Ing. Teresa Velsquez Bejarano. Docente Principal de la UNALMUNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA Facultad de Ingeniera Agrcola Departamento de Recursos Hdricos CURSO DISEO DE ESTRUCTURAS II UNIDAD 5.- ALIVIADEROS EN PRESAS 07/11/20131 Estructura Hidrulica proyectada con la finalidad de descargar excedentes delosVolmenesdeingresoal Reservoriocuandoestese encuentraenelnivelMximode operacin, llamado NAMO (Nivel de Aguas Mximas Ordinarias). Lasdescargassobreelaliviadero producenuntirantesobrelacresta delaliviaderoysobreelNivelde operacin NAMO del Reservorio.El nivelproducidoporestetirantede excedenciassedenominaNAME (NiveldeAguasMximas Extraordinarias). ALIVIADERO DE DEMASIAS EN PRESAS 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano2 Losaliviaderosdebendeser diseadosparaalcanzaruna capacidadmximadedescarga,y bajoningunasituacinrebasarel nivelNAMEparaelcualfueron diseados ElPeriododeRetornodelas Avenidasconsideradasenel diseodeunaliviaderoestn normadassiguiendo recomendacionesdeInstituciones comoelComitNacionalEspaol de Grandes Presas- ESPANCOLC, InternationalComissiononLarge Dams-ICOLD, Comit Argentino de Presas. ALIVIADERO DE DEMASIAS EN PRESAS 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano3 Cuadro para Seleccin del Periodo de RetornoComit Nacional Espaol de Grandes Presas- ESPANCOLC, International Comission on Large Dams-ICOLD, Comit Argentino de Presas. CATEGORA DE LAS CONSECUENCIAS PERIODO DE RETORNO RIESGO Muy Alta(A) Entre 10,000 Aos y la Mxima ProbablePrdida de muchas vidas humanas y daos muy grandes (sociales, econmicos y al medio ambiente) Alta(B) Entre 2,000 y 10,000Aos Algunas vidas humanas y sustanciales prdidas sociales, econmicas y ambientales Baja(C) Entre 500 y 2,000 Aos Ninguna vida humana y pocas prdidas sociales, econmicas y ambientales Muy Baja(D) Entre 100 y 500 Aos Caso de pequeas presas con reducidas prdidas materiales 4 Salida de Agua por rebose para controlar los niveles NAMO Y NAME en una presa Conduce las aguas que se encuentran sobre el NAMO al cauce del rio. Control de Rebose sobre la Presa. Evita posibles fallas en la Presa por sobre saturacin debido a un rebose sobre la presa. FUNCION DEL ALIVIADERO 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano5 ELEMENTOS DE UNA OBRA DE ALIVIO ESTRUCTURA DE ENTRADA CONDUCTO DE AGUA PUEDE HABER CONTROL DE COMPUERTAS ESTRUCTURA DE L CANAL DE DESCARGA POZA DE DISPACION ESTRUCTURA DE SALIDA AL CAUCE 07/11/20136 ESTRUCTURA DE ENTRADA CONDUCTO DE AGUA POZA DE DISPACION ALIVIADERO TOMA DE DESCARGA CUERPO DE LA PRESA Entrada al aliviadero Poza de disipacin del Aliviadero Entrada a la Obra de Toma 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano7 Presa con cuerpo zonificado Salida de Obra de Toma Entrada a la Obra de Toma Canal de descarga del Aliviadero Poza de DisipacionAliviadero 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano8 Aliviadero de la Presa Gallito Ciego 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano9 El diseo considera el Periodo de Retorno de las Avenidas consideradas en el diseo de un aliviadero estn normadas siguiendo recomendaciones de Instituciones como el Comit Nacional Espaol de Grandes Presas- ESPANCOLC, International Comission on Large Dams-ICOLD, Comit Argentino de Presas. Para el caso de Presas Bajas la recomendacin del periodo de retorno es de 500 a 2,000 aos. Para el caso de Presas muy bajas la recomendacin es de un Periodo de Retorno de 100 a 500 aos. La seleccin del Periodo de retorno depender de la ubicacin del eje de Presa, rea de Inundacin del espejo del Reservorio, Riesgo de Inundar y afectar a Poblaciones aledaas, Daos al ambiente, Flora, Fauna, Restos arqueolgicos, Especies en extincin. CAUDAL DE DISEO EN ALIVIADEROS 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano10 NIVEL NAMO- NAME Estimacin del Nivel NAMO NAME

La estimacin de esta Altura se determina a travs de:El trnsito de avenidas en vasos es un procedimiento que sirve para determinar el hidrograma de salida de una presa dado un hidrograma de entrada. Este Hidrograma responde a un Periodo de retorno seleccionado. El trnsito de avenidas en vasos se usa, como en la simulacin de funcionamiento de vasos, la ecuacin de continuidad: I O = dV / dt. Hidrograma de Avenidasdel Periodo de retorno seleccionado, I Hidrograma de Salida segn seleccionado, O AliviaderodV / dt. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano11 Hidrograma de Avenidasdel Periodo de retorno seleccionado Hidrograma de Salida segn seleccionado AliviaderoCaudal de Diseo Volumen Almacenado en el Reservorio despues de la Avenida dV / dt. TRANSITO DE LA AVENIDA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano12 0.005.0010.0015.0020.0025.0030.000.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0CAUDAL (m3/s) TIEMPO (hrs) PRESA ARHUAYCOCHA HIDROGRAMA DE ENTRADA (I)YSALIDA(O) ImOQ CALCULO DE NAMENAME= 4427.59+0.749=4483.39m.s.n.mSI: Q = 2.42 x L x H(3/2)ENTONCES: LA ALTURA DEL TRANSITO DE LA AVENIDAL = 10 m ; Q = 15.70 m3/sH = 0.749mNAME = NAMO + 0.749NAMO= 4427.59 m.s.n.mCASO TRANSITO PRESA ARHUAYCOCHA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano13 EJE DE PRESA 0.0010.0020.0030.000.0 5.0 10.0CAUDAL (m3/s) TIEMPO (hrs) PRESA ARHUAYCOCHA HIDROGRAMA DE ENTRADA (I)YSALIDA(O) ImOQ NIVELES DE OPERACIN DEL ALIVIADERO 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano14 CASO MAXIMAS AVENIDAS EN EJE DE PRESA SHALLAP Laguna Shallap

Laguna Rajucolta

T Aos

Q(m3/s)

Q(m3/s)

10 25 50 100 500 1000

8.10 9.18 9.97 10.76 12.58 13.37

9.24 10.47 11.37 12.28 14.36 15.25

Anlisis de Mximas AvenidasDistribucin Gumbel Periodo de Retorno a considerar para el diseo del Aliviadero. Evaluar impactos Valores de Caudal Maximo segn metodologia. Concordar y acordar metodologia para seleccin. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano15

Periodo de Retorno

Laguna Shallap

Laguna Rajucolta

T

Caudal max. Inst.

Caudal max. Inst.

Aos

m3/s

m3/s

10

15.63

19.80

25

21.85

27.68

50

26.56

33.64

100

31.26

39.60

500

42.19

53.43

1000

46.90

59.39 CASO MAXIMAS AVENIDAS EN EJE DE PRESA SHALLAP MAXIMAS AVENIDAS: METODO DE LA ENVOLVENTE DE CREAGER

Periodo de Retorno a considerar para el diseo del Aliviadero. Evaluar impactos Valores de Caudal Maximo segn metodologia. Concordar y acordar metodologia para seleccin. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano16 TIPOS DE ALIVIADEROS 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano17 VERTEDOR DE DESCARGA LIBRE El agua cae libremente en la cresta, el fllujo es descargado al canal de descarga y luego la rapida conduce a la poza de disipacion. La descarga puede correr a lo largo de una seccion angosta de la cresta. VERTEDOR DE CIMACIO La lamina de agua se adhiere al paramento del perfil, evitando el acceso de aire a la cara inferior de la lamina. En este caso el agua se desliza sobre la cresta sin interferencia. TIPOS DE ALIVIADEROS SEGN LA FORMA DE DESCARGAR EL FLUJO 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano18 ALIVIADERO DESCARGA LIBRE TIPOABANICO CON CRESTACIMACIO. Vertedor con cresta cimacio, segn las condiciones puede seleccionar cresta delgada 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano19 TIPOS DE ALIVIADEROS VERTEDOR CON CANAL LATERAL El vertedor se coloca al costado de una de los estribos del eje de la Presa. El flujo descarga al canal en forma perpendicular. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano20 TIPO MORNING GLORY Vertedero en Presa AGUADA BLANCA Sistema regulado del Rio Chili-Arequipa-Peru 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano21 CASOS DE RESERVORIOS CON DIVERSOS ALIVIADEROS Y TOMAS DE DESCARGA (De pequea y mediana altura) 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano22 Pequeo Reservorio de Almacenamiento de AGUA para Regulacion Horaria y Produccion de energia en Punta. Con Aliviadero Con obra de descarga Uso de Geosinteticos Reservorio San Diego. Duke Energy. Santa CASOS DE RESERVORIOS PEQUEOS DE ALMACENAMIENTO CON PRESAS SIN ALIVIADERO, CON TOMA DE DESCARGA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano23 CASOS DE RESERVORIOS PEQUEOS DE ALMACENAMIENTO CON PRESAS CON ALIVIADERO, CON TOMA DE DESCARGA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano24 CRITEROS HIDRAULICOS PARA EL DISEO DE ALIVIADEROS 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano25 CRITEROS HIDRAULICOS PARA EL DISEO DE ALIVIADEROS La estructura de control mas usada es del tipo cresta de cimacio, cuya formaseaproximaalalminadeaguaquesaleporunaliviaderode pareddelgada,laformadeestaseccindependedelacarga,la inclinacin del parmetro aguas arriba de la seccin vertedora. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano26 CRITEROS HIDRAULICOS PARA EL DISEO DE ALIVIADEROS Una forma aproximada de la seccin para cresta con parmetro de aguas arriba vertical y velocidad de llegada despreciable se muestra en la Figura 1. Esta forma no se puede considerar en aliviaderos pequeos y cuando la altura de llegada P es menor que la mitad de la carga mxima sobre la cresta la seccin debe determinarse considerando la siguiente frmula: Donde: K y n son constantes que dependen de la inclinacin de aguas arriba y de la velocidad de llegada ver Figura 1. Ho=Carga del proyecto. Para el primer caso se muestran los elementos de la seccin de la cresta en la Figura 1, los valores R 1 y R 2 estn en funcin de la carga del proyecto , se puede encontrar en la Figura 2. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano27 ho Ho, Ho= ho+v2/2g FIGURA 1. Elementos de las secciones de las crestas con forma de la lamina vertiente Valores de n Valores de R C Coeficiente de descarga variable v2/2g Valores de K 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano28 FIGURA 1. Elementos de las secciones de las crestas con forma de la lamina vertiente n K ho/Ho ho/Ho 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano29 FIGURA 2. Radios de la Cresta en funcin de la carga07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano30 FIGURA 2. Radios de la Cresta en funcin de la carga07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano31 FIGURA 2. Radios de la Cresta en funcin de la carga07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano32 DESCARGA EN EL ALIVIADERO Dnde:

Q=caudal (m3/seg)

C=coeficiente de descarga variable

L=longitud efectiva de cresta (m)

Ho=carga total sobre la cresta incluyendo la carga correspondiente a la velocidad de llegada , ha (m). El valor de C lo calculamos de la Figura No. 189 y 190 de DISEO DE PEQUEAS PRESAS DEL BUREAU OF RECLAMATION, considerando que la cresta de cimacio sigue una forma ideal cuando se considera y =1 Para P/Ho =1, Co= 3.85, Si He/Ho= 1, C/Co=1, C= Co=3.85

o HHeO= 1PHO07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano33 Co P/Ho DISEO DE PEQUEAS PRESAS DEL BUREAU OF RECLAMATION. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano34 C/Co DISEO DE PEQUEAS PRESAS DEL BUREAU OF RECLAMATION. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano35 En la cada de carga del cimacio, el tirante crtico y entra al canal de descarga con rgimen supercrtico para evitar el salto hidrulico se debe mantener este rgimen.El gasto en cualquier punto del canal depende de la energa especfica disponible en ese punto que ser igual a la cada total desde el nivel de agua del vaso hasta el piso del canal del punto considerado, menos la prdida de carga acumulado en este punto segn las dimensiones de las secciones transversales del canal. Segn Bernoulli: DESCARGA EN EL CANAL DE DESCARGA Lh hv d hv d Z A + + = + +2 2 1 1Dnde: AhL, son todas las prdidas de carga que ocurren en el tramo de canal, cuando las pendientes no son empinadas, se puede considerar que el tirante normal yn es igual a la profundidad vertical d.

07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano36 A A h S LL =rAP=23 / 2||.|

\|=rvnSLas prdidas por rozamiento se pueden expresar: S= pendiente AL=tramo considerado Dnde: V=velocidad (m/s) r=radio hidrulico (m) A=rea (m2) n=coeficiente de rugosidad ( ~ 0.018 para canal revestido de Concreto) DESCARGA EN EL CANAL DE DESCARGA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano37 El perfil del canal se elige de forma que se ajuste a las condiciones topogrficas y geolgicas del lugar y generalmente son tramos rectos. Para evitar la tendencia del agua a separarse del piso reducindose la presin de contacto con la superficie, la forma del piso al final del canal de descarga debe de considerar una curvatura convexa definida por: ( ) ) cos 4 (22uuVH d KXtg X Y++ = Dnde: pendientedel piso aguas arriba de la curva K>1.5 DESCARGA EN EL CANAL DE DESCARGA 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano38 PERFIL DEL CANAL DESCARGA En la curvatura cncava : RqvP=2RdvP=22Dnde:

R=radio de curvatura mnima en metros

q=descarga (m3/s)

v=velocidad (m/s)

d=tirante (m)

P=presin dinmica normal sobre el piso en k/m2

07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano39 PERFIL DEL CANAL DESCARGA El canal debe ser rectangular, el borde libre se puede calcular segn : ( )BL v d = + 20 002531 2. ./Dnde: BL=bordo libre (m) V=velocidad (m/s) d=tirante (m) 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano40 ESTRUCTURAS DISIPADORAS DE ENERGIA Cuandolaenergadelflujoenunvertedordebedisiparseantesdela descargaalcaucedelroaguasabajo,laPozadedisipacinparala formacindelsaltohidrulicosonunmedioefectivoparareducirla velocidad de salida a un estado tranquilo.

El clculo se efecta con los siguientes relaciones: ( )dc q g =21 3//Donde :

dc=tirante crtico (m)

q=gasto unitario (m3/s/m)

g=aceleracin de la gravedad (m/s2) 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano41 qQrLv=Donde:

Qr=caudal regularizado (m3/s)

Lv=longitud de vertedero (m) hvdc Vcgt = =2 22Donde:

hvt=carga de velocidad en condiciones crticas (m)

Vc=velocidad en condiciones crticas. 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano42 De la Figura No. 18.1 se puede apreciar que: H Ht di = 1Vt gH = ( )/211 2AQVt1 =dqVt1 =) ) 8 1 ( 1 (22 / 12112FrdD + + =) ( 51 2d d L = P d dn= 1152.07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano43 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano44 Pozas de Disipacion TANQUE SAF SAINT ANTONY FALLS VERTEDEROS PEQUEOS, OBRAS DE DESCARGA DONDE: 1.7 < F1 < 17 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano45 Pozas de Disipacion TANQUEUSBR II US BUREAU OF RECLAMATION VERTEDEROS DE GRAN MAGNITUD, OBRAS DE DESCARGA DONDE: F1 > 4.5 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano46 Pozas de Disipacion TANQUEUSBR II US BUREAU OF RECLAMATION VERTEDEROS DE GRAN MAGNITUD, OBRAS DE DESCARGA DONDE: F1 > 4.5 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano47 Pozas de Disipacion TANQUEUSBR IV US BUREAU OF RECLAMATION VERTEDEROS DE GRAN MAGNITUD, OBRAS DE DESCARGA DONDE: 2.5 < F1 < 4.5 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano48 TIPOS DE POZAS DE AMORTIGUACION (Bureau of Reclamation) 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano49 07/11/201350 07/11/201351 07/11/201352 07/11/201353 GRACIAS POR SU ATENCION. tvelasquez@lamolina.edu.pe velasquezbejarano@yahoo.es 07/11/2013Ing Teresa Velasquez Bejarano54