UNIVERSIDAD CENTRAL CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA: DISEÑO HIDRÁULICO II TEMA: DISEÑO DEL VERTEDERO PICO DE PATO INTEGRANTES: AROCA ALEXANDER CHANCUSIG DORIS IPIALES EDWIN JARAMILLO JARAMILLO JYMMY JYMMY JARRÍN PA PATRICIA MORALES MARIO ZAMBRANO PAUL SEMESTRE: SEXTO - PRIMERO A!"# $ S%&'"%(!% )*+ ."'/ $ E0.12/!
INTRODUCCIÓN
Se defne como vertedero a la estructura que sirven para evacuar los excesos de un depósito o embalse, y que está por encima del nivel de operación, sirve para regular el nivel de agua.
Partes que conforman la estructura del vertedero Los vertederos no son estructuras muy complejas están compuestas principalmente por: •
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Plataorma.! "s donde se apoya la cresta con una altura determina #P$. %resta.! "s la parte superior del vertedero. &ordes laterales.! Son las alas por donde baja el agua con una pendiente determinada. %orredor.! "s por donde corre el agua 'acia el cuenco. %uenco.! (qu) el agua alcan*a disminuir su velocidad y al*a el nivel del r)o. +bras de amortiguación y crecida.! "stas no son obligatorias dependiendo del ujo que se tenga un ejemplo de estas son los dados amortiguadores.
CLASIFICACIÓN DE LOS ERTEDEROS
Clas!"cac!#n $or la Forma% ertedero Rectan&ular'( Son los más comunes, y se usan para todo tipo de proyecto. ertedero Tr!an&ular( -sualmente usados para medición de caudales pequeos. ertedero C!rcular . ! "s de uso poco com/n a pesar de su ácil construcción y no requerir nivelación en la cresta. ertedero Tra$e)o!dal'( %ompensa la depreciación del caudal por las contracciones laterales a trav0s de las partes triangulares del vertedero, con la ventaja de evitar la corrección en los cálculos. "s de di)cil construcción. Clas!"cac!#n $or el T!$o de Pared% ertedero de Cresta Anc*a.! Se usan principalmente para el control de r)os o pueden tambi0n ser utili*ados en laboratorios. ertedero de Cresta Del&ada.! Sirve para 'acer aoros, utili*ado principalmente en laboratorios.
ertedero con Per"l +!dr,ul!co.! "vita desgaste de la estructura y ayuda tener un mejor comportamiento del ujo, permitiendo la máxima descarga.
Clas!"cac!#n $or las contracc!ones% ertederos con contracc!ones'( "ste tipo de vertedero se tiene cuando el anc'o del canal es mayor que el del vertedero, entonces se producen contracciones del agua en las paredes del vertedero, cuando se tiene este tipo de vertedero se requiere reali*ar correcciones. ertederos s!n contracc!ones.!Se tiene cuando el canal tiene el mismo anc'o que el del vertedero no se producen contracciones, puesto que el agua sigue el mismo curso. Clas!"cac!#n $or el n!vel de A&ua% ertedero Sumer&!do.! "s cuando la cota de la cresta es menor que el nivel aguas debajo de la estructura. ertedero L!-re'( Se tiene este tipo de estructura cuando el nivel aguas debajo de la estructura es menor que la cresta del vertedero. T!$os de ertederos ertedero T!$o La-er!nto "ste tipo de vertedero se utili*a generalmente donde se requiere determinada longitud y esta no se dispone en el terreno y es necesario generar longitud mediante estructuras en *ig*ag, estas estructuras o módulos, pueden constituirse por medio de triángulos, rectángulos o trapecios.
1ertedero 2ipo Laberinto, "mbalse Puentes 3urcia
ertedero T!$o A-an!co "ste tipo de vertedero generalmente se emplea cuando se pretende tener menor excavación manteniendo la longitud de vertedero, esta estructura es un cimacio tipo %reager curveado con relación a la dirección del escurrimiento, que resbala al corredor donde se produce el resalto. "n la generalidad de los casos, para evacuar el agua 'acia el cuenco disipador se consideran dos rápidas, el diseo de la primera consiste en determinar la pendiente de la misma de manera que el calado de agua en ella sea igual al calado contra)do en el talón del vertedero, a fn de evitar la ormación de un resalto 'idráulico que pueda sumergir la estructura. La pendiente de la segunda rápida depende la topogra)a del sitio de empla*amiento, el diseo consiste en determinar los calados de agua que se generan en ella y las propiedades del ujo a la entrada del cuenco disipador 4calado y n/mero de 5roude6
1ertedero 2ipo (banico, Presa (lpine %aliornia
ertedero P!co Pato Los vertederos picos de pato están situados justamente a aguas abajo de la toma y no tiene partes móviles. Son recuentemente utili*ados en canales de riego, ya que garanti*ar un nivel aguas arriba con poca variación, debido a que desarrolla una gran longitud y tiene su eje geom0trico de manera que acilita la salida del agua de manera uniorme. "sta longitud es desarrollada a lo largo de una superfcie maci*a de 'ormigón armado en orma de pico de pato es por ello de su nombre peculiar, como se observa en la 5igura.
1ertedero 2ipo Pico de Pato del 1alle del %auca 7 %olombia Las t0cnicas de moderni*ación con el vertedero pico de pato pueden aplicarse a canales revestidos existentes, es importante resaltar que las represas clásicas previstas para el control de los niveles pero el vertedero pico de pato causa una p0rdida de carga y una sobre elevación de la l)nea de agua máxima en el canal, aguas arriba del canal de la estructura
O./ETIOS • •
%onocer cómo se disea un vertedero pico de pato. (nali*ar los criterios de diseo para el vertedero pico de pato.
PROCEDI0IENTO DE DISE1O
Para proceder a los cálculos para el diseo de un vertedero se necesita seguir los siguientes pasos: 8.!%onocer el caudal que va a ser desalojado por el vertedero. 9.! esignar valores para algunas caracter)sticas de los vertederos tales como: Longitud del vertedero (nc'o de la base efnir la sección ! Pendiente lateral Pendiente longitudinal %oefciente de rugosidad de 3anning dependiendo del material (ltura de la sección de control
;.! %alcular los datos aguas arriba de la sección de control: %alado aguas abajo %alado producido por la velocidad
0E0ORIA T2CNICA DATOS DEL CANAL% Qmáx =12 m 3 / s Qdis.=1.5 m 3 / s S =0.003
b =4 m n =0.015 Cota=2800 m . s . n . m .
NO0ENCLATURA%
( ) ( )
m3 Q m á x . =Caudalm á ximo s m3 Qdis.=Caudal dedise ñ o s m S = Pendiente m b =Base decanal( m ) n = Rugosidad Z =Talud Y =Tirante normal ( m ) Yc .=Tirante cr í tico( m ) Hd= Altura de aguas arriba ( m) m =elocidad s Bl = Borde libre ( m )
( )
( )
DESARROLLO% 3'( C,lculo de las $ro$!edades *!dr,ul!cas del canal 4Canal rectan&ular5 a'( T!rante normal de canal a&uas arr!-a
+btenemos el valor del calado normal del canal: Y =0.2684 m
-'( eloc!dad del canal = =
Q Q = A b∗ ! 1.5 4∗0.2684
=1.397 m / s
c'( T!rante cr6t!co Yc = Yc =
Q √ g∗b 1.5
√ 9.81∗4
=0.2429 m
d'( .orde l!-re Bl = √ C ∗Y
% %
>,?@ >,D@
AB>,CD AE>,CD
Bl = √ 0.76 ∗0.2684 =0.45 m
"ste valor se asemeja muc'o al de la tabla sin revestir pero para nuestro diseo adoptaremos el valor revestido que se indica en la tabla.
%omo nuestro caudal es mayor a 8 m;Fs adoptamos el valor de ;> cm. Bl = 30 cm=0.30 m
e'( Altura de A&ua Hd= 80 ∗Bl Hd=
80 100
∗0.30 =0.24 m
Esquema del Canal Rectan&ular
Datos $ara el d!se7o del vertedero $!co de $ato " 1 =5.00 m
# =0.24 m ( alor obtenidodel cálculo anterior ) # 2=0.30 m ( alor obtenido delcálculo anterior ) Hd= 0.24 m ( alor obtenidodel cálculo anterior ) C =1.87
=15 $ ( aría entre 10−15 $ )
∅
Nomenclatura ertedero
" 1 = "ongitud de %ertedero( m) # = Altura de muros en %ertedero( m) # 2= Altura Bl de %ertedero( m) C =Coe&iciemtedetablas Hd= Altura de agua ( m) ∅
= Angulo de de&lexi'n en %ertedero
a = An#o de la crestadel %ertedero( m) c = "ongitud de entrada al %ertedero( m) "% = "ongitud de %ertedero( m) Hd ( =Tirante del %ertedero( m )
Desarrollo% Cond!c!ones de d!se7o% 8.! La velocidad del vertedero debe ser mayor a 18, para evitar p0rdidas de carga. 9.! A vertedero B A pasa por el vertedero.
Esquema del ertedero P!co de Pato
DESARROLLO% 3'( C,lculo de los $ar,metros a8 98 c8 a:; < ,n&ulo verdadero a ut!l!)ar' a'( C,lculo del ,n&ulo 4$art!mos de un ,n&ulo !m$uesto $ara lle&ar al verdadero5
∅
=15 $ (aría entre 10−15 $ )
Gngulo en radianes: ∅=
) ∗15 $ =0.26 rad 180 $
-'( C,lculo de los $ar,metros a8 98 c8 a:; 1 ) x
(
tan 0.26 =
"
x 1 ¿ "∗tan ( 0.26 ) x 1 ¿ 5.00∗tan ( 0.26 ) =1.3 m
" = sqrt {{L} ^ {2} + {x1} ^ {2}} " = sqrt {{5.00} ^ {2} + {1.3} ^ {2}} = 5.2 m
c'( Anc*o de la Cresta a =b −2∗ x 1 a =4 −( 2∗1.3 )=1.4 m a 2
=
1.4 2
=0.70 m
d'( Lon&!tud de entrada al vertedero $!co de $ato c =b − a c = 4.00−1.4 =2.6 m
!sta Frontal ertedero P!co de Pato
;'( Lon&!tud del vertedero
"% =2 " +a
"% =( 2∗5.2 ) + 1.4 =11.7 m
='( Caudal del vertedero Q =C ∗ "∗ Hd 3 /2 3 2
Q =1.87∗11.7∗0.24 =2.58 m 3 / s Q =2.58
m 3 m 3 > Qdis.=1.5 * +, R-/S-0, s s
>'( eloc!dad de vertedero =
Qdis. A
Qdis. = Hd∗ "% =
1.5 =0.50 m / s 0.24∗11.7
m m =0.50 < 1=1.397 *+, R-/S-0, s s
Corte ertedero P!co de Pato
?'( C,lculo de t!rante de vertedero Q =C ∗ "∗ Hd 3 /2
( Hd ( =(
)
Q 1%ert 2 /3 Hd ( = C ∗ " 1.5 1.87∗11.7
)
2 /3
=0.17 m
@'( Com$ro-ac!#n de altura de muro H 2 =# + Y 2 H 2 =0.20 + 0.17 =0.37 m H 2 =0.41 m< Hcanal =0.50 m * +, R-/S-0,
Cuadro de Cotas Cuadro de Cotas %ota ( 9H>>,>>> m.s.n.m. %ota & 9H>>,9?; m.s.n.m. %ota % 9H>>,?8> m.s.n.m. %ota 9H>>,;>> m.s.n.m. %ota " 9H>>,C>> m.s.n.m. %ota 5 9DII,D>> m.s.n.m.
CONCLUSIONES
"l vertedero pico de pato es usado en canales y especialmente en sistemas de riego ya que la tiene un calado casi constante aguas arriba debido a su gran longitud %on este vertedero podemos garanti*ar un nivel con poca variación en altura y velocidad -no de los requisitos mas importantes es que el caudal del vertedero sea mayor al de diseo Siempre la altura del muero del vertedero es menor que la del canal de entrada y la velocidad de llegada no debe sobrepasar lo estipulado por lo que podemos decir que nuestro vertedero cumple con las condiciones de diseo con las que queremos construir.
RECO0ENDACIONES
Para obtener una operación efciente de las estructuras se tiene que reali*ar un análisis tanto 'idráulico como estructural 2eniendo un análisis 'idráulico podemos garanti*ar la presencia de un m)nimo de perdidas 2eniendo un análisis estructural tenemos una estabilidad capa* de soportar cargas internas y externas de la estructura cuando se encuentre en uncionamiento "stos vertederos deben ser sufciente mente largos para que la lamina de agua sobre la cresta sea preerentemente en el orden de 8> cm a ;H cm "l vertedero pico de pato debe aplicarse a canales revestidos
.I.LIORAFBA
J.&art Snellen. 8IID.3anejo de agua de riego, 3anual de campo K8>. "S2<-%2-<(S " %+K2<+L, 1"<2""<+S P5
ANEO
Proyecto 3ultipropósito &(&( 4Los r)os!"cuador6 LinM del video: 'ttps:FFNNN.youtube.comFNatc'OvyQb1ReCP1yc
