Hidráulica II-aliviaderos

8/17/2019 Hidráulica II-aliviaderos

1/49

Hidráulica IIALIVIADEROS

CONCEPTOS


2/49

CONCEPTOSa) Recursos hídricos: Es el agua disponible en

sus diferentes formas.

b) idrost!tica: Es la ciencia "ue estudia elciclo del agua en la naturale#a.

c) idrología: Es el estudio del e"uilibrio de las

fuer#as "ue act$an sobre el agua.

d) idrodin!mica: Es el estudio del mo%imientodel agua & de las fuer#as in%olucradas.


3/49

CONCEPTOS

e) idromec!nica: Es el concepto "ue englobaa la hidrost!tica e hidrodin!mica.

f) idrot'cnia: Se re(ere a las solucionest'cnicas & obras en relacin con el agua.

g) idrosistemas: Constitu&eren un concepto"ue describe colecti%amente las !reast'cnicas de la hidrología* hidr!ulica & recursoshídricos inclu&endo.


4/49

+E,-N-C-ON C/0S-,-C0C-ON

Se de(ne como ali%iadero* %ertedero o rebosadero ala abertura hecha en la parte superior de unaestructura trans%ersal en direccin del 1u2o*

destinada a permitir el escurrimiento de las aguas

/os propsitos de un ali%iadero son:

3) la ele%acin del espe2o de agua.

4) disipar la energía para "ue la de%olucin alcauce natural no produ#ca da5os.


5/49

P0RTES +E 6N 0/-7-0+ERO

Tirante o altura de carga 89 o altura est!tica T;P.

00rr < aguas arriba.

00b < aguas aba2o.

T ; t < tirantes aguas arriba & aguas aba2o.

= < b < ancho del 1u2o.

> < desni%el del ali%iadero < diferencia de cotas 0arr ; 00b?T;t).


6/49

P0RTES +E 6N 0/-7-0+ERO

7o %elocidad de acceso al ali%iadero %elocidad media aguas arriba.

solo si:


7/49

C/0S-,-C0C-ON Confguración de la sección transversal:

a) 0li%iadero de pared delgada ?arista %i%a).

b) 0li%iadero de per(l practico oAA?3*B;4*).

c) 0li%iadero de umbral ancho ?3*B;4*) AA ?3;34).

c3) cD ?3;34) < tramo de canal pendiente .c4) cA?4F) < el chorro "ue sale por encima del ali%iadero*

se desprende & pica la estructura.

Disposición confguración del corona!iento:

a) 0li%iaderos rectos.b) 0li%iaderos oblicuos.

c) 0li%iaderos "uebrados.

d) 0li%iaderos laterales.

e) 0li%iaderos cur%ilíneos.

El rendimiento delali%iadero esta en

funcin de su longitud.


8/49

C/0S-,-C0C-ON Seg"n la #or!a de la a$ertura del aliviadero:

a) 0li%iadero de seccin rectangular.

b) 0li%iadero de seccin triangular ?GHI).

c) 0li%iadero de per(l trape#oidal.d) 0li%iadero de per(l redondeado o cur%ilíneo.

Seg"n las condiciones de salida del %u&o:

a) Contraccin lateral = D b.b) Sin contraccin lateral = b.

c) Sumergidos ?t A PJ).

d) No sumergidos ?t D PJ).


9/49

,ormula Principal para el gasto de agua por los

ali%iaderos

K

donde:

L seccin trans%ersal del chorro.

% %elocidad media del 1u2o por la seccin.

Para el ali%iadero* el !rea del chorro de unaabertura super(cial 8L9 ?,ig. 3.3) esproporcional al producto b M :

K '()*+


10/49

,ormula Principal para el gasto de agua de por

los ali%iaderos

coe(ciente de proporcionalidad.

/a %elocidad media del chorro 8%9 es proporcionala:

Entonces:

?;4)


11/49


los ali%iaderos

coe(ciente de proporcionalidad.

-ntroduciendo ?;3) & ?;4) en la formula delgasto & designando el producto M

?;F)


12/49


los ali%iaderos

donde:

K gasto del ali%iadero ?s).

m coe(ciente de gasto "ue depende del tipo de ali%iadero. b el ancho total de la apertura de desage ?coronacin).

carga sobre la coronacin del ali%iadero.

g aceleracin de la gra%edad ?caída libre).

/a formula ?;F) se llama: ,OR6/0 PR-NC-P0/ +E/ 0/-7-0+ERO

Simpli(cando la formula ?;F):


13/49


los ali%iaderos

?;FJ)

donde:

es una magnitud dimensional ?T)* tambi'nllamado coe(ciente de gasto del ali%iadero.

consideraciones:

el coe(ciente de gasto se debe adoptar con el tipode per(l del ali%iadero.

contemplar la contraccin lateral ?=Db).

contemplar la sumersin por el lado aguas aba2o

?tDPJ).


14/49


los ali%iaderos

Considerando los factores se5alados* la formulaprincipal del ali%iadero puede escribirse:

?;)

?;B)


15/49


los ali%iaderos

donde:

Q * es la carga total en el ali%iadero considerando

la %elocidad de acceso* cuando D .B ms. coe(ciente de gasto considerando la %elocidad de

acceso.

coe(ciente de sumersin del ali%iadero ? 3 para tA PJ).

b coe(ciente de contraccin lateral "uedepende tanto de las dimensiones en el plano comode las alturas de los ali%iaderos.

ancho efecti%o de la abertura de desage.


16/49


los ali%iaderos

m

m

,ormulasempírica

s


17/49


los ali%iaderos

%alor mínimo de 8m9 ?.F) corresponde aali%iaderos de umbral ancho.

%alor m!imo de 8m9 ?.) corresponde aali%iaderos de %acío de per(l pr!ctico


18/49

Aliviaderos de pared

delgada 'de arista viva+ el ancho del umbral de un ali%iadero de pared

delgada ?(g. 3;B*a) es considerablementemenor "ue la carga "ue act$a ?c AA ).

/a arista ?borde) de la pared del ali%iadero seacha1ana generalmente ba2o un !ngulo de BI*lo "ue garanti#a la separacin del 1u2o de lapared & la caída libre del chorro en condicionesde presin atmosf'rica.

,iguras: a* b* c* & d.


19/49


delgada 'de arista viva+ si la #ona deba2o del chorro esta cerrada & no se comunica con

la atmosfera* allí se crea %acío & el chorro es inundado por el

agua ?(g. 3;B*b) & puede pegarse a la pared ?(g. 3;B*c).

el chorro "ue se %ierte por el ali%iadero de pared delgada alsubir el ni%el de la super(cie libre del agua aguas aba2o ?t D PJ)*pasa al estado de sumersin ?(g. 3;B*d).

la capacidad de paso ?gasto) del ali%iadero de pared delgadadepende del r'gimen de derrame. ?(g. 3.B)

un ali%iadero de pared delgada se llama 8 perfecto 8 si su

chorro "ue se %ierte libremente* no eperimenta contraccinlateral ni sumersin por el lado aguas aba2o.


20/49


delgada 'de arista viva+ el ali%iadero perfecto de pared delgada tiene un

r'gimen estable de funcionamiento.

el gasto de tal ali%iadero puede calcularse seg$n laformula ?;F).

En caso general* para el ali%iadero rectangular depared delgada se %ale de la formula ?;B)determinando el coe(ciente de gasto a partir de laformula empírica de =a#in:

?;)


21/49


los ali%iaderos

donde:

m coe(ciente de gasto sin considerar la

%elocidad de acceso. mJ

mJ

El %alor del coe(ciente de gasto de un ali%iaderorectangular no sumergido de pared delgada*considerando la %elocidad de acceso* %aria dentro

de los limites de:


22/49


los ali%iaderos

Se toma en consideracin la in1uencia de lacontraccin lateral:

?= D b ) si ?= b) A F & ?b ) 4.

En este caso el coe(ciente de gasto* considerando lacontraccin lateral* se determina por la formula:

M ?3 Q .BB M ??;U)


23/49


los ali%iaderos

/as condiciones de sumersin del ali%iadero de pareddelgada son:

# D * pero para:

# pJ A .U detr!s del ali%iadero no se forma un saltohidr!ulico despla#ado.

El coe(ciente de sumersin en la formula ?;) secalcula %ali'ndose de la formula:

) M ?;V)


24/49


los ali%iaderos

El aumento del ni%el del agua aguas aba2o sobre el umbral delali%iadero ?t < pJ) o ? < #) se denomina altura de sumersin delali%iadero

/os %alores de se eponen en el diagrama de la (gura 3;B.

Para pe"ue5os gastos & A 3.4 m* el calculo con la utili#acinde las formulas ?;) < ?;) da unos resultados bastante eactos.

Para el ali%iadero perfecto rectangular ? el error no sobrepasa el3W. /os ali%iaderos de pared delgada se utili#an ampliamentepara la medida eacta de los gastos de agua tanto en lascondiciones de laboratorio como en las de campo.


25/49

3.; +eterminar el %alor de XmY para un ali%iaderotrape#oidal con los siguientes datos:

+atos:; K *V litros minuto.

; b 34* centímetros.

; o 3*B metros

; Relacin ? ) *UB ?,igura 3*)

4.; +eterminar la seccin de un ali%iadero ?b M )con los siguientes datos:

+atos:

; K 3*4 metros c$bicos segundo.

; m 3*.

; 3*.


26/49

0li%iaderos sin %acío de per(l

practico/os ali%iaderos de per(l practico tienen un ancho de lacoronacin .B A c A 4 & su per(l puede tenercon(guracin cur%ilínea ?(gura 3;U*a) o poligonal ?(gura3;U*c* d). /os %ertederos de crecidas & los de super(ciede accin continua tienen generalmente con(guracincur%ilínea* mientras "ue los umbrales & contra;a#udes delas presas de ali%iadero de hormign no acabadas & deotras obras utili#adas para de2ar pasar caudales deconstruccin tienen con(guracin poligonal.

/os ali%iaderos de per(l poligonal pueden ser de doscon(guraciones: per(l rectangular ?(g. 3;U*b) & de per(l

trape#oidal ?(g. 3;U* c* d).


27/49


practicoPara la arista redondeada del ali%iadero* elcoe(ciente de gasto aumenta en un BW.

Para per(les trape#oidales* el coe(ciente degasto 8m9 depende de la correlacin c & delos !ngulos de inclinacin de los par!metros

aguas aba2o & aguas arriba Z & [ & %aria dentrode los limites:

m .FF\\\.


28/49


practico

an tenido amplia difusin los ali%iaderos sin

%acío de con(guracin cur%ilínea construidosseg$n las coordenadas de un chorro "ue caelibremente ?Tabla 3;3). Conforme con lasugerencia de 7. ]riguer & 0. S. O(ts'ro%* el

per(l de la super(cie del ali%iadero debe teneruna con(guracin mas amplia "ue la super(cieinferior del chorro "ue cae libremente detr!sdel ali%iadero de pared delgada.


29/49

Aliviaderos sin vac,o de

perfl practico7alores de las coordenadas del per(l del ali%iadero seg$n

]riguer < O(ts'ro% para 3. m.

&

&Per(l 0 Per(l = Per(l 0 Per(l =

?(g. 3;V*a)

?(g. 3;V*b)

?(g. 3;V*a)

?(g. 3;V*b)

* *34 *F 3* *BB *B*3 *F *3 3*U *VUF *HH4

*4 *U * 4* 3*4FB 3*FUU*F * *B 4*B 3*H 4*3* *U *4F F* 4*V4 F** * *H F*B F*V3V *V*V *3U *3VH * *HF B*43* *4B *F43 *B *44 *BV

3*4 *FHF *V


30/49


perfl practico7alores de las coordenadas del per(l del ali%iadero seg$n]riguer < O(ts'ro% para 3 m.

,igura 3;V.


31/49


perfl practicoEsto garanti#a el funcionamiento del per(l deali%iadero sin formacin del %acío deba2o delchorro. En la tabla 3;3 se eponen lascoordenadas * & para el per(l de ali%iadero conlos par!metros a presin %ertical e inclinado parala carga unitaria 3. ?(g. 3;V ).

Para calcular los %alores reales de las coordenadasde la super(cie de un ali%iadero para la carga dec!lculo c* los %alores de e &* epuestos en latabla 3;3* deben multiplicarse por la carga de

c!lculo:


32/49


perfl practico^ M c

& M c?;33)

Por ra#onamientos de construccin* el per(l cur%ilíneo delali%iadero de per(l practico ?(g. 3;H* a) habitualmente sealtera. El ali%iadero puede tener el par!metro aguas arribainclinado ?(g. 3;H* b) si la base de la presa debe tener unancho ma&or ?presas sobre los suelos 1o2os & arcillosos)*una intercalacin hori#ontal en la coronacin ?(g. 3;H* c)para el apo&o de la compuerta de aguas & otras des%iacionesdel per(l construido seg$n las coordenadas de la Tabla 3;3./a super(cie del ali%iadero se con2uga con el fondo aguasaba2o mediante una cur%a* cu&o radio se escoge en funcin

de la carga & la altura de la presa p_ ?Tabla 3;4).


33/49


perfl practicoEl gasto del ali%iadero se calcula %ali'ndose de laformula ?;) o ?;B). Eaminemos las magnitudes "ueforman parte de las formulas tambi'n para las

condiciones de ali%iadero de per(l practico.

El %alor del coe(ciente de gasto para el ali%iadero sin%acío no sumergido sin considerar la contraccin

lateral para la carga de calculo puede adoptarse elsiguiente:

para el per(l 0 ?(g. 3;V* a) .H`

para el per(l = ?(g. 3;V* b) .V.


34/49


perfl practicoEn condiciones reales* los ali%iaderos funcionan conel ni%el %ariable del agua aguas arriba & porsiguiente* su carga di(era a menudo de la calculada

? c). Si la carga "ue realmente act$a sobre elali%iadero es menor "ue la calculada A c* para lacual se han determinado las coordenadas de lasuper(cie del ali%iadero por la formula ?;33)* el

coe(ciente de gasto disminu&e. Si D c elcoe(ciente de gasto aumenta* &a "ue el ali%iaderose con%ierte en de %acío ?(g. 3;B). En este caso ?D c) el chorro tiende a despegarse de la super(ciedel ali%iadero & ba2o esta surge el %acío.


35/49


perfl practicoEl gasto del ali%iadero de per(l practico depende tambi'n de suforma.

N. N. Pa%lo%si propuso la formula para el calculo del coe(cientede gasto del ali%iadero cur%ilíneo de per(l practico tomando enconsideracin estos factores:

m M M ?;34)

donde:

es el %alor del coe(ciente de gasto del ali%iadero no sumergidopara la carga de caf33lculo ? c ).

es el coe(ciente de forma del ali%iadero.

es el coe(ciente de totalidad de la carga.


36/49


perfl practico/os %alores de los coe(cientes de forma delali%iadero en funcin del !ngulo de inclinacin &la altura relati%a lp del acha1anado del

paramento aguas arriba del ali%iadero* así comodel !ngulo de inclinacin de su paramento oper(lado se eponen en la Tabla 3;F.

/os %alores del coe(ciente de forma del per(l delali%iadero %aria dentro de los limites de:

.VB 3.


37/49


perfl practicoPara calcular el coe(ciente de totalidad de lacarga se puede %alerse de las formulas delacad'mico N. N. Pa%lo%si o del profesor N. P.

Rosano%. N. N. Pa%lo%si da* para la carga A c* las dependencias siguientes:

Para el per(l 0 ?(g. 3;V* a):

?.UVB Q .4B c ) para c .V`

?.VV Q .34 )* si .V c 3.

;3F


38/49


perfl practicoPara el per(l = ?(g. 3;H* b):

?.VB Q .F3 c

) para c

.3\.B` .V M * si c D .B

N. P. Rosano%* para las condiciones de .4 A c A

3.B* propone la formula siguiente:

?a Q ?3 < a) M ) ?;3B)

;3


39/49


perfl practicodonde:

a .UUV < .3UB

Para el paramento aguas arriba %ertical ? & 3*introduciendo la epresin ?;3B) en la formula ?;34)* tendremos:

m M ) ?;3)


40/49


perfl practicoPara un per(l cur%ilíneo con una intercalacin hori#ontal8c9 en la coronacin ?(g. 3;H* c)* se recomienda calcularel coe(ciente de gasto por la formula de 0. R. =eresinsi:

m .F Q .3 M ?;3U)

7alido dentro de los limites de .F c 4.B.

El coe(ciente de gasto considerando la %elocidad deacceso:

m M mJ ?;)


41/49


perfl practicoEn la coronacin del ali%iadero se constru&engeneralmente pilas "ue lo di%iden por el ancho de unaserie de aberturas de desage.

/os chorros en cada %ano de desage eperimentancontraccin.

Para tomar en consideracin la contraccin lateral del 1u2o

de un %ano* en la formula ?;B) se ha introducido elcoeficiente de contraccin lateral 89. El ancho efecti%o dela abertura de desage:

M b


42/49


perfl practicoEl %alor del coe(ciente de contraccin lateral para un %ano:

3 < .4 M M ?;3V)

-ntroduciendo el %alor de 89 en la formula ?;3V) tendremos:

b < .4 M M ?;3H)

donde:

es el coeficiente de forma de los estribos o los cabe#ales delas pilas del ali%iadero ?(g. 3;3).


43/49


perfl practicoSi el ali%iadero esta di%idido por las pilas en 8n9 %anosseparados* el ancho total efecti%o del ali%iadero ser!:

?;4)

donde:

es el ancho total de los %anos "ue funcionan delali%iadero.

n: es el numero de %anos "ue funcionan del ali%iadero.


44/49


perfl practico0. R. =eresinsi* para determinar el coe(ciente decontraccin lateral* propuso una formula mas uni%ersal:

?;43)

donde:

= es el ancho aguas arriba ante el ali%iadero.Z es el coeficiente de aerodinamicidad* "ue tiene los%alores siguientes: para las pilas rectangulares Z .3H*para las pilas "ue tienen una configuracin sua%e Z .3.


45/49


perfl practico/a formula ?;43) es aplicable tanto para el calculo de losali%iaderos de per(l practico ?(g. 3;H) como tambi'n paralos de umbral ancho ?(g. 3;).

?;43)

donde:

= es el ancho aguas arriba ante el ali%iadero.

Z es el coeficiente de aerodinamicidad* "ue tiene los%alores siguientes: para las pilas rectangulares Z .3H*para las pilas "ue tienen una configuracin sua%e Z .3.


46/49


perfl practico/as condiciones de sumersin de un ali%iadero sin%acío de per(l practico son las mismas "ue para elali%iadero de pared delgada:

# A & #pJ A .U ?;44)

/os %alores de los coe(cientes de sumersin f? se

eponen en la tabla 3;.


47/49


perfl practico

hso s hso s hso s hso s

. 3. .F .HH3 .BB .HB .V .U

.B .HHH .FB .HVV . .HBU .VB .U

.3 .HHV . .HVF .B .HU .H .BH

.3B .HHU .B .HUV .U .HFF .HB .3

.4 .HH .B .HU4 .UB .H3 3. .

.4B .HH

Tabla 3;: 7alores de los coeficientes de sumersin s

f?hs )


48/49


perfl practico+e esta tabla se desprende "ue la sumersin del ali%iaderode per(l practico empie#a a in1uir sobre el %alor del gastopara . Para la sumersin reduce considerablemente el gastodel ali%iadero.

E2ercicio F:

6na presa de un ali%iadero de per(l pr!ctico ? tiene seis%anos ?n) con un ancho b 3 metros. /a carga de calculo

sobre la coronacin del ali%iadero .F metros. +eterminar elgasto por el ali%iadero para .V metros si ? < #) 3.Fmetros* la altura del umbral p pJ . metros* el anchodel cause aguas arriba = H. metros* la %elocidad deacceso metrossegundo. /os cabe#ales delas pilas son

redondos.


49/49


perfl practicoE2ercicio :

6n ali%iadero de per(l pr!ctico ? tiene die# %anos

?n3) con un ancho b 3B metros. /a carga decalculo sobre la coronacin del ali%iadero *3metros. +eterminar el gasto por el ali%iadero para B*4 metros* # *U metros* la altura del umbral

p pJ .4 metros* el ancho del cause aguasarriba = 3. metros* la %elocidad de accesometrossegundo. /os cabe#ales delas pilas sonredondos.

Hidráulica II-aliviaderos

Documents

Transcript of Hidráulica II-aliviaderos