VERTEDOR DE DESCARGA LIBRE hidráulico o aliviadero es El vertedero una estructura hidráulica hidráulica destinada destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales; siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas
FUNCIONES DE LOS VERTEDEROS. os vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. !n vertedero puede tener las siguientes funciones
". ograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el valor requerido para el funcionamiento de la misma. #. $antener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flu%o sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina l&quida de espesor limitado. '. En una obra de toma, el vertedero de excedencias se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas. (. )ermitir el control del flu%o en estructuras de ca&da, disipadores de energ&a, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc. a función de los vertederos de excedencia en las presas de almacenamiento y en las reguladoras es de%ar escapar el agua excedente o de avenidas que no cabe en el espacio destinado para almacenamiento, y en las presas derivadoras de%ar pasar los excedentes que no se env&an al sistema de derivación. *rdinariamente, los volúmenes en exceso se toman de la parte superior del embalse creado por la presa y se conducen por un conducto artificial de nuevo al r&o o hacia algún canal de drena%e natural. a importancia que tiene un vertedero seguro no se puede exagerar; muchas fallas de las presas se han debido a vertederos mal proyectados o de capacidad insuficiente. a amplitud de la capacidad es de extraordinaria importancia en las presas de tierra y en las de
enrocado, que tienen el riesgo de ser destruidas si son rebasadas; mientras que, las presas de concreto pueden soportar un rebasamiento moderado. +eneralmente, el aumento en costo no es directamente proporcional al aumento de capacidad. on frecuencia el costo de un vertedero de amplia capacidad es sólo un poco mayor que el de uno que evidentemente es muy peque-o. demás de tener suficiente capacidad, el vertedero debe ser hidráulica y estructuralmente adecuado y debe estar locali/ado de manera que las descargas del vertedero no erosionen ni socaven el talón de aguas deba%o de la presa. as superficies que forman el canal de descarga del vertedero deben ser resistentes a las velocidades erosivas creadas por la ca&da desde la superficie del vaso a la del agua de descarga y, generalmente, es necesario algún medio para la disipación de la energ&a al pie de la ca&da. a frecuencia del uso del vertedero la determinan las caracter&sticas del escurrimiento de la cuenca y la naturale/a del aprovechamiento. *rdinariamente, las avenidas se almacenan en el vaso, se derivan por las tomas o se descargan y no es necesario que funcione el vertedero. as descargas por el vertedero se pueden producir durante las avenidas o periodos de escurrimiento elevado sostenido, cuando las capacidades de las demás salidas se exceden. uando la capacidad del vaso es grande o cuando las otras de descarga o de derivación son grandes, el vertedero se utili/ará rara ve/. En las presas derivadoras en las que el almacenamiento es limitado y los volúmenes derivados son relativamente peque-os, comparados con el gasto normal del r&o, el vertedero se usará casi constantemente.
ESTUDIOS !EDICIONES. as mediciones y datos requeridos para el dise-o de vertederos dependen del nivel de dise-o a ser considerado y las condiciones espec&ficas que se encuentran en el sitio. +eneralmente estos datos y mediciones son
". 0atos topográficos. #. 0atos climatológicos. $. 0atos hidrológicos. %. 0atos geológicos y sismológicos &. lcance y requerimientos del proyecto '. apacidad de control de avenidas (. 0atos hidráulicos. ). 0atos estructurales *. 0atos de calidad del agua "+. 1equerimientos especiales. "". ondiciones aguas aba%o. os datos hidrológicos t&picamente requeridos son2 ". $ediciones de escorrent&a, descargas diarias, volúmenes mensuales, y picos momentáneos. #. Estudio de crecidas, incluyendo la máxima crecida probable 3)$45 y frecuencias espec&ficas de crecida usadas para2 establecer el nivel de la cresta de un vertedero auxiliar, en la evaluación de funcionamiento del vertedero, en el estudio de esquemas de desv&o y para estudios de riesgos. $. 0atos del nivel de agua subterránea en las proximidades del reservorio y del sitio de presa %. $apas de las cuencas de inundación. &. urvas del tirante de agua a trav6s de los rangos esperados de descarga. Estudios de sedimentación, erosión del canal, los efectos de
obstrucción del canal aguas aba%o, y los efectos de futuras construcciones aguas aba%o. '. Estudios de remansos, cuando las caracter&sticas locali/adas aguas arriba del reservorio pueden ser afectadas por niveles de agua más altos que los que ocurren naturalmente. a deposición de sedimentos del reservorio debe de ser considerada en estos estudios
Lo, dato, de a-oo re/uerido, -ara el di,e0o hidráulico ,o12
". 4lu%o que entra al reservorio 7 máxima crecida probable y a veces frecuencias de crecidas moderadas de "88 y #88 a-os de per&odo de retorno, crecidas de dise-o diferentes de la máxima crecida probable, de la escorrent&a normal, de los canales de alimentación, y otros flu%os entrantes controlados. #. signaciones de almacena%e del reservorio. '. 9rea y datos de capacidad del reservorio. (. 0atos de sedimentación en el reservorio incluyendo volumen y distribución. :. 0atos de basuras y otro en el reservorio. . 4actores climáticos. <. 1equerimientos y limitaciones del nivel de agua del reservorio =. )roblemas anticipados de hielo >. nálisis de flu%o en canales abiertos ? perfiles de flu%o, curvas de remanso, curvas del tirante de flu%o. "8. 1equerimientos del r&o aguas aba%o "". )royectar los requisitos y limitaciones que implican los vertederos.
"#. Estudio de operación del reservorio 3incluyendo curvas de regulación y otros datos relacionados5.
CO!3ONENTES ada aliviadero está conformado por una aproximación, cuya función es la de encausar el flu%o de las aguas del reservorio para el desalo%o. a disposición de este flu%o se regula con un control hidráulico, que en muchas ocasiones es un cimacio, que implica la utili/ación de un vertedero en laberinto. a cota de estructura de control es la que determina el nivel de aguas máximo. guas aba%o de la estructura de control, el aliviadero debe poseer un conducto que lleve el flu%o hacia el antiguo cauce del r&o, y que puede ser un túnel o canal con superficie libre. Este debe tener un r6gimen supercr&tico, aunque en muchos casos se incluye por deba%o de las aguas de este canal una estructura de disipación de energ&a cin6tica.
Ca1al de a-ro4i5aci61 o constituye un área dentro del vaso de almacenamiento en la cual el agua pasa del estado de reposo desde el reservorio y a una velocidad m&nima, a la estructura de control. Este canal se inicia con un tramo excavado en tierra o proyectado en la presa, que normalmente conduce a un segundo tramo de concreto. El tramo excavado en tierra presenta un ancho mayor que el tramo de concreto, motivado por la transición usada entre ambos canales
@o existen en la bibliograf&a parámetros de dise-o del canal de aproximación, y es importante tener en cuenta que es dif&cil encontrar en la geomorfolog&a de todas las presas construidas y a construir, condiciones totalmente a%ustadas a tablas de datos para la proyección de este. )or esta ra/ón, se indica la particularidad de cada dise-o de aliviadero. Ain embargo, existen una serie de normas de dise-o, determinadas por las caracter&sticas que debe presentar el flu%o de agua en la entrada de la estructura de control, que deben cumplir ambos tramos del canal de aproximación.
E,tructura, de co1trol. a estructura de control, es el elemento que determina el nivel de aguas normales del embalse. Aobre este nivel se proyecta que el aliviadero realice la descarga del excedente a trav6s de la estructura de control. Ae espera que durante la descarga, el nivel del embalse alcance el nivel de aguas máximas, ya que sobre este nivel la presa estar&a en peligro. un as&, el canal del aliviadero tiene previsto un borde libre, como factor de seguridad. 0entro de las estructuras de control, el cimacio es el más usado. Este generalmente es construido en concreto, y se obtiene al inclinar un vertedero de pared en un vertedero de cresta viva, a%ustándolo a la hidrodinámica del vertido del flu%o. l ser una estructura masiva de concreto, lo hace estable. Está separado del resto de los componentes del aliviadero por %untas de dilatación, e igualmente dividido en varios bloques, cuando la longitud, determinada por el ancho del aliviadero as& lo requiere. En su base, normalmente se coloca un drena%e, cuya finalidad es captar cualquier filtración que pueda dar origen a inestabilidad de la estructura. El perfil de aguas aba%o del cimacio debe unirse con el canal rápido. Aobre la cresta del cimacio, el flu%o de agua alcan/a la altura cr&tica haci6ndose el r6gimen hidráulico. ntes del cimacio el flu%o es subcr&tico y a partir de este punto es supercr&tico.
Ca1al rá-ido El canal rápido es un canal en r6gimen supercr&tico que conduce el flu%o desde el pie de la estructura de control, hasta la estructura final de disipación de energ&a. Aus dimensiones están determinadas por la magnitud del caudal a descarga, el estudio económico del aliviadero y por las caracter&sticas morfológicas del sitio de aliviadero. +eneralmente el canal rápido es un canal de ancho constante, igual al ancho de la estructura de control, aunque en algunos casos se puede hacer convergente o divergente. Esto con la finalidad de modificar las condiciones hidráulicas en la entrada de la estructura final de disipación, para obtener las condiciones de disipación deseadas. os rápidos de los aliviaderos son casi siempre canales rectangulares, revestidos de concreto, con suficiente borde libre para evitar el derrame de agua y consecuente socavación del suelo adyacente. +eneralmente las paredes laterales son muros que funcionan como muros en voladi/o empotrados a una /apata de fundación, en donde la solera del canal se completa con losas. os espesores de los muros laterales y /apatas dependen de las cargas a las que el muro está sometido
a losa central puede variar en espesor influyendo en esto las condiciones del suelo, y carga de agua, entre otros. En los casos en que este canal se coloca sobre rocas de buenas caracter&sticas de fundación, se puede evitar los muros de voladi/o, anclando la pared lateral a la roca mediante estructuras particulares, según las necesidades espec&ficas de cada aliviadero.
E,tructura, 7i1ale, o di,i-adora, de e1er89a as estructuras finales cumplen en algunos casos la función de cambiar el r6gimen propio del canal rápido de supercr&tico a subcr&tico, as& como minimi/ar o disipar la energ&a cin6tica contenida en el fluido descargado. En estos casos las estructuras utili/adas son los denominados estanques o po/os disipadores y estos traba%an mediante la formación de un resalto hidráulico dentro de su configuración. Bambi6n existen los lan/adores o deflectores sumergidos, para los cuales existen una amplia serie de parámetros de dise-o. Bambi6n la estructura final es la responsable de la transición del flu%o desde el aliviadero al curso de agua natural. En otros casos la estructura final está constituida por un deflector o lan/ador libre, el cual cambia la dirección de la corriente proyectándola le%os del aliviadero, en donde por su impacto se forma un estanque
que constituirá un colchón de aguas en el cual el excedente de energ&a cin6tica es disipado. os estanques disipadores consisten en un estanque contiguo al canal rápido, dentro del cual se forma el resalto hidráulico El r6gimen pasa a subcr&tico velocidades suficientemente ba%as para que puedan ser toleradas por el antiguo cauce del r&o o canal de descarga que conduce a 6ste. El dise-o de estas estructuras, requiere de un gran volumen de material. En la gran mayor&a de los casos debe poder soportar las fuer/as de las presiones y vibraciones propias del resalto hidráulico y la presión de poros desarrollada en la fundación. a presión de poros puede ser negativa, ocasionando la absorción de material; o positiva, produciendo una fuer/a aplicada. Bambi6n se ha dado el caso de una combinación de ambas. En muchos aliviaderos para embalses en Europa, es común ver la utili/ación de los lan/adores. os estanques disipadores incluyen obras de obras de transición entre el estanque y el curso de agua
DESCARGA SOBRE CONTROLES.
UNA CRESTA DE
VERTEDERO
SIN
a descarga sobre una cresta de vertedero se obtiene por medio de la fórmula
En la que2 C D descarga. D un coeficiente de descarga variable.
D longitud efectiva de la cresta. eD carga total sobre la cresta, incluyendo la carga correspondiente a la velocidad de llegada, he. .En el coeficiente de descarga, influyen numerosos factores como2 3"5 la profundidad de llegada, 3#5la relación de la forma real de la cresta a la de la lámina ideal, 3'5 pendiente del paramento aguas arriba, 3(5 interferencia de lavadero de aguas aba%o y 3:5 el tirante de la corriente aguas aba%o. En la carga total sobre la cresta, e, no se toman en cuenta las p6rdidas por ro/amientos en el canal de llegada ni otras debidas a la curvatura del canal aguas arriba, las p6rdidas al pasar por la sección de entrada, ni las p6rdidas en la entrada o en la transición. uando en el proyecto del canal de llegada se producen p6rdidas importantes, deben a-adirse a e para determinar las elevaciones correspondientes a las descargas dadas por la ecuación anterior. )ruebas en modelos sobre los vertederos han demostrado que el efecto en la velocidad de aproximación es insignificante cuando la altura h del vertedero es mayor que ".'' d, dónde d es la altura de dise-o excluida la altura de velocidad de aproximación. En estas condiciones y con la altura de dise-o 3es decir hFd mayor que ".'' y eDd, para lo cual la altura de velocidad de aproximación es insignificante5 el coeficiente de descarga es dD(.8'.
Calculo -ara caudal de vertedore, tria18ulare,
RE:UISITOS GENERALES DE INSTALACI;N DE VERTEDEROS a. El vertedero deberá ubicarse en canales de sección uniforme y alineamiento recto aguas arriba, en una longitud mayor de #8. b. El vertedero debe instalarse normalmente al flu%o y la cresta debe estar perfectamente lisa y nivelada. c. a lectura de la carga sobre la cresta se mide con una regla graduada o limn&metro ubicado por lo menos a una distancia '.: veces la carga máxima hacia aguas arriba. d. )ara asegurar su funcionamiento con descarga libre, debe instalarse un dispositivo de ventilación que comunique la cara aguas aba%o del vertedero con la atmósfera. e. Ai la instalación del vertedero es permanente, debe de%arse un dispositivo de drena%e para evacuar los sedimentos depositados. f. Ae recomienda que la cresta sea de material resistente a la corrosión como bronce, acero, plástico y con la arista viva.
ANE
parato para el cálculo de vertederos en laboratorio
CONLCUSION Al i1ve,ti8ar =u,car veo /ue u1 vertedor de ca9da li=re e, 5u u,ado ,e reco5ie1da -ara -oca, altura, de a8ua, e1 lo, ca,o, do1de el rio rece-tor e,tá co1,tituido -or roca ,a1a. De i8ual 5a1era la to-o8ra79a la 8eolo89a ,o1 de ,u5a i5-orta1cia -ara toda, la o=ra, de e5=al,e de=ido a /ue e,to va a co1,truir la 7u1daci61 de la o=ra, El aliviadero o vertedor de=erá te1er u1a relaci61 e1 ta5a0o co1 el caudal /ue ,e va a de,car8ar -or ,u-ue,to 5ie1tra, 5aore, ,ea1 e,ta, e,tructura, ,e 1ece,itara 5e>or 8eolo89a 5a, e,-acio.
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