Aliviaderos Laterales 6a3d19

ALIVIADEROS LATERALES  Diseño hidráulico  Criterios de diseño  Desarrollo de problemas aplicados

INTRODUCCIÓN • Estas

estructuras consisten en escotaduras o aberturas , que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal. Los caudales en exceso a alimentarse, se originan algunas 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.

OBJETIVOS • • • • • •

OBJETIVOS GENERALES: Conocer acerca de los aliviaderos, conceptos y tipos. Diseñar un aliviadero lateral. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Conocer cuales son las funciones de los aliviaderos. Aplicar los conocimientos a un ejercicio aplicativo, teniendo en cuenta los criterios de diseño.

FUNCIONES

 CRITERIOS DE DISEÑO

• 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.

•

Los aliviaderos laterales pueden 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).

FÓRMULA DE WEISBACH 2 Q= 3

𝜇 𝐿 2𝑔ℎ

3 2

h: se considera un 60% del borde libre, como un criterio práctico de diseño.

TIPOS DE ALIVIADEROS

•

PROBLEMAS APLICADOS 1.- Realizar el diseño hidráulico de un aliviadero lateral en un canal principal que conduce un caudal de diseño de 8.5 m3/seg , tiene una pendiente de 0.0004, un talud z=1 y una rugosidad de 0.017, además es revestido con concreto simple, f´c= 175 kg/cm2. Calcular el borde libre y diseñar el aliviadero con la finalidad de eliminar todo excedente de agua que pudiera circular sobre el tirante de diseño.

SOLUCIÓN

•

Utilizando el programa H canales

• Calculamos el ancho de la solera(b) bajo la condición de Máxima eficiencia hidráulica.

Adoptamos medidas constructivas de “b” en este caso b= 1.65 m, y regresamos nuevamente al programa en la opción canal trapezoidal.

• • • • • •

Del H canales, obtenemos los siguientes parámetros: y= 1.9906 m b=1.65 m T= 5.6312 m P= 7.2803 m R= 0.9954 m

fb • H=y+ 𝑦3

=

4𝑦 4(1.9906) = =2.65 m 3 3

*Calculamos el caudal “Qt” de la caja del canal. 𝐵+𝑏 2

Si A= 𝐻= A= 11.40 m2

6.95+1.65 ( )2.65 2

Fb= H-y= 2.65-1.9906=0.659m Calculamos: *Calculamos el perímetro B=b+2zH

B= (1.65) +2(1)(2.65) B=6.95 m

mojado de toda la caja del canal. P= b+2H 1 + 𝑧 2 P= (1.65) + 2(2.65) 1 + 12 P=9.145 m

*Calculamos el radio hidráulico: 𝐴 11.40 𝑃 9.145

R= =

= 1.247 𝑚

*Calculamos el caudal total con la fórmula de Manning: 2

QT=

1

11.40 (1.247)3 (0.0004)2 0.017

QT=15.54 m3/ seg

*Calculamos el caudal excedente:

Qe= Qt-Qd Qe= 15.54 -8.5 Qe= 7.04 m3/ seg

Dimensionamiento del aliviadero Para dimensionar el aliviadero existen dos fórmulas: 1) FÓRMULA DE FORCHHEINER 2 Q=v3

𝜇 2𝑔Lℎ

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Para:  v=0.95  Q=7.03 m3/ seg  µ=0.79(con corona redondeada)  h=0.659  g= 9.81 m3/ seg

Reemplazamos los datos en la fórmula: 2 7.03=0.95 x3 𝑥

0.79 2𝑥9.81𝐿𝑥 0.659

L= 5.93 m Medida constructiva: L= 6.00 m

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2) FÓRMULA DE WEISBACH: 2 Q=3

𝜇 𝐿 2𝑔ℎ

3 2

h= se considera un 60% del borde libre como un criterio práctico de diseño.

Para:  Q=7.03 m3/ seg  µ=0.79  h=0.396  g= 9.81 m3/ seg  L=?

Reemplazamos los datos en la fórmula: 2 7.03=3 𝑥

0.79 𝐿 2𝑥9.81𝑥 0.396 L= 12.093 m

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Comparando los resultados se puede concluir que FORCHHEINER da una longitud más corta que WEISBACH, y se recomienda el uso de la fórmula de FARCHHEINER lo cual según estudios realizados da mejores resultados.

2)Realizar el diseño hidráulico de un aliviadero lateral con ancho de cantos redondeados en un canal principal con los siguientes datos:  Q= 9 m3/seg  S= 0.0006  Z=1  n=0.017 Además es revestido con concreto simple f´c= 175 kg/cm2. Calcular los parámetros del canal y diseñar el aliviadero con la finalidad de eliminar todo excedente de agua que pudiera circular sobre el tirante de diseño.

• SOLUCIÓN *Utilizando el programa H canales.

• Calculamos el ancho de la solera(b) bajo la condición de Máxima eficiencia hidráulica.

Adoptamos medidas constructivas de “b” en este caso b= 1.60 m, y regresamos nuevamente al programa en la opción canal trapezoidal.

• Del H canales obtenemos los siguientes parámetros: • y= 1.8716 m • b=1.60 m • T= 5.3433 m • P= 6.8938 m • R= 0.9425 m

• Tirante normal(y)= 1.8716 • *Calculamos la altura del canal: 𝑦 4𝑦 4(1.8716) • H=y+ 3 = 3 = 3 =2.495 m H= 2.50 (medida constructiva)

Fb= H-y = 2.50-1.872= 0.628 m

B=b+2zH B= (1.60) +2(1)(2.50) B=6.60 m

*Calculamos el caudal total Qt de la caja del canal: 𝑩+𝒃

𝟔.𝟔𝟎+𝟏.𝟔𝟎 )2.50 𝟐

Si A= 𝑯=( 𝟐 A= 10.25 m2

*Calculamos el perímetro mojado de toda la caja del canal. P= b+2H 𝟏 + 𝒛𝟐 P= (1.60) + 2(2.50) 𝟏 + 𝟏𝟐 P=8.671 m

*Calculamos el radio hidráulico: 𝑨 𝟏𝟎.𝟐𝟓 𝑷 𝟖.𝟔𝟕𝟏

R= =

= 𝟏. 𝟏𝟖𝟐 𝒎

*Calculamos el caudal total con la fórmula de Manning:

𝟐

𝟏

𝟏𝟎.𝟐𝟓 (𝟏.𝟏𝟖𝟐)𝟑 (𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟔)𝟐 𝟎.𝟎𝟏𝟕

QT= QT=16.51 m3/ seg

*Calculamos el caudal excedente:

Qe= Qt-Qd Qe= (16.51-9) m3/seg Qe= 7.51 m3/ seg

Dimensionamiento del aliviadero 1) Dimensionamiento por la fórmula de FORCHHEINER para un aliviadero con cantos redondeados. 2 Q=v3

𝜇 2𝑔Lℎ

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Para:  v=0.95  Q=7.51 m3/ seg  µ=0.575  h=0.628 m  g= 9.81 m3/ seg

Reemplazamos los datos en la fórmula: 2 7.51=0.95 x3 𝑥

0.575 2𝑥9.81 𝐿𝑥 0.628

L= 9.36 m Medida constructiva: L= 9.40 m

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2) FÓRMULA DE WEISBACH: 2 Q=3

𝜇 𝐿 2𝑔ℎ

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h= se considera un 60% del borde libre como un criterio práctico de diseño.

Para:  Q=7.51 m3/ seg  µ=0.575  h=0.377 m  g= 9.81 m3/ seg  L=?

Reemplazamos los datos en la fórmula: 2 7.51=3 𝑥

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0.575𝑥 𝐿 2𝑥9.81𝑥 0.377 L= 19.107m  Se considera la longitud L= 9.40 m de la fórmula de Forchheiner.

CONCLUSIONES Un aliviadero lateral garantiza la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la evolución del nivel aguas arriba por encima del nivel máximo. Para realizar el diseño de un aliviadero lateral es necesario tener conocimientos previos e información que sea de fuentes confiables como la “Autoridad Nacional del Agua”. Se debe elegir el método de diseño que resulte menos costoso y a la vez que se tenga resultados aceptables.

BIBLIOGRAFÍA • Manual: Criterios de diseños hidráulicos para la formulación de proyectos hidráulicos multisectoriales y de afianzamiento hídrico (Autoridad Nacional del Agua)