Vertedero lateral
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Trabajo hecho en la asignatura de Agua y saneamiento de la Maestria en Ingeniería Ambiental.

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Vertedero lateral Document Transcript

  • 1. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA CENTRO DE INVESTIGACION Y ESTUDIOS DEL MEDIO AMBIENTE UNI – CIEMA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTALObras de Captación: Dique con vertedero lateral. Principio de funcionamiento  Principio de funcionamiento Aplicación y uso  Aplicación y uso Criterios de diseño  Criterios de diseño Procedimiento de diseño  Procedimiento de diseño Martha A. González Moncada, MD. MsEpi. PhD.  Martha A. González Moncada, MD. MsEpi. PhD. DOCENTE: MSc. Ing. Yalena Navarro Cajina Junio, 2011 Realizado por: Ing. Mario Francisco Castellón Zelaya Ing. Concepción Montenegro Picado
  • 2. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. ÍNDICEI. Definiciones ................................................................................................. 1II. Captación de toma lateral ............................................................................ 1 2.1 Usos y aplicaciones............................................................................... 3 2.2 Funcionamiento ..................................................................................... 3 2.3 Criterios de Diseño ................................................................................ 4 2.4 Parámetros de diseño ........................................................................... 5 2.5 Procedimiento de diseño ....................................................................... 6 2.5.1 Caudal de descarga........................................................................ 6 2.5.2 Caudal unitario................................................................................ 7
  • 3. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. I. DefinicionesObra de captación: Consiste en una estructura colocada directamente en lafuente, a fin de captar el gasto deseado y conducirlo a la línea de aducción.Obra de captación de agua superficial: Conjunto de obras y mecanismos, anivel de terreno para el aprovechamiento de aguas superficiales. Pueden serde carácter permanente o temporal.Fuentes superficiales sin regulación de caudal: Son aquellas con capacidadde proveer un caudal superior al gasto máximo diario para cualquier época.Fuentes con regulación de caudal: Son aquellas que por no proveer elcaudal de demanda, requieren el diseño y construcción de un dique o represapara compensar variaciones de caudal durante épocas de crecidas con los deestiaje. II. Captación de toma lateralEs la obra civil que se construye en uno de los flancos del curso de agua, deforma tal, que el agua ingresa directamente a una caja de captación para suposterior conducción a través de tuberías o canal.Este tipo de obra debe ser empleada en ríos de caudal limitado y que noproduzcan socavación profunda. La obra de toma se ubicará en el tramo del ríocon mayor estabilidad geológica, debiendo prever además muros de protecciónpara evitar el desgaste del terreno natural.La obra de toma lateral, también es empleada en presas derivadoras. La tomase localiza lateralmente a la presa o en cualquier punto del perímetro del vasode agua.Los componentes principales para el diseño de una toma lateral son: Abastecimiento de Agua Página 1
  • 4. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. Boca de toma: cuya sección efectiva se determina en función del caudal medio diario, el diseño de la reja de protección y a los niveles de fluctuación del curso de agua. El dimensionamiento de la boca de toma se realizará de la misma forma que la señalada para canales de derivación. Canales/tuberías de conducción: debe ser calculada en función al caudal máximo diario, para el diseño refiérase al capítulo de aducciones. Obras de encause y protección: dependiendo de las características morfológicas del lugar de toma, deberán construirse ataguías y muros de protección y/o encause. Estos aspectos deben ser determinados por el responsable del proyecto con conocimiento pleno del sector de captación. Boca de toma: cuya sección efectiva se determina en función del caudal máximo diario, el diseño de la reja de protección y a los niveles de fluctuación del curso de agua.Los diferentes componentes de una toma con vertedero lateral se muestranen la figura 1. Figura 1.- Muro con caja y vertedero lateral. Abastecimiento de Agua Página 2
  • 5. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. 2.1 Usos y aplicacionesCuando el dispositivo de captación en un curso superficial está expuesto aimpactos de consideración debido a cantos rodados, troncos de árboles, etc.,arrastrados por las crecidas, el método de captación directa resulta inadecuadodebido a lo frágil que es un tubo proyectado en el paso de la corriente. En estoscasos puede recurrirse al empleo de una tanquilla o canal de concreto armadoprovisto de un vertedero lateral.Igualmente, si el gasto que se requiere captar es de cierta consideración, lasumergencia requerida para algunos dispositivos de captación puede resultarexcesiva, y la solución alternativa es un canal lateral con su vertederocorrespondiente. Esto es especialmente válido en el caso de algunos ríos quetraen mucha arena durante las crecidas violentas, y el material depositadopuede cubrir el dispositivo de captación en corto tiempo. 2.2 FuncionamientoDe acuerdo con la definición que se emplea en la hidráulica, el vertedero laterales un dispositivo que permite el paso del agua por encima de una cresta,orientada en sentido paralelo a la dirección principal de la corriente.Mediante la ubicación de la cresta por debajo del novel normal de las aguas, seproduce un gradiente hidráulico hacia la misma, y parte del flujo cambia sudirección original en sentido aproximadamente ortogonal. Mientras mayor seael gradiente hidráulico y la longitud de la cresta, mayor será la descarga através del vertedero. Por otra parte, mientras mayor sea la velocidad original dela corriente, o sea la paralela a la cresta, menor será la descarga.El aumento de la sección transversal debido al represamiento causado por eldique, resulta en la reducción considerable de la velocidad del flujo. Si biendicha velocidad se aumenta en la cercanía del vertedero de rebose, su valor esmínimo en las zonas cercanas al anclaje del dique en la orilla. Una tanquilla Abastecimiento de Agua Página 3
  • 6. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral.lateral con su vertedero correspondiente, ubicada en esas zonas, causará unflujo casi perpendicular a la cresta del vertedero.Cuando se diseña vertederos laterales para pequeños caudales, el aseguraruna carga adicional sobre la cresta no representa un exceso de costo para losgastos de captación por lo que la manera más sencilla para su diseño essuponiendo una dirección de flujo perpendicular a la cresta y calculando eldispositivo con un amplio margen de seguridad.Experimentalmente se ha encontrado que la capacidad de descarga de unvertedero normal a la dirección de la corriente es mucho mayor que lacapacidad de descarga de un vertedero lateral. 2.3 Criterios de DiseñoEl diseño del vertedero lateral consiste en calcular la longitud del vertederopara un caudal de diseño que se pretende tomar de un canal o un río. Haycuatro cantidades que definen el funcionamiento de un vertedero lateral queson: La descarga o gasto Q El gradiente hidráulico hacia la cresta del vertedero La velocidad de la corriente Longitud de la cresta.Conociendo tres de estas cantidades puede calcularse la cuarta. Sin embargo,la teoría de los vertederos laterales exige cálculos sumamente laboriosos, aúnen los casos en que existen soluciones analíticas bien definidas. En el diseñode obras de captación para gastos moderados, normalmente no es necesariorecurrir al desarrollo de la Ecuación de Momentum, que se aplica a losvertederos laterales.El propósito que se persigue es el diseño de una estructura económica, capazde captar el gasto previsto; en caso de que dicho gasto sea pequeño, laeconomía lograda a base de cálculos exactos es insignificante en la mayoría delos casos. Abastecimiento de Agua Página 4
  • 7. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral.Por lo consiguiente, el problema se reduce a determinar la carga necesariasobre una cresta de longitud dada, o la longitud requerida de cresta para unacarga fija.Al fijar el nivel del vertedor de rebose del dique con respecto a la cresta delvertedor lateral, automáticamente queda fijada la carga mínima sobre dichacresta. Durante las crecidas, el caudal y la velocidad de la corriente seaumentan considerablemente y las condiciones de flujo hacia la tanquilladifieren mucho de la suposición original. Sin embargo, la carga disponible sobreel vertedero lateral aumenta en la misma proporción quela altura de agua sobreel rebose del dique. Por consiguiente, el factor de seguridad en el gasto decaptación se aumentará también, ya que dicho gasto permanece constante.En esta forma el vertedero lateral calculado para las condiciones del caudalmínimo del río trabajará correctamente durante las crecidas también, siempre ycuando la tanquilla de captación quede retirada del rebose del dique. En elcaso extremo en que el vertedero de rebose del dique ocupe todo el ancho delrío, debe tomarse en cuanta la influencia de la velocidad de corriente, en ladescarga a través del vertedero lateral. La cresta del vertedero lateral se fija enrelación a la cota de rebose del dique, previendo amplio margen de seguridaddel caudal a captar. 2.4 Parámetros de diseño Caudal de diseño: Para un sistema por gravedad se debe considerar el caudal máximo diario para la población de diseño. Determinación del nivel del río: Deberá obtenerse los niveles máximos y mínimos anuales en estaciones hidrológicas cercanas; en el caso de falta de datos hidrológicos se debe investigar niveles en periodos de avenidas y estiaje, apoyándose en información de personas conocedoras de la región. Abastecimiento de Agua Página 5
  • 8. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. 2.5 Procedimiento de diseño 2.5.1 Caudal de descargaLa ecuación general para cualquier tipo de vertedor es:Q  Cd H n donde Cd = Coeficiente de descarga H = Altura del líquido sobre el vertedero n = relación de integración  Para un vertedero rectangular 3 Q  C d LH 2  Para un vertedero triangular 8   5 Q 2 g tan h 2 15 2  Determinación del coeficiente de descarga Abastecimiento de Agua Página 6
  • 9. Obras de Captación: Dique con vertedero lateral. 2.5.2 Caudal unitario 3 q  Cd H 2 Cuadro 1.- Descarga aproximada q para una carga H.H (cm) 1 3 5 10 15 20q (l/s) 1.4 7.4 15.8 47.5 86.2 130  III. BIBLIOGRAFÌA   Especificaciones técnicas para el diseño de captaciones por gravedad de aguas superficiales. CEPIS Lima (2004) Abastecimiento de Agua Página 7