VERTEDERO LATERAL

OBRAS HIDRAULICAS III

DESCRIPCIÓN Y UBICACIÓN O Un vertedero lateral consiste en una escotadura

hecha sobre la pared de un canal para evacuar el exceso de agua mediante un flujo transversal hacia una estructura de drenaje.

O Origen del exceso de agua

*crecidas imprevistas de la fuente de captación

*captación de agua adicional captada desde las laderas

*obstrucción del canal

*problemas en la operación de compuertas

Vertedero lateral

O El daño mas importante que se puede causar es en sistemas de montaña, en donde el exceso de caudales, combinado con las altas pendientes, pueden causar combinaciones devastadoras, por esto es que se sugiere el emplazamiento de vertederos laterales en :

O Puntos críticos de emplazamiento

*aguas debajo de la obra de toma (captación por gravedad)

*puntos intermedios (canales con gradientes elevadas y aguas debajo de quebradas que puedan aportar un caudal adicional)

*aguas arriba con capacidad limitada de conducción (canales tapados, acueductos, tuberías de conducción, sifones invertidos)

*aguas arriba de sectores riesgosos del canal (tramos sobre relleno elevado)

VERTEDEROS-SIFONO *reaccionan mas rápidamente a los incrementos del nivel

del aguaO *aprovechan la diferencia niveles de agua (canal – dren).

O Componentes

*conducto cerrado en forma de (U) invertida (circular- rectangular)

*un tubo de ventilación

*un cuenco disipador

*Cuando el nivel de agua del canal excede el nivel de agua de la cresta del sifón, la descarga inicial es la de un vertedero lateral.

*Cuando el nivel del agua del canal alcanza el nivel de agua del tubo de ventilación, cierra el ingreso de aire por allí, y el sifón empieza a trabajar abruptamente a pleno.

O Ventajas

*Operan automáticamente, evacuando un gran caudal.

*Comienzan a operar con tan solo un pequeño incremento del nivel de agua del canal, y luego mantienen la descarga casi constante, e independiente del nivel de agua del canal.

*Se constituye en una ventaja económica, por el ahorro de las paredes del canal, por que nos permite un bordo libre mínimo.

 O Desventajas

*mayor dificultad constructiva

*alta velocidad de salida del flujo evacuado, factor clave en el manejo de flujos de drenaje en zonas montañosas, muy susceptibles a la erosión.

 O En algunos sistemas puede optarse por eliminar el bordo

libre de algunos acueductos, con el objetivo de convertir sus paredes en vertederos laterales de gran capacidad, sin embargo hay que asegurar que los sobreflujos se evacuen directamente a las quebradas o ríos. Abra pues que considerar el riesgo de erosión sobre el lecho receptor y las consecuencias sobre las fundaciones del acueducto.

O Es posible aprovechar la estructura del vertedero, para instalar una estructura de derivación total del agua con la ayuda de una compuerta transversal y otra lateral. De esta forma el aliviadero puede ser utilizado para interrumpir el servicio en el sistema, en caso de ser necesario, ya sea para reparaciones o casos de emergencias.

CRITERIOS DE DISEÑO

El diseño del cálculo del un vertedero lateral consiste en calcular la longitud del vertedero para un caudal de diseño que se pretende tomar de un canal o un río. Hay cuatro cantidades que definen el funcionamiento de un vertedero lateral que son:

O La descarga o gasto Q.O El gradiente hidráulico hacia la cresta del vertedero. O La velocidad de corriente.O Longitud de la cresta.

CRITERIOS DE DISEÑOO Conociendo tres de estas cantidades puede

calcularse la cuarta. Sin embargo, la teoría de los vertederos laterales exige cálculos sumamente laboriosos, aun en los casos en que existen soluciones analíticas bien definidas.

O El diseño se orienta a las zonas de funcionamiento hidráulico en régimen subcrítico teniendo en cuenta el intervalo de caudales de operación.

CRITERIOS DE DISEÑOO Para el diseño de los vertederos se toman las peores

condiciones, o sea, se asumen un derrumbe instantáneo que se produce inmediatamente aguas arriba de un vertedero, como el agua sigue llegando sin poder pasar el obstáculo, el nivel del canal comienza a subir hasta que en un momento dado se desborda. Debido a la pendiente transversal fuerte, las velocidades son grandes, la erosión intensiva y en poco tiempo se pueden destruirse tramos de canal bastante grandes, cuya reparación resulta sumamente costosa.

O Para evitar esto se construyen aliviaderos que son estructuras destinadas a evacuar el agua en forma segura siempre que el nivel del agua en el canal pase de un cierto límite adoptado.

O Los aliviaderos se proyectan en forma de vertederos laterales por razones de facilidad de construcción.

O Para su planteamiento la premisa más utilizada es la de evacuar un exceso de caudal producido por las lluvias o por entrada de parte de la creciente en la toma, el aliviadero debe ser calculado con las formulas del vertedero lateral.

O El diseño de un vertedero lateral lo explicaremos mediante la resolución de un ejemplo:

DISEÑO HIDRÁULICO

Se tiene un canal de sección rectangular revestido n=0.014 que tiene un ancho b=1m y una pendiente S = 0.001 el caudal de diseño es Qd=1.5m3/s .El caudal máximo es de Qmax=1.7 m3/s, el canal puede admitir aguas abajo del vertedero hasta Q=1.58 m3/s . Calcular la longitud del vertedero para eliminar el exceso de agua. 

 

DATOS

n=0,014

b=1 m.

Qd=1,5 m3/s

S=0.001

Qmax=1.58 m3/s

Q2=1.58m3/s

Donde:Q = Caudal (m3/s)n = RugosidadA = Area (m2)RH = Radio hidráulico = Area de la sección húmeda / Perímetro húmedo

1. Calculo de los tirantes con la ecuación de Mannig

 

=1,46 m=1,7 m3/s

Q d =1,5 m3/s

=1,31 m=1,58 m3/s

=1,37 m

=0.048 m. =0.06 m.

2.- Calculo de las alturas de carga en cada punto

h2=𝑌 2+𝑌 𝑛=1.37−1.31𝑚=0.06𝑚Según Forchheiner

h1=0,8∗h2=0.8∗0.06=0.048𝑚

Para utilizar la formula propuesta por Forchheiner de manera que se tenga una buena aproximación, se debe verificar las siguiente condiciones.

1ra verificación

Cumple!!!

2da verificación

Cumple!!!

4. Calculo de la longitud del vertedero

h

La carga promedio sobre el vertedero hh=h1+h2

2=0,048+0.06

2=0.054𝑚

Caudal que se requiere evacuar por el vertedero

𝑄𝑣=𝑄𝑚𝑎𝑥−𝑄2=1.7−1.58=0.12𝑚3

𝑠

Entonces:

SITUACIONES QUE convienen EVITAR

O Muchas veces no se presta la atención suficiente a crear una ruta segura de desagüe. Como suelen ser instalaciones en ladera, la insuficiente protección del caudal de desagüe ocasiona procesos de erosión, que a menudo ponen en riesgo la estabilidad del canal entero.

SITUACIONES QUE convienen EVITAR

O En muchos sistemas, los usuarios no entienden la racionalidad de incluir vertederos en el diseño .Los ven como puntos de desperdicio de agua, en vez de estructuras de seguridad.

O Es necesario capacitarles en cuanto al funcionamiento de los vertederos y las consecuencias de anularlos

GRACIAS !!!

HAY UNA SORPRESITA!!!!