OBRAS HIDRAULICAS

ALIVIADEROS y SALIDAS DE FONDO

Walter La Madrid, MSc. wwlamadrid@yahoo.es

Estructuras destinadas a la evacuacin

de caudales

3

Aliviaderos

Overflow

Side

Channel

Chutes

Tunnel

Siphon

ALIVIADEROS - DESAGES

ALIVIADEROS

OBJETIVO Evacuar caudales cuando se excede la

capacidad del embalse.

CLASIFICACIN

Aliviaderos de superficie

Aliviaderos (desages) intermedios

Aliviaderos (desages) profundos

FACTORES PARA EL DISEO

Caudal de diseo (crecida mxima)

Conjunto presa-aliviadero-cauce

Reparto de caudales entre distintos aliviaderos

Tipo de aliviadero

PARTES

Toma

Conduccin (descarga)

Reintegro (estructura terminal)

TIPOLOGA

Por la relacin con la presa: Aparte e integrado

Por la toma: Labio fijo con compuertas Por el tipo de conduccin: Lmina libre o en presin

Por el reintegro: resalto o trampoln

ALIVIADEROS. Tomas

TIPOS

De labio fijo

Con compuertas

DE LABIO FIJO

No desaga hasta que el agua supera el nivel del umbral.

Caudal por unidad de longitud depende del nivel

Q = Kz3/2

Funcionamiento automtico (esttico)

Lmina pegada

Lmina despegada

Perfil Creager

Presa vertedero con lmina adherida,

son casi todas las de gravedad.

Perfil Creager adaptado a paramentos.

Perfil Jukovsky pilas entre vanos.

No Regulada

General Discharge Relationship (US Bureau of Reclamation)

General Discharge Relationship Gated Spillway

(US Bureau of Reclamation)

Regulado

Morning Glory

Aliviaderos. Tomas

CON COMPUERTAS

Se mueven a voluntad Se puede controlar caudal y nivel En aliviaderos SUPERFICIALES Verticales (deslizantes, vagn,...)

De segmento (Taintor)

De sector

En aliviaderos SEMIPROFUNDOS Verticales

Taintor

ELEMENTOS DE CIERRE

Aguas abajo: Control

Aguas arriba: De seguridad

MANIOBRA

Abrir: ByPass -> vlv seguridad -> vlv control

Cerrar: Vlv control -> vlv seguridad -> ByPass

DESAGES PROFUNDOS

RESALTO + CUENCO AMORTIGUADOR

No hay conservacin de la energa Determinar la longitud para que se produzca

Dientes y otros dispositivos Nmeros de Froude entre 4.5 y 9

Disipacin de Energa (ver texto H. Mery)

Los chorros evacuados por el rpido de un vertedero, tradicionalmente

son manejados mediante dos formas:

Lanzamiento con salto de esqu:

Disipacin en cubetas amortiguadoras

de resalto:

Disipacin de Energa

Lanzamiento con salto de esqu:

Partes:

1.- Canal de descarga o rpido.

2.-Obra de lanzamiento o de deflexin, denominada cuenco de

lanzamiento.

3.- Dispersin del chorro en la atmsfera.

4.- Zona de impacto y formacin de la fosa natural.

5.- Zona de aguas abajo.

Disipacin de Energa

Lanzamiento con

salto de esqu:

El radio del cuenco se denomina bR y el ngulo de lanzamiento o de

despegue se denomina j . Es ideal que la pendiente del rpido en la

llegada al cuenco no sea superior a 1:4 (H:V) y el ngulo de lanzamiento est comprendido entre 20 y 40.

La altura del torrente en la entrada al cuenco se denomina bt y el N de

Froude del escurrimiento F0 determinado con la relacin: 2/130 )( bgt

qF

Disipacin de Energa

Lanzamiento con salto de esqu:

2

0FR

t

gt

p

b

b

b

m

La mxima presin sobre el fondo

del cuenco debido a la fuerza

centrfuga, es:

El radio adecuado de un cuenco de lanzamiento , de acuerdo a

los criterios de Damle y el USBR resulta ser ( Ho es la altura de

la energa cintica del chorro a la salida del cuenco y pm la presin mxima):

2/1

0

bb

b

t

H

t

R

mb

b

p

v

t

R

2

2

0

Disipacin de Energa

Lanzamiento con salto de esqu:

jj

m senH

x cos2

0

j

m senH

z2

0

Si se denomina g

vH

2

2

0

0 , la ubicacin de la mxima

altura del chorro ( mm zx , ) queda dada por las relaciones:

El ngulo t que forma la tangente a la trayectoria

con la horizontal a una distancia x del origen es: j

jt

Hxtgtg

2

0

cos2

/

La distancia al punto de

impacto es:

2/1

2

00

11cos2j

jjt

senH

Psen

H

L

Disipacin de Energa

Lanzamiento con salto de esqu:

Presa Arco Rapel.

Disipacin de Energa

Lanzamiento con salto de esqu:

Presa Ralco.

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto:

1h Altura del torrente en el inicio del resalto.

1v Velocidad del torrente > cv (velocidad critica).

1

11

gh

vF = N de Froude del torrente.

2h Altura conjugada.

2v Velocidad del rgimen subcrtico.

rL Longitud del resalto.

La altura conjugada, relacin de Belanger:

1812

1 21

1

2 Fh

h

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto:

La prdida de energa del resalto hidrulico:

21

3

12

4

)(

hh

hhPr

Longitud del resalto segn Hager (1990):

12)20

(tanh160 1

1

F

ph

Lr

La eficiencia del resalto hidrulico como disipador de energa:

2121

32

1

21818

381

FF

Fer

Resultando (s/H. Mery):

F1 er F1 er F1 er F1 er 1 0% 4 39,1% 8 66,4% 15 81,5 2 9,1 5 49,1 10 72,7 20 86,7 3 25,7 6 56,4 12 77,1

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:

Tanque tipo II. Este tanque se utiliza cuando el torrente tiene un N de Froude F1 mayor de 4,5 y la velocidad del torrente es superior a los 18 [m/s].

La altura del rgimen tranquilo a la salida debe ser .2 05,1 conjhh ( .conjh

altura conjugada del torrente.). La longitud necesaria de este tanque es de

.4,4 conjhL .

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:

Tanque tipo II:

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:

Tanque tipo III. Este tanque es mucho ms corto que el anterior para lo cual tiene una corrida de bloques de impacto que originan fuerzas que se suman a la fuerza hidrosttica de la altura de aguas abajo.

Este tipo de tanque se utiliza en torrentes con el N de Froude F1 >4,5, pero la velocidad del torrente debe ser inferior a los 18 [m/s], para evitar la cavitacin en los bloques de impacto. La altura de aguas abajo debe ser

igual a la altura conjugada y la longitud del tanque es de .8,2 conjhL

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:

Tanque tipo IV. Este tanque se utiliza para disipar la energa de torrentes de baja energa especfica. Sus caractersticas se muestran en la figura 2.77. Los parmetros caractersticos deben cumplir las siguientes

recomendaciones( .2 conjhh ):

5,45,2 1 F ; ; .1,6 conjhL

El USBR recomienda que el coronamiento de los muros laterales adopte un

resguardo (revancha) sobre 2h de :

)(1,0 21 hvhresguardo

Otros aspectos generales de los tanques (II, III, IV):

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint

Anthony Falls)

Se utiliza para pequeas estructuras de drenaje, es de tamao

reducido que los tanques USBR (ver Ven Te Chow):

Disipacin de Energa

Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint

Anthony Falls)

Disipacin de Energa

Cubeta SAF:

Recomendaciones de diseo (1.7 < F1 < 17), segn Ven Te

Chow:

Disipacin de Energa

Cubeta SAF:

Recomendaciones de diseo (1.7 < F1 < 17), segn Ven Te

Chow (continuacin):

Gracias por su atencion.