
Sin tinr
1
.
Cimb d ceo
3.2
Cimb de de in cilr
Gunit
3.2
a
1 5
Vidrio Cemento
oncro Bien id
Cimb d de cilld
Mu
mlrtdo
1 .5
002
Nt n vertdoes m acs h: tiant
0 8
.e
Q "
6
e
�
4
-
Q o (
5
1
. 5
Rugo io qle
5
de
Nke 1 en
m
Fg ló r y K pr r rál 05 < RH < 40 .
643
e número de cavitión inipiente q i, aratríso de ada rugosdad, protuberana o rregularda e ua pare semejane a la de a obra ue se obte xper mentamente d as araerstas del flujo uo �a reen as preras anhas banas de bubujas e a � . omo iniio d aviaón Las tablas 8.1 a y b presenan los valres el nr de avaón npente para a rugosida naural d una pard revsid de onreto y par dsas rreu ardades o son esalones, ranuras y ops, abé para desanemenos de as supers de onro por deetos n e oado y para protuerais dejds por as ibs sobre las ss as rrulardade se pesentan n a unión ntr dos olaos o en lugrs dode el oao prsna dsonnudads Los dsa neamentos e enenden omo un abo la dreó de a supere de rvesmeno y su araerst disntiva es e tamao reativaen rande o resp to a o ue se onsdea omo obstáuo o rrularid oa Las roteas en a superi ourr l etirar a a de os oados de onro ueado protueranias d orma irregular u o orrsponn, ni a os obsáulos n a os desalineientos ya meno nados as tabs 8. tabn ndan, para ad aso, a v odad oa ue deb tizarse en e luo d n meo de avtaón oa En sntesis, proediento onsise n alular el nmero de avitaión oa para as ondiones de ope raón de la obra en derenes sos (on separa- ión de aproadamen 2 ) para las oions d ruosidad natua y por rregulardades de a supri- e ue pudern ourr Los valors de nero de vitaión oa se omparan o los e avaión n i pene S �l
>
I, no se endrán probeas de aión
0
<
i, hay resgo de ue se prese aaón
Las meddas qu ueden tomarse en con d la cavia- cón consste n evar revestienos áspros, l ac bados o utlizr concretos más resstenes o con rs�= nas especiaes y amb�n ner especal cuiado durant la costruccón paa evitar las rreglardaes ás fr
uente ue prouen e enómeno
64
En la Ui6n Sovi�tic se ha desrrollado y empleado co �xito o disosiivos lamados iredores que s utos por s que se introduce ire interior de es currimieo aques secciones que puieran qued exuests al peigro e cvitci 6n. Las burbujs de ire iroduio amoriu ls imosioes e ls r ujs e var y contrarrestn e feneno. os aieors so de tio mostro e l Fig. 8.70 ) y odvía no exise criterio definitivos (Ref r su iseo así como ar determinr e lcance de r teccin en cda caso
Tabla 816a Núme r o de cavitación incipient e y velocidad utiiz en e cácuo de ínce de cavitacón oc tras requaridade e pr de la Tipo de superficie o irr eguaridad Rugosidd ntural segn su acabado
G E O
M
E T R I A k (os sut
Nmero de caitación ncpie 3 pr k 5 pr k
5m de co�
Velocd oc utili aa l l d en ec. V de ec (827)
w z
B
w
Contr el
24
V b de ec (828) a r b e ecón
1
V k de ec (827 como i era r natural
5
V k e ec 87) co i er ruoda ntur
4
k de ec 827) co i uera rud tl
4
V de la ec () altura
1 .6
v de ec. ) a la altura del escaón
En vor de ujo
Rectan ur
-
U
�
!
Trn ua
�
�
C
U
cula r
�
del escalón
w P o b
T gula
�
O (
Tipo de irregularidad
GEOMETRA
Indice de ca vitación inci -
pi t
H
u H
w 0 ;
< Q o ¡ : H
� :
Colados sucivos mal aineados
C
o '
IOm
3m
Coado peednte con aceso horizontal
1.0
Colado pecdnte con aceso scedente
H
,
Veoidad local uizada en el cálcuo e en la ec.
Cia que cedió po la presión del concreto
,
1.00
_
r' a5cm 1.4
_
k de la ec. 7 omo si fuera rugosidad nata V b de la ec. (8.28) a la alta b de esalineento
V b de la ec. (8.28 a a ata b del desainento
Pouencias irrgua es al quitar cmbra
1
k
1.8
paa
2.5
para
o 5r k 1O
V k a a altua k d a potubecia respcto de concreto
647
Fig. 80- Esquemb
ardo y s clccón
