Aliviadero latera1
- 2. 1. Aliviaderos laterales 1.1 Generalidades Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitándose posibles desbordes que podrían causar serios daños, por lo tanto, su ubicación se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro. Los cuales de exceso a eliminarse, se originanalgunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos debe descargar con un mínimo de obras de arte, buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto último depende siempre de la conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, ubicación del vertedero, etc.) 2. Criterios de Diseño i. El caudal de diseño de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel máximo de su caja hidráulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de máxima avenida. ii. El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedará un excedente que corresponde teóricamente a unos 10 cm encima del tirante normal. iii. La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn. iv. Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de formulas, a continuación se describe la fórmula de Forchheiner. Q V 2 µ 3 L n3 / 2 Donde: V = 0.95 µ = coeficiente de contracción L = longitud del vertedero h = carga promedio encima de la cresta 2g
- 3. El flujo del canal, deberá ser siempre subcrítico, entonces: h2 > h1 h h1 h2 2 h1 = 0.8 h2 h = 0.9 h2 La formula 4,21 da buena aproximación cuando se cumple: V1 0.75 gY1 h2 – h1 Y2 - Yn Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores,según la forma que adopte lacresta.
- 4. Forma µ a) b) c) d) Anchos de cantos rectangulares Ancho de cantos redondeados Afilado con aeración necesaria En forma de techo con corona redondeada 0.49-0.51 0.5-0.65 0.64 0.79
- 5. i. El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se está eliminando por la ventana o escotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c ó d. ii. Los aliviaderoslateralespueden descargar a través de un vertedero con colchón al pie (desniveles pequeños) mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energía al final (desniveles grandes). Ejerció 1 Un canal trapezoidal de rugosidad 0.014 con taludes 1: 1 plantilla 1 m y pendiente 1 o/oo, recibe en épocas de crecidas un caudal de 9 m3/s., el canal ha sido construido para 4 m3/s, pero puede admitir un caudal de 6 m3/s. Calcular la longitud del aliviadero para eliminar el exceso de agua. Solución 1. Cálculode lostirantes YMax = 1.71 m Yn = 1.17 m Y2 = 1.42m 2) Cálculo de h h2 = .25 m h1 = 0.8 x h2 = 0.2 m h = 0.2 + 0.25 = 0.225 m 2
- 6. 3) caudal a evaluar Q = 3 m3 /s
- 7. 2xVxµx 2g xh3 / 2 4) Cálculode L Para µ = 0.5 y aplicando ecuación: L 30 L = 20 m Ejercicio2 Resolver el ejercicio anterior empleando la fórmula de Weisbach Q 2 µL 3 h3 / 2 h = se considera un 60% del borde libre, como un criterio práctico de diseño y según el problema anterior se tiene: Q = 3 m3 /s µ = 0.50 h = 0.6 (1.71 – 1.17) = 0.324 m Luego: L 3x3 3x0.5x4.43x0.184 L = 11 m En la Fig. 4.9 se aprecia una aplicación práctica de este diseño: Nota: Comparando los ejercicios anteriores se puede concluir que WEISBACH da vertederos muchos más cortos que Forchheiner, razón por la cual recomendamos el uso de la fórmula de Weisbach, además ésta ha sido utilizada con buenos resultados en el Departamento de Lambayeque. 2g
- 8. 2.1
- 11. 2zµx 2g xh3 / 2 1.3 CálculoHidráulicode unaliviadero–Alcantarilla Ejercicio3. A la altura del km 15+790 de un canal principal se plantea la necesidad de eliminar 9 m3 /s provenientede los excesos de lluvia y con la finalidad de prevenirdesbordes del canal,se desea proyectar un aliviadero, si el canal presenta un borde libre de 0.9 m, se pide: dimensionar hidráulicamente el aliviadero. Solución La solución al problema se presenta en las Figs. 4.10. a, b y c, donde debido a la situación topográfica se ha proyectado un aliviadero con alcantarilla. 1) Longitud del Aliviadero Como criterio práctico de diseño asumimos que un 60% del borde libre sería el valor de h en la fórmula de Weisbach y tomando µ = 0.62 como promedio, setiene: L 50 3x9 2x0.62x4.43x(0.54)1.5 L = 12.4 12.50 m El caudal de 9 m3 /seg entra por el aliviadero de 12,50 m de longitud y cae a una rampa con una inclinación mínima de 5%.
- 12. 2) Cálculo de H2 El valor H2 ’ se estima 1.5 Yc, siendo Yc el que ocurre en la sección 2y si asumimos en 2 un ancho de rampa b2 = 2.0 setendrá: q 9 4.5m3 / segxm 2 Yc = 1.273 m Entonces: H’ 2 = 1.91 m El valor de la cota en 2, será : 97.59 3) Cálculo de H1 97.59 + Yc H 2 1 99.50 H1 = 1.274 m El valor de la cota en 1, será: 99.23 En 1 el ancho de la rampa es: 60% de b2; b1 = 1.2 m 4) Pendiente de la rampa La rampa deberá tener una pendiente 5% S = 98.23 97.59 5.12% 12.5 El caudal que se está eliminando pasa por el punto 2 y cae a una poza que va conectada a una alcantarilla.
- 13. 5) Dimensionamiento de laalcantarilla Es necesario remarcar que por seguridad, se debe considerar una carga mínima de 1.5 Va2 /2g encima de la alcantarilla hasta el Punto 1, con lo cual se garantiza la sumergencia y sobre todo, hay más confianza de que no habrá desborde por la escotadura o aliviadero en el caso imprevisto de un mayor caudal. Asumiendo una alcantarilla de 1.5 x 1.5, se tiene: A = 2.25 m2 Va = 4 m/seg Con estos datos asumidos se prosigue el cálculo 1.5 Va² 1.22m 2g La altura de energía respecto al fondo de la alcantarilla será: H2 = 99.50 – 95.506 = 3.994 m Con ayuda del Plano Topográfico, se establece aproximadamente la cota de entrega de la alcantarilla y se hace un balance de energía entre este Punto y el Punto 2. E2 = 99.50 E2 = E3 + pérdidas + H2
- 14. ESQUEMA PRELIMINAR Perdidas = Entrada + Fricción + Codos (2 codos) Va2 L Va2 1/ 2 Va2 Pérdidas = 0.3 f 2 x (A) 2g D 2g 90 2g Va = velocidad de la alcantarilla f = 0.025, tomando este valor se obtienen también buenos resultados. = 0.25 (ver 2.6.11) = 22º D = 4R = 4 A 4 1.5x1.5 1.5 P 4x1.5 L = 22.6 (se obtiene aproximadamente mediante el esquema tentativo).
- 17. MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HI DRICO
- 18. MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO 1.706x19.62 1.9238 Reemplazando valores en (A) se obtiene: Va 2 Pérdidas = 09238 2g La ecuación del balance de energía será: 99.50 = 92.30 + Y3 + Y3 = 1.5 m V3 = Va Luego: Va = Va = 4.17 m/seg V 2 3 2g Va2 2g 0.9238 3.994 Resulta una velocidad ligeramente superior a la de 4 m/seg. asumida debido a las pérdidas de carga que son necesarias vencer, siendo necesario proyectar al final de la alcantarilla, un amortiguador del tipo de impacto que garantice una entrega con flujo lento, evitándose las erosiones y según la Fig. 4.11 corresponde a un amortiguador de W = 4.0 m. 1.4 Amortiguadoresdel tipode impacto La Fig. 4.11 resulta de gran utilidad para dimensionar estos amortiguadores con caudales hasta de 11.2 m3 /s (400 p.c.s) y velocidades iguales o menores a 9.14m/s (30pies). Estos amortiguadores pueden ser utilizados tanto en canales abiertos como en tuberías y la disipación es obtenida haciendo chocar el chorro de llegada contra un deflector vertical suspendido, el mejorfuncionamiento es obtenido, cuandoeltirante de la descarga, se aproxima, pero no excede a la mitad de la altura del deflector, siendo recomendable que el borde inferior del deflector se coloque al mismo nivel que el fondo del canal o tubo de llegada.
- 19. MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO FIG.4.11 AMORTIGUADORES DEL TIPO DE IMPACTO
- 20. MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO