Trabajo Encargado (1).docx

GEOLOGIA APLICADA

EPIC - UPT

“AÑO DEL DIALOGO Y LA RECONCILIACION NACIONAL” UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO ENCARGADO “DISEÑO DE ALIVIADERO LATERAL”

CURSO

:

GEOLOGIA APLICADA

DOCENTE

:

ING. GLORIA CHOQUE MACHACA

GRUPO

:

A

PRESENTADO POR

:     

TORRES MAMANI, Vanessa MAMANI QUENTA, Giovana LOPEZ VILCA, Alondra PUPI ZONCO, Diana ALFONTE CHUCUYA, Ronald

TACNA - PERU 2018

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1. INTRODUCCIÓN

En la ingeniería civil el trabajo en obras hidráulicas que comprenden canales es muy frecuente, y a veces por algunos cambios climatológicos suceden grandes precipitaciones que hacen que los caudales aumenten de manera rigurosa, para poder evitar la excedencia de gastos o caudales que suceden muy a menudo se ideo una estructura que sirva para regular estos caudales, llamada vertedero lateral que tiene como función básica la de controlar excedencia. Un buen ingeniero debe saber cómo funciona esta estructura y su realizar su diseño es por eso que se desarrolló el siguiente trabajo con el fin de proporcionar al estudiante los medios utilizados científicos y técnicos utilizados para un buen diseño; y que al momento de tener la necesidad de realizar algún tipo de trabajo que esté relacionado con excedencias en canales esté preparado.

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2. VERTEDERO

Los vertederos y las barreras son presas con niveles relativamente bajos construidas en un río para elevar suficientemente su nivel, para desviar la totalidad o parte del flujo hacia un canal de suministro o conducto para irrigación, generación hidroeléctrica, usos domésticos e industriales, etc. Estas estructuras de desviación usualmente proporcionan una capacidad pequeña de almacenamiento. En general, los vertederos (con o sin compuertas) son más voluminosos que las barreras, las que siempre se controlan mediante compuertas. Las barreras incluyen canales reguladores, diques de nivel bajo para mantener un flujo de aproximación apropiado hacia los reguladores, túneles sedimentadores para controlar la entrada de sedimentos al canal y escaleras de peces para sus movimientos migratorios. Los vertederos también se utilizan para desviar inundaciones repentinas hacia áreas de irrigación o para recarga de acuíferos subterráneos. Algunas veces también se emplean como estructuras para medición de flujos. La selección del sitio para una barrera depende ante todo de la localización y elevación del canal de toma; debe escogerse un lugar donde el lecho del río sea comparativamente angosto y de relativa estabilidad. Deben considerarse los requerimientos de almacenamiento, la interferencia con las estructuras existentes, como puentes, el desarrollo urbano y la existencia de tierras agrícolas valiosas, etc., así como las opciones disponibles para desviar el flujo durante la construcción. (P. Novak, 2001)

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a.

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FUNCIÓN DE LOS VERTEDEROS 

Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel requerido para el funcionamiento de la obra de conducción.



Mantener un nivel casi constante agua arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lamina liquida de espesor limitado.



En una obra de toma, el vertedero se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas avenidas.



Permitir el control de flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carretas, sistema de alcantarillado.

b.

CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS Según Arturo Rocha, Existen diferentes tipos de vertederos. Pueden Clasificarse por

el tipo de cresta, por los niveles de aguas abajo, por su forma, por las condiciones laterales, por su inclinación con respecto a la corriente y por otras circunstancias. i.

Clasificación de los vertederos por el tipo de cresta

Por el tipo de cresta se distingue dos grandes tipos: vertederos en pared delgada y vertederos en pared gruesa. La diferencia esta en el tipo de contacto entre la napa vertiente y el paramento. ii.

Clasificación de los vertederos por los niveles de aguas abajo

Este es un criterio de clasificación muy importante. En el vertedero libre el nivel de agua abajo es inferior al de la cresta.

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En cambio, el vertedero sumergido o incompleto se caracteriza porque el nivel de aguas abajo es superior al de la cresta. Esto no significa necesariamente, como ha sido claramente señalado por Domínguez, que "dicho nivel tenga influencia en el escurrimiento sobre el vertedero, porque puede suceder que no lo tenga y en cambio otro, aun inferior a la cota del umbral, la puede tener en otras circunstancias. Un vertedero, pues, definido como incompleto o ahogado por la cota del escurrimiento de aguas abajo, no es sinónimo de vertedero influenciado por dicho nivel". iii.

Clasificación por las condiciones laterales de descarga

Los vertederos pueden ser con contracciones laterales o sin ellas. Los vertederos con contracciones laterales son aquellos en los que la longitud L del vertedero es menor que el ancho B del canal de aproximación. Para que se produzca contracciones laterales completas es necesario que la distancia entre cada extremo del vertedero y la pared del canal sea por lo menos de 3H. Es recomendable también que la altura P del umbral sea por lo menos igual a 3H. Naturalmente que si B = L es un vertedero sin contracciones laterales. Según Máximo Villón, El vertedero Lateral, es una estructura de Protección que permite evacuar los excedentes de caudal, cuando el nivel de agua en el canal pasa de un cierto límite adoptado. 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 ciertos daños, por lo tanto, su ubicación recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro. (Villón Béjar, 2005)

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iv.

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Clasificación de los vertederos según su forma

Según la forma hay diferentes tipos de vertederos: rectangulares, triangulares, trapeciales, circulares, parabólicos, poligonales y muchas otras posibilidades geométricas.

v.

Clasificación de los vertederos por la inclinación del parámetro

El paramento de los vertederos suele ser vertical, pero puede estar inclinado hacia aguas arriba o hacia aguas abajo. El vertedero inclinado hacia aguas abajo disminuye la contracción. En consecuencia, para una misma carga H el gasto aumenta con la inclinación hacia aguas abajo. Si la inclinación fuese hacia aguas arriba ocurriría lo contrario. Existe también el llamado vertedero entrante. (Rocha Felices)

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3.

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VERTEDEROS LATERALES

Los vertederos laterales, también conocidos como aliviaderos, son aberturas o escotaduras que se hacen en una de las paredes o taludes de un canal, su función es evacuar el exceso de caudal o desviar el flujo hacia otro canal. En la figura 1 se aprecia el esquema en planta, vista frontal y perspectiva característico de un vertedero lateral de longitud L. Las variables típicas de un vertedero lateral sonlas siguientes (González, 2000):

L= longitud del vertedero. s= umbral, barrera o altura del vertedero. T= ancho interno o útil del canal. En algunas fórmulas corresponde a “b”, que es el ancho máximo. Q0 = caudal de entrada antes de cruzar por el vertedero. Q1 = caudal de salida no vertido después de cruzar el vertedero. Q1 -Q0 = caudal vertido en la escotadura o vertedero lateral. X= abscisa variable en la escotadura del vertedero. Y= altura de la lámina de agua en el punto ‘X’. Z= altura del agua sobre la cresta del vertedero, se denomina carga del vertedero.

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4.

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FUNCIONAMIENTO DE LOS VERTEDEROS LATERALES

Se basa en la ley de la conservación de la energía. Se supone que toda la energía del agua que pasa por la cresta se disipa al mezclarse con el agua del canal. En cualquier tramo corto del canal lateral, la cantidad de movimiento al principio del tramo, mas cualquier aumento debido a las fuerzas externas, será igual a la cantidad de movimiento al final del tramo. 5. ASPECTOS MÁS IMPORTANTES (TRES):  El primero trata de las perturbaciones en los extremos del vertedero lateral, que se producen al desprenderse los filetes a la entrada y el choque de flujo a la salida disminuyendo su longitud útil. Para este aspecto no existe experimentación sistemática, pero se acepta para vertederos laterales de longitud menor de cinco veces la carga, una disminución de la longitud útil de por lo menos 0,2h (h: carga sobre la cresta del vertedero lateral), despreciando su efecto cuando la longitud del vertedero lateral es mayor.  Segundo aspecto se refiere a la fórmula de caudal que pasa sobre el vertedero lateral, ya que las que se encuentran normalmente son empíricas.  El tercer aspecto trata del coeficiente de gasto (m)que ha de intervenir en el vertedero lateral. Como la carga sobre el umbral es variable, habrá que tomar coeficientes de gasto dependientes de la carga y variables de un extremo a otro del vertedero.

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6. DISEÑO DE UN ALIVIADERO LATERAL Ejemplo 01:

Un canal trapezoidal de rugosidad 0,014 con taludes 1:1 plantilla 1 m y pendiente 1 0/00 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.

Datos:

n = 0.014

z= 1:1 = 1

b= 1.00 m

S= 0.001

Qmax = 9 m3/s

Qn = 4.00 m3/s

Q2 = 4.00 m3/s

Ymax =?

Yn=?

Y2=?

Y1=?

h1 =?

h2 =? SOLUCION:

1.- CALCULO DE TIRANTES ( Ymax, Yn, Y2 ) Canal Trapezoidal

Q=

1 𝑛

. 𝑆 1/2 . 𝑅2/3 . 𝐴

T= 𝑏 + 2. 𝑧. 𝑦

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R=

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𝐴 𝑃

A= (𝑏 + 𝑧. 𝑦)𝑦 P= 𝑏 + 2. 𝑦√1 + 𝑧 2 R= Q=

(𝑏+𝑧 𝑦)𝑦 𝑏+2.𝑦√1+𝑧 2 1 𝑛

. 𝑆 1/2 . [

(𝑏+𝑧 𝑦)𝑦 𝑏+2.𝑦√1+𝑧

] 2

2/3

. (𝑏 + 𝑧. 𝑦)

Para hallar los tirantes usaremos el programa HCanales Para Ymax = 1.71 m

Para Yn = 1.17 m

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Para Y₂ = 1.42

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2.- CALCULO DE “h”

h₂ = Y₂-Yn = 1.42 – 1.17 = 0.25 m h₁ = 0.8h₂ = 0.8 (0.25) = 0.20 m h₁ < h₂ 𝒉=

h₁ + h₂ 0.20 + 0.25 = 2 2

𝒉 = 0.225 𝑚 Y1 = Yn + h₁ = 1.17 + 0.20 = 1.37 m

3.- CAUDAL A EVACUAR “Q”

Q = Qmax – Q2 3

Q = 9 – 6 = 3.00 m /s 4.- CALCULO DE LONGITUD DEL ALIVIADERO Para dimensionar el vertedero usaremos la fórmula de Forchheiner.

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Q=Ʋ× 𝜇√2𝑔 × 𝐿 × ℎ2 3

Valores de 𝜇 Anchos de cantos rectangulares

0.40 - 0.51

Para 𝜇 = 0.50 3

2

3.00 = 0. 95 × 3 0.50√2𝑔 × 𝑳 × 0.2252 3 × 3.00

𝑳=

3

2 × 0. 95𝑥0.50 × √2 × 9.81 × 0.2252 𝑳 = 𝟐𝟎. 𝟎𝟒 𝒎

Ejercicio 2 : Resolver el ejercicio anterior empleando la fórmula de Weisbach 3

2

Q= 𝜇 × 𝐿 × √2𝑔 × ℎ2 3

h = se considera un 60% del borde libre, como un criterio práctico de diseño y según el problema anterior se tiene: Q =3.00 m3/s 𝝁 = 0.50 h = 0.60 (1.71-1.17) h = 0.324 m Luego: 3

2

Q=3 0.50 × 𝐿 × √2 × 0.81 × 0.3242

𝐿=

3 × 3.00 3

2 × 0.50 × 4.43 × 0.3242 𝑳 = 𝟏𝟏. 𝟎𝟏 𝒎 En la Fig. 4.9 se aprecia una aplicación práctica de este diseño:

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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. Ejemplo 02: Medir el caudal de un canal de regadio .primero debe haber una poza de amortiguación aguas arriba, para calmar cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y suavemente.Se instala un vertedero triangular en forma nivelada ,se procede a colocar una estaca 1 mt aproximada aguas arriba a nivel con el vertice del vertedero triangular ,se deben evitar las filtraciones luego se procede a llenado de la posa de amortiguación ,los resultados de nuestra medición son los siguientes: H= 6cm

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El vertedero triangular es el mas preciso para medir caudales pequeños. la tabla proporciona los gastos “Q”(caudal) en litros por segundo para este tipo de vertedero, con distintos valores de altura “H” en centímetros

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7. CARACTERÍSTICAS Son semejantes a las de los vertederos ordinarios, y dependen del perfil elegido para la cresta. Para descargas máximas, el funcionamiento hidráulico del canal puede diferir de los vertederos ordinarios, ya que la circulación puede estar restringida en el conducto y su cresta puede quedar ahogada. 8. OBJETIVOS: Conocer el proceso de diseño hidráulico de las obras de arte de canales de riego. Concer los criterios de diseño de las obras de arte que se mencionan en el presente diseño Conocer la función e importancia de las obras de arte 9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS VERTEDEROS a. VENTAJAS:  El nivel de agua en el canal puede ser limitado mediante los mismos, es decir al presentarse niveles de agua más altos las demasías pueden ser derivadas por medio de un vertedero fijo colocado en la pared del canal.  No son necesarias compuertas móviles, de manera que la obra de aliviadero prácticamente no requiere trabajos de mantenimiento.  Cuando se desea una cresta vertedora larga y las laderas son empinadas y acantiladas, o donde el control debe conectarse a un canal de descarga angosto o túnel, los vertederos laterales son la mejor opción. b. DESVENTAJAS:  Estas ventajas del vertedero lateral, sin embargo, son restringidas por una desventaja que resulta del funcionamiento hidráulico.  Cuando el nivel de agua debajo de un vertedero es lo suficientemente elevado para afectar la descarga, se dice que el vertedero es ahogado.  Debido a turbulencias y vibraciones inherentes al funcionamiento de los canales laterales, no se considera estos problemas, excepto cuando existe una buena cimentación.

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10. ANEXOS

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BIBLIOGRAFÍA

P. Novak. (2001). ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS. Rocha Felices, A. (s.f.). HIDRAULICA DE TUBERIAS Y CANALES. Villón Béjar, M. (2005). Diseño de Estructuras Hidráulicas.

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