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VERTEDERO LATERAL HIDRULICA

INGENIERIA CIVIL HUACHO - UNJFSC Pgina 1

CONTENIDO

1. VERTEDEROS

1.1. GENERALIDADES

1.2. QU ES UN VERTEDERO?1.3. FINALIDAD DE UN VERTEDERO

1.4. CLASIFICACIN DE LOS VERTEDEROS

1.5. PARTES QUE CONSTITUYE UN VERTEDERO

2. VERTEDEROS DE CRESTA AGUDA

2.1. SECCIN RECTANGULAR

2.2. SECCIN TRIANGULAR

2.3. SECCIN TRAPEZOIDAL

2.4. VERTEDEROS DE CRESTA ANCHA

2.5. VERTEDEROS AHOGADOS

3. VERTEDERO LATERAL

3.1. CRITERIOS DE DISEO

4. CARACTERSTICAS DEL VERTEDERO LATERAL

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS VERTEDEROS

5.1. VENTAJAS

5.2. DESVENTAJAS

6. PROBLEMAS DE APLICACIN

7. BIBLIOGRAFIA

7.1. LITERATURA CONSULTADA

7.2. DIRECCIONES EN INTERNET


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1. VERTEDEROS1.1. GENERALIDADESOtra estructura utilizada en los proyectos hidrulicos (ms frecuentemente que losorificios) est constituida por los vertederos en sus distintas variantes, de loscuales existen, segn la aplicacin, diferentes diseos.

Ya sea como estructura de control de aprovechamientos hidrulicos o bien comoestructura para medicin de caudales en obras de saneamiento, su aplicacin esmuy difundida y una de las razones es porque permiten tener un adecuado controldel caudal por encima de su cresta siendo necesario nicamente medir unavariable que es el tirante sobre dicha cresta.

Segn la forma geomtrica del contorno de apertura, pueden distinguirsevertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, parablicos, etc.

Adems, segn el espesor de la pared del vertedero o, ms precisamente, la forma

en que la vena lquida toca la parte superior de la estructura, se clasifican enVertederos de Pared Gruesa o Delgada.

1.2. QU ES UN VERTEDERO?Se llama vertedero, a un dispositivo hidrulico que consiste en una escotadura atravs de la cual se hace circular el caudal que se desea determinar. En general unvertedero suele tener una de las dos finalidades siguientes: medir caudales y/opermitir el rebose del lquido contenido en un reservorio o del que circula en un roo canal y pueden ser de pared delgada, gruesa o irregular.

FIGURA N 01

DONDE:h = carga sobre el vertedero, espesor del chorro medido sobre la cresta.L = longitud de cresta del vertedero (pared horizontal de la escotadura encontacto con el lquido).d = distancia donde se realiza la lectura de la descarga, igual o mayor que 4h.

1.3. FINALIDAD DE UN VERTEDERO

Las principales finalidades para las que se construye esta estructura hidrulica es:


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Garantizar la seguridad de la estructura hidrulica, al no permitir laelevacin del nivel aguas arriba, por encima del nivel mximo.

Garantizar un nivel con poca variacin en un canal de riego, aguas arriba.

Construirse en una parte de una seccin de aforo del ro o arroyo.

1.4. CLASIFICACIN DE LOS VERTEDEROSHay diferentes clases de vertederos segn la forma que se obligue a adoptar a laseccin de la vena lquida que circula por la escotadura, de modo que puede ser:rectangular, trapezoidal, triangular, circular o de cualquier otra seccin curva.Por su localizacin en relacin a la estructura principal: Vertederos frontales. VERTEDEROS LATERALES. Vertederos Tulipa, (situados fuera de la presa)

De acuerdo al ancho de la cresta, los vertederos pueden ser: De cresta aguda

FIGURA N02

De cresta ancha

FIGURA N03


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1.5. PARTES QUE CONSTITUYE UN VERTEDERO ESTRUCTURA DE CONTROLRegula y gobierna las descargas del vaso. Pueden ser: una cresta, vertedor,orificio, boquilla o tubo.

CANAL DE DESCARGAAyuda a la conduccin de los volmenes descargados por la estructura de control.

ESTRUCTURA TERMINALPermite descargar el agua en el ro sin erosiones o socavaciones peligrosas en eltaln de la presa y sin producir daos en las estructuras adyacentes.

CANALES DE LLEGADA Y DE DESCARGACaptan el agua del vaso y la conducen a la estructura de control.

FIGURA N 04: VERTEDERO LATERAL Y CANAL DE DESCARGA

2. VERTEDEROS DE CRESTA AGUDA2.1. SECCIN RECTANGULAR La ecuacin de Francis para un vertedero rectangular de cresta aguda sin

contracciones es:

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.

L = ancho de cresta, en m.h = carga en el vertedero, en m.


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FIGURA 05: Vertedero rectangular, de cresta aguda sin contracciones.

La ecuacin de Francis para un vertedero rectangular con perfil Creager, sin

contracciones es:

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.L = ancho de cresta, en m.h = carga en el vertedero, en m.

FIGURA 06: Perfil Creager.

Para un vertedero rectangular, de cresta aguda con contracciones longitud decresta menor que el ancho del canal), la ecuacin de Francis es:

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.L = ancho de cresta, en m.

h = carga en el vertedero, en m.n = nmero de contracciones (1 o 2).


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FIGURA 07: Vertedero rectangular con contracciones.

2.2. SECCIN TRIANGULARLa frmula general obtenida experimentalmente para un vertedero triangular de

cresta aguda es:

Para: 2 = 90o = 45, luego la ecuacin se puede expresar como:

De experiencias realizadas, se tiene una estimacin de C = 1.4, y tenemos laecuacin:

De acuerdo a la experiencia de King, se tiene:Q = 1.34 h2.47 para = 45o 2 = 90Q = 0.775 h2.47 para = 30o 2 = 60

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.h = carga en el vertedero, en m.

FIGURA 08: Vertedero triangular de cresta aguda.


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2.3. SECCIN TRAPEZOIDALEl vertedero trapezoidal de Cipolleti, tiene como caracterstica que la inclinacin desus paredes son 1 horizontal por 4 vertical, es decir 1:4, siendo su ecuacin:

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.L = ancho de cresta, en m.h = carga en el vertedero, en m.

FIGURA 09: Vertedero de Cipolletti

2.4. VERTEDEROS DE CRESTA ANCHASe considera que un vertedero es de cresta ancha, si b / h 10, para un vertedero

de cresta ancha de seccin rectangular, la frmula para el clculo del caudal es:

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.L = ancho de cresta, en m.h = carga en el vertedero, en m.b = ancho de la pared del vertedero en m.

FIGURA 10: Vertedero de cresta ancha.


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2.5. VERTEDEROS AHOGADOSSe dice que un vertedero funciona ahogado, cuando el nivel de la cresta delvertedero est por debajo del nivel de agua, aguas abajo del vertedero, la muestraeste caso, siendo:h1 = carga sobre el vertedero aguas arriba.

h2 = carga sobre el vertedero aguas abajo, se hace la medicin donde el rgimense ha establecido.

FIGURA 11: Vertedero ahogado

La ecuacin para el clculo del caudal, para un vertedero rectangular, sincontracciones es:

Para el caso de vertederos con contracciones laterales, la ecuacin es:

Donde:

Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.Cd = coeficiente de descarga, para el caso de cresta aguda Cd = 0.61L = longitud de cresta, en m.h1, h2 = carga aguas arriba y aguas abajo sobre el vertedero, en mn = nmero de contracciones


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3. VERTEDERO LATERALEl vertedero lateral consiste en una abertura longitudinal que se construye en unade las paredes laterales de un canal, con la finalidad de evacuar el exceso decaudal que se pueda presentar en dicho canal.

Es esencialmente una obra de defensa, control y regulacin de caudal excesivoque sucede en un definido tipo de obra en general (acueductos y alcantarillados,distritos de riego, presas, etc.).

3.1. CRITERIOS DE DISEO El caudal de diseo de un vertedero se puede establecer como aquel caudal

que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel mximode su caja hidrulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudalconsiderado como de mxima avenida.

El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siemprequedar un excedente que corresponde tericamente a unos 10 cm encima deltirante normal.

La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de ste y el fondo del canal,corresponde al valor Yn.

Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de formulas, acontinuacin se describe la frmula de Forchheiner.

Donde:Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s.V = 0.95 m/s = coeficiente de contraccinL = longitud del vertedero en metrosh = carga promedio encima de la cresta en metros

FIGURA 12


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El flujo del canal, deber ser siempre subcrtico, entonces:

Cuando se cumple que:

Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes

valores, segn la forma que adopte la cresta.

El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se est eliminando por la ventana oescotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando seproyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero sepuede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c d.

Los aliviaderos laterales pueden descargar a travs de un vertedero concolchn al pie (desniveles pequeos) mediante una alcantarilla con unapantalla disipadora de energa al final (desniveles grandes).

Para el dimensionamiento de vertederos tambin se suele utilizar la frmula deWeisbach que se presenta a continuacin.


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Donde:

Q = caudal que fluye por el vertedero en m3/s. = coeficiente de contraccinL = longitud del vertedero en metrosh = carga promedio encima de la cresta en metros

4. CARACTERSTICAS DEL VERTEDERO LATERAL Son semejantes a las de los vertederos ordinarios, y dependen del perfil

elegido para la cresta.

Para descargas mximas, el funcionamiento hidrulico del canal puede diferir

de los vertederos ordinarios, ya que la circulacin puede estar restringida en elconducto y su cresta puede quedar ahogada.

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS VERTEDEROS5.1. VENTAJAS: El nivel de agua en el canal puede ser limitado mediante los mismos, es decir

al presentarse niveles de agua ms altos las demasas pueden ser derivadaspor medio de un vertedero fijo colocado en la pared del canal.

No son necesarias compuertas mviles, de manera que la obra de aliviadero

prcticamente no requiere trabajos de mantenimiento.

Cuando se desea una cresta vertedora larga y las laderas son empinadas yacantiladas, o donde el control debe conectarse a un canal de descargaangosto o tnel, los vertederos laterales son la mejor opcin.

5.2. DESVENTAJAS: Estas ventajas del vertedero lateral, sin embargo, son restringidas por una

desventaja que resulta del funcionamiento hidrulico.

Cuando el nivel de agua debajo de un vertedero es lo suficientemente elevadopara afectar la descarga, se dice que el vertedero es ahogado.

Debido a turbulencias y vibraciones inherentes al funcionamiento de loscanales laterales, no se considera estos problemas, excepto cuando existe unabuena cimentacin.


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6. PROBLEMAS DE APLICACINPROBLEMA N01: Un canal trapezoidal de rugosidad 0.014 con taludes 1: 1plantilla 1 m y pendiente 1 , recibe en pocas 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.

Solucin:


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PROBLEMA N02: Resolver el ejercicio anterior empleando la frmula deWeisbach.

h = se considera un 60% del borde libre, como un criterio prctico de diseo ysegn el problema anterior se tiene:Q = 3 m3/s = 0.50h = 0.6 (1.71 1.17) = 0.324 mLuego:

L = 11 m

Nota: Comparando los ejercicios anteriores se puede concluir que WEISBACH davertederos muchos ms cortos que Forchheiner, razn por la cual recomendamosel uso de la frmula de Weisbach, adems sta ha sido utilizada con buenosresultados en el Departamento de Lambayeque.

PROBLEMA N03: El vertedero esta diseado en flujo subcrtico, para evacuar uncaudal de 2 m/s. Antes del vertedero el canal conduce un caudal de 6 m/s ydespus de el 4 m/s. Sabiendo que el ancho de solera es b = 2m, el talud Z = 1, eltirante normal en la seccin (2) es 1,235 m, las prdidas a lo largo del vertedero seconsideran despreciables y que no existen diferencias de cotas significativas, entre

las secciones (1) y (2), determinar la velocidad en la seccin (1).


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Solucin: Un canal que conduce flujo subcrtico tiene la singularidad de causar efectos

aguas arriba. El vertedero lateral constituye una singularidad, por lo que en laseccin (2), se tiene tirante normal.

Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre las secciones (1) y (2), se tiene:

7. BIBLIOGRAFIA7.1. LITERATURA CONSULTADA MANUAL: CRITERIOS DE DISEOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA

FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES YDE AFIANZAMIENTO HIDRICO.

HECTOR ERNESTO GLVEZ RIBERIN & WILDE ROBERTO CAMACHOSALAZARHIDRAULICA II


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MAXIMO VILLON BEJAR HIDRAULICA DE CANALES EDITORIALTECNOLOGIA DE COSTA RICA.

MAXIMO VILLON BEJAR DISEO DE OBRAS HIDRAULICAS EDITORIAL TECNOLOGIA DE COSTA RICA.

MAXIMO VILLON BEJARPROBLEMAS RESUELTOS DE HIDRAULICA DECANALES EDICIONES MAX SOFT.

WENDOR CHEREQUE MORANMECANICA DE FLUIDOS II

7.2. DIRECCIONES EN INTERNET Fluidos.eia.edu.co/hidrulica/articuloses/vertpareddelg/ vertpareddelg.html

Fluidos.eia.edu.co/areafluidos/articulos/latinoamericano-xviii/

aliviaderolatinoamericano.html

http://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/canales.htm

http://www.itcr.ac.cr/carreras/agricola/paq_tec.htm

http://www.geocities.com/gsilvam/hidro.htm

http://www.iwrn.net/mainspanish.html

http://www.fao.org/
http://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/canales.htmhttp://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/canales.htmhttp://www.itcr.ac.cr/carreras/agricola/paq_tec.htmhttp://www.itcr.ac.cr/carreras/agricola/paq_tec.htmhttp://www.geocities.com/gsilvam/hidro.htmhttp://www.geocities.com/gsilvam/hidro.htmhttp://www.iwrn.net/mainspanish.htmlhttp://www.iwrn.net/mainspanish.htmlhttp://www.fao.org/http://www.fao.org/http://www.fao.org/http://www.iwrn.net/mainspanish.htmlhttp://www.geocities.com/gsilvam/hidro.htmhttp://www.itcr.ac.cr/carreras/agricola/paq_tec.htmhttp://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/canales.htm

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