curso estruturas hidráulicas estructuras presas

ESTRUCTURAS HIDRÁULICASFACULTAD DE INGENIERIA

Ing. Esp. M.I.R.H Harry Alejandro Pineda Padilla

Programa Ingeniería Civil

Universidad Tecnológica de Choco

Abril de 2015

2. ESTRUCTURAS MULTIPROPÓSITO-ABASTECIMIENTO Y GENERACIÓN DE ENERGÍA

2Estructuras Multipropósito - Abastecimiento-Generación

2.1Diseño y Operación de Embalses

2.2Componentes y Tipos de Presas

2.3Diseño de Rebosaderos y Compuertas

2.4Diseño de Canales de Descarga

2.5Diseño de Túneles

2.6Diseño de Estructuras de Disipasión

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO

Un sistema de abastecimiento de agua está formado por una seriede elementos o componentes físicos, tales como:

Fuentes de abastecimiento. Captaciones. Conducciones. Tratamiento. Almacenamiento. Distribución.

Además de los componentes físicos, se requiere de unainfraestructura capaz de operarlos y mantenerlos adecuadamentepara que cumplan susfunciones específicas.

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO

EmbalsePresa

Captación

Tratamiento

Conducción

Distribución

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS GENERACIÓN

Un sistema de Generación está compuesto principalmente por:

Fuentes de abastecimiento. Captaciones. Conducciones Túnel Baja Presión. Conducciones Túnel Alta Presión. Almenara o Sistema Amortiguador. Casa de Máquinas. Generador. Canal de Descarga.

2.2.1 EMBALSES

Son volúmenes de agua retenidos en un vasotopográfico natural o artificial gracias a la realización deobras hidráulicas.

Embalse El PeñolEmbalse San Rafael

2.2.1 EMBALSES

1) Según su función

1.1 Embalses de acumulación: retienen excesos de agua enperíodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas desequía.

1.2 Embalses de distribución: no producen grandesalmacenamientos pero facilitan regularizar el funcionamiento desistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento oestaciones de bombeo.

1.3 Pondajes: pequeños almacenamientos para suplir consumoslocales o demandas pico.

1. Clasificación

2.2.1 EMBALSES

2) Según su tamaño

La clasificación de los embalses de acuerdo al tamaño se hace máspor razones de tipo estadístico que por interés desde el punto devista técnico.

2.1 Embalses gigantes Vol > 100,000 Mm3

2.2 Embalses muy grandes 100,000 Mm3 > Vol > 10,000 Mm3

2.3 Embalses grandes 10,000 Mm3 > Vol > 1,000 Mm3

2.4 Embalses medianos 1,000 Mm3 > Vol > 1 Mm3

2.5 Embalses pequeños o pondajes Vol < 1 Mm3

Mm3 : millones de metros cúbicos

1. Clasificación

2.2.1 EMBALSES

2. Función Reguladora

del embalse

2.2.1 EMBALSES

Mejoramiento en el suministro de agua a núcleos urbanos enépocas de sequía.

Aumento de las posibilidades y superficie de riegos.

Desarrollo de la industria pesquera.

Incremento de las posibilidades de recreación.

Mantenimiento de reservas de agua para diferentes usos.

Incremento de vías navegables y disminución de distancias paranavegación.

Control de crecientes de los ríos y daños causados porinundaciones.

Mejoramiento de condiciones ambientales y paisajísticas.

3. Ventajas de los embalses

2.2.1 EMBALSES

Pérdidas en la actividad agroindustrial por inundación de zonascon alto índice de desarrollo.

Cambios en la ecología de la zona.

Traslado de asentamientos humanos siempre difíciles ycostosos.

Inestabilidad en los taludes.

Posible incremento de la actividad sísmica, especialmentedurante el llenado de embalses muy grandes.

3. Desventajas de los embalses

2.2.1 EMBALSES

El vaso natural debe tener una adecuada capacidad, la que esdefinida por la topografía. Se debe buscar obtener la mayorrelación entre agua almacenada a volumen de presa, ojalámayor que diez para pequeños proyectos. La siguiente tablaincluye ejemplos de embalses muy conocidos a nivel nacional ymundial.

4. Consideraciones para la selección del sitio del

embalse

2.2.1 EMBALSES

La geología del lugar debe analizarse desde el punto de vista dela filtración del lecho del embalse estudiando fallas, contactos yfisuras. Las filtraciones ocasionan no solamente pérdidas deagua, sino también ascenso del nivel freático dando lugar acambios en las condiciones de los suelos adyacentes. Lasmejores condiciones para un embalse las dan suelos arcillosos osuelos formados por rocas sanas, y las peores los suelos limo-arenosos. Si las filtraciones son muy grandes, casi seguro que elvaso topográfico natural no es factible para el almacenamiento.Si resulta económico, se puede impermeabilizar el vaso, lo quesobre todo es factible en el caso de pondajes.

La estabilidad de los taludes del embalse debe ser analizada,puesto que cuando el embalse está lleno no se presentan seriosproblemas, pero éstos surgen al ocurrir descensos en los nivelesdel agua y especialmente si son súbitos.


embalse

2.2.1 EMBALSES

Es necesario hacer el avalúo de los terrenos a inundar. El costode compra de los terrenos no debe ser excesivo. El área delembalse no debe tener en lo posible vías importantes niedificaciones de relocalización costosa.

La calidad del agua embalsada es importante y debe sersatisfactoria para el uso proyectado. Los aportes de agua de lacuenca hidrográfica deben ser suficientes durante los períodosde lluvia para llenar el embalse y poder suplir la demandadurante épocas de sequía; en otro caso, hay que estudiar laposibilidad de trasvases.

El impacto ambiental y social tanto aguas arriba como aguasabajo debe considerarse y evaluarse.


embalse

2.2.1 EMBALSES

La limpieza de la zona del embalse puede resultar costosa ydebe considerarse a favor o en contra de un proyecto. Materiasflotantes, árboles, y otros desechos pueden ser causa deproblemas en el funcionamiento de las obras y en la explotacióndel embalse. La hoya hidrográfica debe presentar pocossíntomas de erosión.

Se busca que en la vecindad haya materiales para laconstrucción de la presa y obras anexas.


embalse-Volumen Requerido de Almacenamiento

2.2.1 EMBALSES

1. Curva área-elevación: se construye a partir de informacióntopográfica planimetrando el área comprendida entre cadacurva de nivel del vaso topográfico. Indica la superficieinundada correspondiente a cada elevación.

2. Curva capacidad-elevación: se obtiene mediante la integraciónde la curva área-elevación. Indica el volumen almacenadocorrespondiente a cada elevación.

5. Características de los embalses

Se requiere para determinar estas curvas de informacióntopográfica consistente en un plano topográfico de la cuencahidrográfica. Escalas usuales son 1:50.000, 1:25.000,1:20.000, 1:10.000, 1:5.000, y 1:1.000, con curvas de nivelentre 20 m y 1 m, dependiendo de la magnitud del proyecto ydel nivel de precisión requerido.

2.2.1 EMBALSES

El incremento de volumen entre dos curvas de nivel consecutivas secalcula con la siguiente expresión:

D" = incremento de volumen entre curvas de nivel consecutivasDh = diferencia de nivel entre curvas de nivel consecutivasAi = área correspondiente a un nivel inferiorAs = área correspondiente a un nivel superior


2.2.1 EMBALSES

5. DETERMINACIÓN VOLUMEN ÚTIL DEL EMBALSE

N

VVV

Masa

NFirme

t

Firme

t 1

Ecuaciones para el cálculo numérico de las curvas de masa y de rendimiento firme para un embalse dada la curva de caudal mínimo anual.

T : El mes t

N: Número de Períodos (12 meses)

VOLUMEN EMBALSEQentrada Qfirme

tQVVt

Masa

t

Masa

t D 11

2.2.1 EMBALSES


Q V

t tCurva Caudales Mínimos Curva de Masa

Caudal Rendimiento Firme

Déficit

Exceso

2.2.1 EMBALSES

ExcDefCap Firme

t

Masa

t VVMinExc

Firme

t

Masa

t VVMaxDef


VOLUMEN EMBALSEQentrada Qfirme

Ecuaciones para el cálculo numérico de las excedencias y deficits, la capacidad del embalse y el almacenamiento inicial y la simulación del almacenamiento.

T : El mes t

N: Número de Períodos (12 meses)

)(1

RFirme

t

Río

t

Embalse

t

Embalse

t VVVV

2.2.1 EMBALSES

Niveles característicos


Nivel de embalse muerto (NME): es el nivel mínimo deagua en el embalse. Delimita superiormente el volumenmuerto del embalse el cuál debe exceder en capacidad alvolumen de sedimentos calculado durante la vida útil con elfin de que el embalse los pueda contener. Su determinación esmuy compleja, sobre todo si el embalse es de propósitomúltiple (caso en que debe tenerse en cuenta la carga deagua sobre las turbinas, condiciones de navegación aguasarriba, altura de comando sobre las tierras de riego, etc.).

Nivel mínimo de operación del embalse (NMOE):delimita superiormente el volumen generado por la alturamínima del agua necesaria para el correcto funcionamiento detoma de agua la que se sitúa por encima de NME.

2.2.1 EMBALSES

Niveles característicos


Nivel normal del agua (NNE): delimita superiormente alvolumen útil del embalse, que es el que se aprovecha y gastaen función de diferentes propósitos: energía, irrigación,suministro de agua, etc. Para su ubicación se tienen en cuentalos siguientes aspectos: aportes de la cuenca, demanda deagua, pérdidas por infiltración y evaporación.

Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmentedurante la creciente de los ríos dando lugar al volumenforzado del embalse, el cual puede ser usado en algunoscasos, pero por lo general es evacuado rápidamente pormedio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero.

2.2.1 EMBALSES

Planta

Perfil

2.2.1 EMBALSES

Rendimiento del embalse

Es la cantidad de agua que puede proporcionar el embalseen un intervalo específico de tiempo.

El rendimiento seguro o firme, es la cantidad máxima deagua que puede garantizarse durante un período crítico desequía.

El rendimiento secundario es el agua disponible en excesodel rendimiento seguro durante períodos de escurrimientoaltos.

2.2.2 PRESAS

Una presa es una construcción que tiene por objeto contener el agua

de un cauce natural con dos fines, alternativos o simultáneos, según

los casos:

Elevar su nivel para que pueda derivarse por una conducción (creación de altura).

Formar un depósito que, al retener los excedentes, permita suministrar el líquido en los momentos de escasez (creación de embalse).

Junto con ese objetivo esencial, hay que cumplir otro secundario y

accidental que, a pesar de ello, es importantísimo y condiciona el

concepto estructural. Esa necesidad funcional es la evacuación del

agua sobrante.

2.2.2 PRESAS

Siendo la presa una estructura hidráulica, los distintos tipos posibles

responden a las variadas formas de lograr las dos exigencias

funcionales:

- Resistir el empuje del agua.

- Evacuar los caudales sobrantes.

2.2.2 PRESAS

Clasificación de acuerdo con material de

construcción:

1.Tierra

2.Gravitacional de Hormigón y de arco de hormigón.

3.De enrocados

4.De hormigón compactado por rodillo (HCR ó RCC)

5.De rellenos con pantalla de hormigón (CFRD)

Colbún Pangue

2.2.1 EMBALSES

De gravedad, que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados, como mampostería u hormigones.

De contrafuerte, formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

De arco-bóveda, que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los empujes del agua al terreno.

De tierra o escollera, con un núcleo de material arcilloso, que a veces es tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

TIPOS DE PRESAS

1. Presas Zonificadas, de

Tierra.

Presa de Asuán

Presa

Colbún

2.2.2 PRESAS

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/AswanHighDam_Egypt.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/AswanHighDam_Egypt.jpg

Protección enrocados

Pared Moldeada

Núcleo

Rellenos compactados Rellenos compactados

Enrocados

SUELO

1. Presas Zonificadas, de Tierra.

2.2.2 PRESAS

2. Presas de hormigón,

gravitacionales y de arco

Presa Arco Rapel.

2.2.2 PRESAS

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Img_barrage_poids.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Img_barrage_poids.jpg

REQUIEREN ROCA MUY ESTABLE Y RESISTENTE

2. Presas de hormigón, gravitacionales y de arco

2.2.2 PRESAS

3. Presas de enrocados

Presa El Guavio

2.2.2 PRESAS

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/GuavioPresa.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/GuavioPresa.jpg

3. Presas de rellenos con pantalla hormigón

(CFRD).

Presa Potrerillos, Argentina

2.2.2 PRESAS

3. Presas de enrocados, y de rockfill con pantalla hormigón (CRFD).

Pantalla hormigón

Chimenea de drenaje

Revestimiento drenantePared Moldeada

SUELO

Plinto

Plinto

2.2.2 PRESAS

4. Presas de hormigón

compactado por rodillo

(HCR)

Presa Pangue.

Presa Ralco.

2.2.2 PRESAS

4. Presas de hormigón

compactado por rodillo

(HCR) Colocación de capas:

REQUIEREN ROCA

Usan galerías drenantes.

2.2.2 PRESAS

Cálculo de una presa

La estructura, que puede ser de distintos materiales, debe cumplir entodo caso el doble condicionado: ser estable y ser resistente; ambas, enfunción de los requerimientos de la presa.

En cuanto a estabilidad, el sistema de fuerzas (componente V, H yMomentos) ha de estar en equilibrio. En cuanto a resistencia, el materialde la presa debe poder soportar, coeficiente de seguridad incluido, lasmáximas tensiones.

2.2.2 PRESAS


Fuerzas actuantes:

EMPUJE DEL AGUA.

Fuerza activa fundamental, tiene dos componentes, H y V; la H suele serla más importante. El empuje siempre está bien determinado.

PESO PROPIO.

Fuerza pasiva fundamental. Componente vertical, que colabora en laestabilidad y que también está bien definido.

SUBPRESIÓN.

Fuerza activa complementaria importante. La subpresión está producidapor la filtración; es pues, exclusiva de obras hidráulicas. Ejerce unaacción de cuña, con componentes H y V, siendo V la más destacadaen general. Está mal definida, pero se puede controlar en parte.

2.2.2 PRESAS


Fuerzas actuantes:

TEMPERATURA Y RETRACCIÓN.

Son fuerzas internas y, por lo tanto, tienen componentes en cualquierdirección. La retracción y el efecto térmico son reducibles con ciertasmedidas de precaución durante la ejecución.

Con las fuerzas anteriores hay que contar siempre; hay otras fuerzasaccidentales, que no actúan en todo momento, pero han de tenerse encuenta al proyectar la estructura que las soporte.

TERREMOTOS.

No están bien definidas. Producen fuerzas H y V. Pueden ser importantes ono según las características sísmicas de la zona que se trate. Cada vez sevan teniendo más en consideración, especialmente en las presas de tierrapor sus efectos.

EMPUJE DEL HIELO.

Fuerza horizontal, poco importante en general; sólo actúa en ciertasregiones.

2.2.2 PRESAS


Fuerzas actuantes:

EMPUJE DE LOS SEDIMENTOS.

De componentes H y V, prevaleciendo H. De pocaimportancia por lo común.

EFECTO DEL OLEAJE.

En general de poca importancia, salvo en embalses de muchaextensión o en los que sean previsibles; o las singulares poraludes o desprendimientos difíciles de controlar.

OTRAS SOLICITACIONES.

Corrientemente de menor cuantía, dependiendo esencialmentedel tipo de estructura. Así, en las presas de compuertas,debe estudiarse la posibilidad de vibraciones resonantes endichas compuertas.

2.2.2 PRESAS


El proyecto de una presa es una actividad multidisciplinaria y uno de los de

mayor envergadura. A los Ingenieros Hidráulicos nos corresponde, entre otras

actividades, la de definir la cota de coronamiento del muro a dimensionar las

obras de descarga que permitan enfrentar las crecidas del río o bien sean

requeridas para eventuales vaciados del embalse, verificar filtraciones, definir

la posición de bocatomas, vertederos, desagües de fondo, etc.

Muro de la presa: es el elemento que distingue a una presa de otra: de tierra

de hormigón masivo, de hormigón armado, de enrocados, etc.

Condición de diseño usual para la altura de presas de CH:

“La cota de coronamiento de la presa deberá ser mayor que la carga

eventual del vertedero (NAME) operando con su caudal de diseño, más

la sobre-elevación producida en el embalse por el viento de diseño

adoptado para el tipo de presa considerado”.

2.2.2 PRESAS

En las presas se acostumbra a utilizar los siguientes términos:

NAMN o NAMO : Nivel de aguas máximas normales o de operación. Es el

que se considera para el cálculo de la Hn de la central.

NAME: Nivel de aguas máxima eventual de un embalse. Es el nivel de

aguas en el embalse cuando se encuentra operando el vertedero de

seguridad con su caudal de diseño.

Cálculo de la sobre-elevación por viento: Método de Saville.

Este método considera que la sobreelevación por viento en el embalse es

producto del peralte de la masa de agua (S) y por el remonte de la ola sobre

el muro de la presa (run-up).

Determinación del NAME. Es función de la curva de descarga del vertedero

o bien es un dato impuesto al proyecto en cuyo caso pasa a ser un criterio

de diseño del vertedero y de la presa.

Luego la cota de coronamiento será:

NAMO + Carga vertedero + Viento (S+run up) = NAME + Viento

2.2.2 PRESAS


PRESA

2.2.2 PRESAS

Estructuras hidráulicas de Presas y Embalses

EMBALSE

REBOSADERO

CANAL DE DESCARGA

ESTRUCTURA

DISIPASIÓN

TUNELES DE

CARGATÚNEL

DESCARGA DE

FONDO-DESVÍO

GENERADORES

2.2.3 REBOSADEROS

Estructuras que permiten evacuar los excedentes de unembalse.

Belesar - EspañaEmbalse Salime - España

Los ríos son tan variables que no podemos prever sus caudales con

absoluta seguridad; y por grande que sea un embalse, no podemos estar

seguros de que no se presente una crecida excepcional que rebase su

capacidad almacenadora.

La evacuación de los caudales excedentes es, pues, inevitable, pero

presenta, además, una característica: como los sobrantes no se presentan

repartidos en un largo período sino por efecto de avenidas de duración

relativamente corta (días u horas), con caudales muy grandes, la

evacuación de éstos plantea problemas.

Los órganos destinados a la evacuación de caudales sobrantes se llaman aliviaderos y pueden ser de varios tipos, según su situación:

2.2.3 REBOSADEROS

Aliviaderos de superficie. Aliviaderos de medio fondo. Desagües de fondo.

Ecuaciones de Diseño

2/323

2HgBCQ e

d

Ecuación Rebosadero Básico

Donde:

Q Caudal [m3/s]

Cd Coeficiente de descarga

H Nivel Lámina sobre la cresta de la Presa

Be. Ancho equivalente.

N Número de contracciones

K Factor de contracción

knHBBe


2/312/3* 23

2HHgBCQ e

d

Ecuación Rebosadero de Compuerta

Donde:

Q Caudal [m3/s]

Cd Coeficiente de descarga Cd*=.6, 0.55<Cd<.7


H1 Nivel de la Compuerta

gHgaBCQ e

d 223

2

H1

H

a


225.023

2 2/3 D

HHgDCQ cd

Ecuación Rebosadero Circular “Morning Glory”

Donde:

Q Caudal [m3/s]



H1 Nivel de la Compuerta

5.0)(24

1 2 D

HzHgDCQ d


H

y

H

x0.2

85.1

Ecuación Forma del Rebosadero

Donde:

X abscisado de la curva

Y Ordenada de la curva



)2()(

21

1212

2 Qt

VIIQ

t

V

D

D

Ecuación Numérica para el Tránsito de Crecientes en Embalses

Donde:

Vi: Volumen Embalse sobre la cresta del rebosadero

Qi: Descargas del Rebosadero

Ii: Caudales de la creciente

dt: Delta de tiempo para la simulación

Son las estructuras de llevar la descarga del rebosadero a las estructuras

de disipación de energía, logrando algún nivel de disipación de energía y

el control de los caudales.

2.2.3 CANALES DE DESCARGA

yo

qV

B

Qq

n

Syo

yoB

Byoq

2/13/2

2

Ecuación de Manning para el Cálculo de la Profundidad no aireada en Canales de descarga

Donde:

q Caudal unitario

Yo Profundidad Normal

B: Ancho del Canal

V: Velocidad

Q: Caudal

Métodos para el cálculo de la Profundidad Aireada en Canales de

Descarga

2.2.3 CANALES DE DESCARGA

37.032.0 11 cyCy ca

Método 1

Método 2

Donde:

Ya Profundiad Aireada

Yo Profundidad Normal

Fr: Número de Froude de Profundiad Normal

C1: Coeficiente de Aireación

Yc: Profundiad Crítica

Disipación de Energía (ver texto H. Mery)

Los chorros evacuados por el rápido de un vertedero, tradicionalmente

son manejados mediante dos formas:

Lanzamiento con salto de esquí:

Disipación en cubetas amortiguadoras de resalto:

2.2.3 ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN

Disipación de Energía


Partes:

1.- Canal de descarga o rápido.

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

lanzamiento.

3.- Dispersión del chorro en la atmósfera.

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

5.- Zona de aguas abajo.



Lanzamiento con

salto de esquí:

El radio del cuenco se denomina “ bR ” y el ángulo de lanzamiento o de

despegue se denomina “ j ”. Es ideal que la pendiente del rápido en la

llegada al cuenco no sea superior a 1:4 (H:V) y el ángulo de lanzamiento esté 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 relación: 2/130

)( bgt

qF




2

0FR

t

gt

p

b

b

b

m

La máxima presión sobre el fondo

del cuenco debido a la fuerza

centrífuga, 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 energía cinética del chorro a la salida del cuenco y “pm ” la presión máxima):

2/1

0

bb

b

t

H

t

R

mb

b

p

v

t

R

2

2

0




jj

m senH

x cos2

0

jm senH

z2

0

Si se denomina g

vH

2

2

0

0 , la ubicación de la máxima

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

El ángulo “ 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


Presa Arco Rapel.



Presa Ralco.


Cubetas disipadoras de resalto:


H Energía Total

Z Altura Presa

Hd Altura Diseño Rebosadero

Profundidad Inicial antes Rebosadero

Profundidad Final antes Rebosadero

ProfundidadRío

Nivel del LechoDel Cuenco Disipador

Cubetas disipadoras de resalto:

1h Altura del torrente en el inicio del resalto.

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

1

11

gh

vF = Nº de Froude del torrente.

2h Altura conjugada.

2v Velocidad del régimen subcrítico.

rL Longitud del resalto.

La altura conjugada, relación de Belanger:

1812

1 2

1

1

2 Fh

h


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 régimen 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 .



Tanque tipo II:



Tanque tipo III. Este tanque es mucho más corto que el anterior para lo cual tiene una corrida de bloques de impacto que originan fuerzas que se suman a la fuerza hidrostática 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 cavitación 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



Tanque tipo IV. Este tanque se utiliza para disipar la energía de torrentes de baja energía específica. Sus características se muestran en la figura 2.77. Los parámetros característicos deben cumplir las siguientes

recomendaciones( .2 conjhh ):

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


Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint

Anthony Falls)

Se utiliza para pequeñas estructuras de drenaje, es de tamaño

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


Cubetas disipadoras de resalto, Tanques SAF (Saint

Anthony Falls)


Cubeta SAF:

Recomendaciones de diseño (1.7 < F1 < 17), según Ven Te

Chow:


Cubeta SAF:

Recomendaciones de diseño (1.7 < F1 < 17), según Ven Te

Chow (continuación):


2.2.4 ESTRUCTURAS DE TOMA

Componentes de las Estructuras de Toma

Presa de Captación Depósito de Captación

Vertedero de Control Rejillas

Canal de Aducción

Compuertas

Cámara de Recolección

Cámara de excesos

Conducción a Desarenador

Conducción de excesos

Criterios de Diseño

CAPTACIONES SUPERFICIALES

1-Diseño bajo concepto de Flujo Permanente y Gradualmente Variado.

2-Se calcula con base en el Caudal Máximo Diario afectado por las pérdidas de todo el sistema.

3-Localización en tramos rectos de los ríos o en las curvas externas de los mismos.

4-Tomas con rejillas de fondo son aconsejables para ríos de montaña.

5-Las presas pequeñas se deben contemplar para riós angostos con problemas de estabilidad del nivel del agua.

6-Para ríos de llanura con niveles estables a lo largo del año, se recomienda tomas con cámaras de toma directa-(depósitos de captación).

Parámetros de Diseño


1-Velocidades entre 0.3 m/s y 3 m/s.

2-Periódos de diseño según nivel de complejidad

3-Velocidades para canales de aducción según tipo de material del canal.

4-Ajustar longitudes con base en bordes libres.


gHACQ d 2

Ecuación Orificio para Caudales

Donde:

Q Caudal [m3/s]


H Nivel Lámina sobre el vertedero

Útil para el cálculo de caudales en compuertas o caudales que dependen de cabezas hidráulicas fijas.



2/384.1 HLQ

Ecuación Vertedero Cresta Delgada

Donde:

Q Caudal [m3/s]

L Longitud de la Cresta

H Nivel Lámina sobre el vertedero

Útil para la definición de niveles de lámina de agua y caudales sobre vertederos, como CONTROL HIDRÁULICO.



HLL 2.0*

Ecuación Corrección contracciones Laterales

Donde:

L* Longitud de la Cresta ajustada

L Longitud de la Cresta del Vertedero

H Cabeza sobre el Vertedero

Se usa para el de la velocidad neta sobre la cresta del vertedero



4/37/4

7/43/2

74.018.0

6.036.0

HVX

HVX

ri

rs

Ecuaciones de Alcances de Flujo sobre Canales

Donde:

Xs Alcance superior

Xi Alcance inferior

Vr Velocidad Neta vertedero aguas arriba

H Nivel lámina vertedero

Se usa para estimar el ancho de los canales de aducción dadas condiciones del Control Hidráulico aguas arriba


Ecuaciones de Diseño-Rejillas

rejillan BLba

aA

Estimación Área Neta de flujo en rejillas

Donde:

An Área neta para rejillas

a. Espaciamiento efectivo de flujo

b. Espaciamiento de las rejillas

Útil para la definición de las dimensiones de las rejillas de captación.


Ecuaciones de Diseño-Rejillas

g

VKH r

2

2

D

Pérdida de energía del flujo en rejillas

Donde:

dH Pérdida de energía

K Coeficiente de Pérdida

Vr Velocidad Neta en las rejillas

Se usa para pérdidas de carga en las rejillas


Ecuaciones de Diseño-Canales

coc

occo LSL

SYYY3

2

32

2/12

2

Profundidades Iniciales en perfiles de flujo sin fricción

Donde:

Yc Profundidad Crítica

Lc Longitud Canal rectangular

So Pendiente Canal

Para la definición de dimensiones de los canales


Ecuaciones de Diseño-Canales

3/1

2

2

gB

QYc

Profundidad Crítica

Donde:

Yc Profundidad Crítica

B Ancho del canal rectangular

Útil para la estimación de Controles hidráulicos.


Ejemplo de Diseño – Bocatoma Lateral con compuertas


COMPUERTA

CANAL

REJILLA HORIZONTAL

CÁMARA EXCESOS

CÁMARA RECOLECCIÓN

curso estruturas hidráulicas estructuras presas

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