SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 11
Descargar para leer sin conexión
Obras de excedencia
1
Obras de excedencia
2
Introducción
La obra de excedencia es una estructura que
tiene como función principal evacuar los
volúmenes de agua que exceden a los de
aprovechamiento o de control en un
almacenamiento y conducir tales volúmenes
hasta el cauce del propio rio aguas abajo (5). En
el caso de presas derivadoras, por el vertedor,
pasan las aguas excedentes que no serán
aprovechadas. Mientras que en una presa de
almacenamiento se trata de evitar desfogues y
por lo tanto el uso del (os) vertedor (es). En el
caso de las presas derivadoras, el
funcionamiento de la obra de excedencias será
más frecuente y, en algunos casos, permanente.
En presas de tierra, para un mejor anclaje al
terreno natural, la estructura de preferencia ha
de alojarse en cualquiera de las márgenes de la
presa, y eventualmente en el cuerpo de la
cortina.
La obra de excedencias en presas, bordos, ollas
y tanques de almacenamiento es un elemento
muy importante ya que protege el cuerpo, obra
de toma y demás estructuras de los
escurrimientos extraordinarios que pueden
causar el desbordamiento o la inundación de las
zonas adyacentes por el llenado del embalse o
depósito a un nivel no deseado (5).
Teniendo en cuenta que las fallas ocurridas
normalmente en presas de gravedad se han
debido principalmente a la insuficiencia del
vertedor de demasías, se tendrá especial
cuidado en su diseño, basando los cálculos en
datos obtenidos de la avenida máxima
observada, además de tener suficiente
capacidad, se deberá cuidar que la descarga del
vertedor no socave el talud aguas abajo de la
presa.
Las partes esenciales de que consta
generalmente un vertedor son el canal de
acceso, cresta vertedora, canal de descarga y
disipador de energía (colchón hidráulico). El
canal de descarga se recomienda se construya
recto, pero si la topografía lo hace costoso se
realizará en forma de curva. Estos canales
deben resistir flujos a altas velocidades, por lo
cual siempre deben ir revestidos.
Para alcanzar el objetivo de las obras de
excedencias, estas deben estar constituidas de
diferentes componentes; cada una de ellas
involucra distintos problemas en su diseño, que
dependen de las condiciones topográficas y
geológicas del sitio, el diseño del vaso de
almacenamiento, las necesidades de operación
y servicio, los daños a otras estructuras o al sitio
de descarga, pero esencialmente con su
economía (4).
Definición
La obra de excedencias o vertedor de demasías
es la estructura que da salida a las aguas
excedentes del almacenamiento, protegiendo la
cortina, obra de toma y demás estructuras al
impedir que el agua se desborde sobre la obra
de retención y la destruya (1 y 3).
Objetivo
• Proteger la estructura u obra hidráulica ya
sea de almacenamiento o derivación al
evacuar los excedentes de agua
almacenada o en caso de una avenida
máxima.
Ventajas
• Para el caso de bordos, presas de
almacenamiento, ollas y otro tipo de
almacenamiento, una obra de
Obras de excedencia
3
excedencias permite desalojar el agua
excedente en caso de presentarse una
avenida máxima, previniendo así el daño
a las estructuras y posibles daños a
poblaciones que se encuentren aguas
abajo.
• Para el caso de presas derivadoras, la
obra de excedencias permite verter el
agua excedente, así como elevar el
tirante en conjunto con la compuerta
deslizante o radial para el
aprovechamiento del agua para uso
pecuario y/o agrícola por medio de una
compuerta tipo miller.
• Garantiza una vida útil mayor a la obra
que la contiene.
Desventajas
• Para el caso de bordos y presas la obra
de excedencias disminuye el volumen
total de almacenamiento que podría ser
utilizado para uso pecuario y/o agrícola.
• Representa un costo adicional a la obra
principal.
Condiciones para establecer una obra de
excedencia y elementos básicos a considerar
Los factores más importantes que intervienen
para la elección de la obra de excedencias son
principalmente las condiciones topográficas y
geológicas del sitio donde se alojara la obra de
excedencias, el tipo de cortina, carácter del
régimen de la corriente aprovechada, operación
y presupuesto (3).
Componentes de la obra de excedencias
La obra de excedencia está constituida de forma
general por los siguientes elementos, Figura 1.
Figura 1. Partes que integran un vertedor de
demasías
Canal de acceso
Su función es conducir el agua desde el vaso de
almacenamiento hasta la estructura de control o
sección vertedora.
Estructura de control
Consiste en un cimacio, un orificio o una tubería
que regula las descargas del vaso de
almacenamiento. Los mecanismos de control
más comunes son: plumas, compuertas
deslizantes, compuertas radiales, conducto de
descarga, estructura terminal o disipador de
energía y canal de desfogue o salida (2).
Clasificación de las obras de excedencias
Generalmente los vertedores se clasifican de
acuerdo con su rasgo más prominente como
pueden ser la forma de la cresta, la forma como
desfogan la corriente o alguna otra
característica, sin embargo, considerando
únicamente la cresta vertedora y forma de la
descarga, a continuación se da la clasificación
de vertedores más usual en presas de
almacenamiento:
1. Vertedores de cresta de caída recta.
2. Vertedores con cimacio tipo Creager.
Los cuales pueden ser:
a) Económico o lavadero
Talud lateral
Canal
de
acceso
Sección vertedora
o estructura de control
Disipador de energía
Transición,
puede o no
haber
Rápida,
canal de
descarga
Canal
de
salida
Obras de excedencia
4
b) Descarga directa
c) Canal lateral
d) Abanico
En los vertedores de cresta de caída recta, o
casi recta, debe procurase, en el lado inferior de
la lámina de agua, ventilar lo suficiente para
evitar vibraciones en el cuerpo de la cortina.
También deberá evitarse la socavación en la
descarga del vertedor a través de un estanque
amortiguador acondicionado, preferentemente,
con bloques de impacto (Figura 2).
Figura 2. Obra de excedencias caída libre
(Fuente: Imagen propia, Santa María Vigallo, Zimatlán, Oaxaca).
El vertedor con cimacio tipo Creager es el más
recomendado en cortinas de mampostería o
concreto para presas derivadoras, donde la
longitud del vertedor puede quedar alojado en el
cuerpo de la estructura. Se recomienda el
empleo de los cimacios tipo Creager, respecto a
vertedores de pared gruesa, ya que eliminan la
turbulencia por carecer de aristas, (Figura 3).
Figura 3. Obra de excedencias con cimacio tipo
Creager de una presa derivadora
(Fuente: Imagen propia).
Elección del tipo de obra de excedencia
Los factores más importantes para la elección
del tipo de obra de excedencias dependerá de
las condiciones topográficas y geológicas de la
zona donde se alojará la obra de excedencias o
vertedor de demasías; y del carácter del
régimen de la corriente aprovechada; de la
importancia de la obra, de los cultivos o
construcciones localizadas aguas abajo; de los
materiales; y del presupuesto disponible.
Se evitará que las presas de materiales
graduados o tierra sirvan de apoyo para la obra
de excedencias, por lo que se buscará una de
las laderas de la boquilla o, de preferencia,
algún puerto apropiado. Solamente se aceptará
que el vertedor esté apoyado en la cortina
cuando se trate de presas de concreto y de
mampostería.
Avenida de diseño
La obra de excedencias deberá diseñarse para
el gasto máximo de descarga, y a la avenida
que se utilice se le llamará “avenida de
proyecto”. En la mayor parte de los casos,
especialmente para las estructuras que tienen
un gran volumen de almacenamiento, la avenida
de proyecto es la máxima avenida probable, es
Obras de excedencia
5
decir, la mayor avenida que puede esperarse
razonablemente en una corriente y punto
determinado que se elija.
La avenida de diseño tiene implicaciones
técnicas, económicas y sociales; del análisis de
la combinación más conveniente definirá su
magnitud. Consultar la ficha técnica de cada
obra para atender las recomendaciones de
cálculo de la avenida máxima de acuerdo a la
normativa.
Geometría del vertedor
La fórmula comúnmente empleada para definir
las características hidráulicas de la obra de
excedencia es la de Francis, en la cual no se
considera el efecto de la velocidad de llegada ni
las contracciones laterales del vertedor, esto se
debe a que el agua antes de verter, es retenida
por el vaso que se forma al elevarse el tirante y
por lo tanto puede considerarse que en este
caso el agua tiene una velocidad nula. Las
contracciones laterales se eliminan fácilmente,
limitando al vertedor en sus extremos, con
paredes verticales y perpendiculares a su
cresta, de suficiente altura y longitud (6).
La descarga sobre la cresta de un cimacio se
calcula con la fórmula de Francis en vertedores:
𝑄 = 𝐶𝐿𝐻! !
… … … … … … … … … … … … (1)
Donde:
Q = Gasto de diseño, m3
s-1
.
C = Coeficiente del vertedor, tipo lavadero, y
descarga directa: C=1.45, cimacio C= 2.0.
L = Longitud de la cresta, m.
H = Carga de diseño, m.
Los valores de L y H, se eligen considerando las
condiciones físicas del sitio para ubicar la
cortina, previendo el costo de la misma, las
excavaciones que se originan, la altura de los
muros de protección y encauzamiento, etc.
Después de haber calculado previamente la
avenida de diseño, existen dos variables que
influyen para la selección de la longitud de la
cresta vertedora.
1. Si tiene restricción topográfica (no hay vaso
suficiente), se propone la carga y se determina
la longitud:
𝐿 =
𝑄
𝐶𝐻
!
!
… … … … … … … … … … … … … . … … … (2)
2. Si tiene restricción hidrológica (no hay agua
suficiente), se propone la longitud y determina la
carga:
𝐻 =
𝑄
𝐶𝐿
!
!
………………………………….(3)
En la selección o adopción del coeficiente de
descarga “C” del vertedor se deben tomar en
cuenta los siguientes factores:
1. La profundidad de llegada “P”.
2. La diferencia entre la carga de diseño del
vertedor y la carga del gasto máximo.
3. El talud del paramento aguas arriba de la
cortina.
4. La interferencia de la descarga de aguas
abajo y de la sumergencia.
Para el caso de cortinas vertedoras, en presas
de derivación, el gasto del vertedor es el
correspondiente a la avenida de proyecto
elegida o adoptada en el estudio hidrológico de
la derivación.
Obras de excedencia
6
Diseño hidráulico de cimacios
Los vertedores, con descarga libre, pueden ser
estructuras de pared gruesa o delgada, un
vertedor de cimacio, para fines de diseño
hidráulico, se considera como vertedor de pared
delgada donde la cresta se ajusta a la forma de
la vena líquida de salida (Figura 4).
Figura 4. Vertedor de pared delgada tipo cimacio
Las obras de excedencias deberán contar con
muros de encauce, con perfil hidrodinámico, en
los extremos de la cresta vertedora para que el
agua llegue al vertedor en forma tranquila y sin
turbulencias.
En pequeñas obras de captación, el cimacio
deberá ser recto en planta y perpendicular al eje
del canal de descarga. La sección del cimacio
deberá tener la forma de un perfil tipo “Creager”
para evitar el desarrollo de presiones negativas
en la cresta. Se buscará que el canal de
descarga tenga una pendiente mayor a la crítica
y con descarga libre en su base.
Los vertedores de cimacio tienen una sección en
forma de “S”. La curva superior del cimacio, de
un vertedor de cresta delgada, se ajusta
rigurosamente al perfil de la superficie inferior de
una lámina de agua con ventilación y constituye
la forma ideal para obtener óptimas descargas.
La forma de esta sección depende de la
descarga, de la inclinación del paramento de
aguas arriba de la sección vertedora sobre el
piso del canal de llegada.
Scimemi E., realizó una serie de experimentos
tendientes a definir el perfil de aguas, en zonas
alejadas de la cresta, y propuso la siguiente
ecuación:
𝑦
𝐻!
= 0.5
𝑥
𝐻!
!.!"
… … … … … … … … … … . … … … (4)
Donde:
H0 = Carga de diseño, m.
x, y = Coordenadas de un sistema cartesiano
con origen en la arista superior del vertedor de
cresta delgada, y sentidos positivos de los ejes
hacia la derecha y hacia arriba respectivamente.
La forma usual de la cortina vertedora, consiste
de una cara vertical en el paramento de aguas
arriba, seguido de un chaflán a 45 grados y una
cresta redondeada, seguido de un perfil tipo
Creager, Figura 5. La cresta tiene esa forma,
con el fin de lograr que la vena de agua no
produzca vacíos al escurrir y produzca
cavitaciones que den origen a fuerzas
desfavorables a la seguridad contra volteo.
La elevación de la cresta vertedora se fijará
considerando la carga de trabajo a su máxima
capacidad, adicionada de un bordo libre que
nunca será menor a 0.50 m, el que podrá
aumentarse de acuerdo con la importancia de la
altura fijada a la cortina y la longitud del fetch1
,
cuando exista peligro de oleaje.
1
	Término	inglés	para	definir	la	longitud	máxima	sobre	la	cual	
sopla	el	viento	sobre	un	cuerpo	de	agua.	
Cresta (Pared delgada)
CIMACIO
NAME
Obras de excedencia
7
Figura 5. Perfil cimacio Creager (paramento
vertical)
Las coordenadas del cimacio tipo Creager para
una carga de 1 m son multiplicadas por la carga
de diseño para la avenida máxima obtenida en
el estudio hidrológico (Cuadro 1). Sin embargo,
y dado un margen de seguridad, para cargas
menores de 1.0 m se recomienda utilizar las
coordenadas correspondientes a la carga
unitaria.
Para el cálculo de la longitud de la cresta
vertedora, por medio de la fórmula de Francis,
se toma un coeficiente de descarga C=2.
Cuadro 1. Coordenadas del perfil cimacio tipo
Creager para una carga de H=1 m
X	(m)	 Y	(m)	 X	(m)	 Y	(m)	
0.00	 0.126	 1.4	 0.565	
0.10	 0.036	 1.7	 						0.870	
0.20	 0.007	 2.0	 1.220	
0.30	 0.000	 2.5	 1.960	
0.40	 0.007	 3.0	 2.820	
0.60	 0.060	 3.5	 3.820	
0.80	 0.142	 4.0	 4.930	
1.00	 0.257	 4.5	 6.220	
1.20	 0.397	 		 		
En la Figura 6 se muestra una sección vertedora
en presa de gravedad tipo cimacio.
Figura 6. Sección vertedora en presa de gravedad
Diseño estructural
El diseño estructural se realiza para la obra de
excedencias, estanque amortiguador, ménsula
de operación de la bocatoma, losa de operación
de la compuerta radial, y para la pantalla.
Cargas que actúan sobre la obra de
excedencias
a) Peso propio.
b) Presión hidrostática.
c) Supresión.
d) Empuje de sedimentos o azolves.
e) Fuerzas sísmicas.
f) Peso del agua sobre el paramento de
aguas abajo.
g) Choque de olas y cuerpos flotantes.
h) Presión del hielo.
i) Reacción del terreno.
C Parapeto
Corona
Cresta del vertedor
Muro guía
Termina curva cimacio
Cambio talud
Cambio talud
0.62:1
0.83:1
Vertical
N. A. M. E.
Embalse
0.11:1
±60
Cambio de talud
Eje de cortina
0.10:1
500
N.A.N.E.
N.A.M.E.
50
PARAPETOS
70
0.7:1
100 100
179 313
ALTURA MÁXIMA 10 m
100
256 332
90
715
R=600
156
R=300
R=120
R=40
23
30
14
7 63 166
120
84
DETALLE DEL CIMACIO
Obras de excedencia
8
Características del Cimacio
Para graficar la forma del vertedor tipo cimacio,
y tomando como ejemplo una carga de vertedor
de 2.30 m, y una altura de obra de excedencias
de 1.5 m desde el terreno natural, se tiene la
siguiente ecuación que describe la trayectoria o
superficie exterior del cimacio y en el Cuadro 2
se calculan los valores de Y y Y’ para graficar:
𝑦 = 0.5 ∗
𝑥!.!"
𝐻!.!"
… … … … … … … … … … … … … … . . (5)
Donde:
H= carga sobre el vertedor, m
x, y= coordenadas del perfil tipo cimacio
Cuadro 2. Coordenadas del vertedor tipo cimacio
x y y' x y y'
0.0 0.0 1.5 1.7 0.657 0.8426
0.2 0.0125 1.487 1.8 0.730 0.7693
0.4 0.0452 1.454 1.9 0.807 0.6924
0.6 0.0957 1.404 2.0 0.888 0.6120
0.8 0.1630 1.337 2.1 0.971 0.5281
1.0 0.2463 1.253 2.2 1.059 0.4408
1.1 0.2938 1.206 2.3 1.150 0.3500
1.2 0.3451 1.154 2.4 1.244 0.2558
1.3 0.4002 1.099 2.5 1.341 0.1582
1.4 0.4590 1.041 2.6 1.442 0.0572
1.5 0.5215 0.978 2.66 1.500 0.0
1.6 0.5877 0.912
(Fuente: elaboración propia)
Por medio de una regresión, se obtiene la
ecuación representativa de la curva del cimacio,
la cual está dada por:
𝑦 = −0.1881𝑥!
− 0.0707𝑥 + 1.5091, con la cual
se calcula mediante integración el área bajo la
curva, con este dato se procede a calcular el
peso propio de la estructura. Para mayores
detalles en el análisis estructural de este tipo de
cimacios revisar la ficha de presas derivadoras.
Figura 7. Ejemplo de perfil del cimacio
(Fuente: elaboración propia).
Ejemplo de obras de excedencias
construidas
En las obras que se han construido,
generalmente se emplean los vertedores de
descarga directa tipo lavadero, en la Figura 8 se
muestra una obra de excedencia tipo lavadero
en una presa con cortina de tierra compactada y
situada en una de sus márgenes para evitar
daños a su estructura.
Figura 8. Obra de excedencias del bordo de
cortina de tierra compactada
(Fuente: Imagen propia).
y = -0.1881x2 - 0.0707x + 1.5091
R² = 0.99995
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
Alturadelaobradeexcedencias(m) Ancho de la obra de excedencias(m)
Perfil del Cimacio
Obras de excedencia
9
En la Figura 9 se muestran vertedores ubicados
en presa de mampostería, se puede observar
que están a alojadas en el cuerpo de la cortina.
Figura 9. Obra de excedencias de la pequeña
presa de mampostería
(Fuente: Imagen propia).
En la Figura 10 se muestra la construcción de
vertedor tipo lavadero en olla de agua,
recomendablemente se construirán cuando la
fuente de alimentación es una cuenca de
captación de escurrimientos por canales de
llamada o cuando el gasto de entrada no es
controlado.
Figura 10. Obra de excedencias en olla de agua,
El Naranjo, Iguala de la Independencia, Guerrero
(Fuente: Imagen propia).
Generadores de obra
En el cuadro 3 se muestran de manera
enunciativa el catálogo de conceptos que
corresponde para llevar a cabo los trabajos
necesarios en la construcción de una obra de
excedencia.
Obras de excedencia
10
Cuadro 3. Conceptos para la construcción de una
obra de excedencias
DESCRIPCIÓN DEL CONCEPTO UNIDAD
Limpia, trazo y nivelación de terreno con matorral
espinoso y crasicaule con cobertura superior al
10%
m
2
Excavación de forma manual o con maquinaria en
material tipo II hasta una profundidad de 2.00 m.
m
3
Plantilla de concreto hidráulico en un espesor de 5
cm, de concreto f'c = 100 kg/cm
2
resistencia
normal y tamaño máximo de agregado de 19 mm.
m
2
Concreto ciclópeo f'c=200 kg/cm
2
o mampostería
de piedra, junteada con mortero cemento-arena
1:3 incluye materiales y acarreo para muros guía y
disipador de energía o colchón hidráulico.
m
3
Cimbrado y descimbrado, incluye: nivelado,
perfilado, achaflanado y la remoción de la misma
al final del proceso para el caso de concreto.
m
2
Bibliografía
1. Alegret B. E. y Pardo G. R., 2001-
2005. Diseño hidráulico de aliviaderos
para presas pequeñas. Centro de
Investigaciones Hidráulicas, Instituto
Superior Politécnico José Antonio
Echeverria.
2. Arreguin, F.; 2005. Cavitación y
aireación en obras de excedencia.
Asociación Mexicana de Hidráulica.
Instituto Mexicano de Tecnología del
Agua. México. 75 p.
3. Arteaga T. R. E., 1985. Normas y
criterios generales que rigen el
proyecto de un bordo de
almacenamiento. Universidad
Autónoma Chapingo, Departamento
de Irrigación, Texcoco, México.
4. Márquez J. A. A. y Zarate R. D. I. T.,
2004. Vertedores tipo abanico y
transversales. Tesis producto del
proyecto de investigación. obras de
excedencias 20040156cgpi. instituto
politécnico nacional. México. D. F.
5. Rosales Q. J. P. 2013. Flujo aire-agua
en vertedores. Universidad Nacional
Autónoma de México. Facultad de
Ingeniería. México D.F.
6. Velasco S. O., 1975. Presas de
derivación. Subsecretaria de
construcción. Plan nacional de obras
hidráulicas para el desarrollo rural,
México D.F.
Obras de excedencia
11
“OBRAS DE EXCEDENCIAS”
Segunda Edición
México, Noviembre 2017
Secretaría de Agricultura,
Ganadería, Desarrollo Rural,
Pesca y Alimentación
Subsecretaría de Desarrollo Rural,
Dirección General de Producción
Rural Sustentable en Zonas
Prioritarias
Responsables de la Ficha
Dr. Mario R. Martínez Menes
(mmario@colpos.mx)
Dr. Demetrio Fernández Reynoso
(demetrio@colpos.mx)
M. C. Hilario Ramírez Cruz
(ramirezcruzhi@gmail.com)
Ing. Héctor García Martínez
Ing. Rodiberto Salas Martínez
Colegio de Postgraduados
Carretera México-Texcoco, km 36.5
Montecillo, Edo. de México
56230Tel. 01 (595) 95 2 02 00 (ext.
1213)

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Semana 2 diseño de obras de captación - u. continental
Semana 2   diseño de obras de captación - u. continentalSemana 2   diseño de obras de captación - u. continental
Semana 2 diseño de obras de captación - u. continental
niza483
 

La actualidad más candente (20)

12 analisis de maximas avenidas
12 analisis de maximas avenidas12 analisis de maximas avenidas
12 analisis de maximas avenidas
 
Resalto hidraulico
Resalto hidraulico Resalto hidraulico
Resalto hidraulico
 
Diseño de tanque de almacenamiento y distribucion de agua
Diseño de tanque  de almacenamiento y distribucion de aguaDiseño de tanque  de almacenamiento y distribucion de agua
Diseño de tanque de almacenamiento y distribucion de agua
 
Presas de gravedad
Presas de gravedadPresas de gravedad
Presas de gravedad
 
INFORME DE TRÁNSITO DE AVENIDAS A TRAVÉS DE EMBALSES
INFORME DE TRÁNSITO DE AVENIDAS A TRAVÉS DE EMBALSESINFORME DE TRÁNSITO DE AVENIDAS A TRAVÉS DE EMBALSES
INFORME DE TRÁNSITO DE AVENIDAS A TRAVÉS DE EMBALSES
 
Teoria bocatoma
Teoria bocatomaTeoria bocatoma
Teoria bocatoma
 
Estimación de caudales máximos
Estimación de caudales máximosEstimación de caudales máximos
Estimación de caudales máximos
 
espigones
espigonesespigones
espigones
 
Resalto Hidráulico - Mecánica de Fluidos
Resalto Hidráulico - Mecánica de FluidosResalto Hidráulico - Mecánica de Fluidos
Resalto Hidráulico - Mecánica de Fluidos
 
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicosObras de toma para aprovechamientos hidráulicos
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos
 
Diseño hidraulico de una bocatoma
Diseño hidraulico de una bocatomaDiseño hidraulico de una bocatoma
Diseño hidraulico de una bocatoma
 
Disipadores
DisipadoresDisipadores
Disipadores
 
Maximo villon- diseno de estructuras hidraulicas
Maximo villon- diseno de estructuras hidraulicas Maximo villon- diseno de estructuras hidraulicas
Maximo villon- diseno de estructuras hidraulicas
 
Rejilla de fondo
Rejilla de fondoRejilla de fondo
Rejilla de fondo
 
diseño de pequeñas presas _ejemplo d dimensionamiento
diseño de pequeñas presas _ejemplo d dimensionamientodiseño de pequeñas presas _ejemplo d dimensionamiento
diseño de pequeñas presas _ejemplo d dimensionamiento
 
Flujo rapidamente variado
Flujo rapidamente variadoFlujo rapidamente variado
Flujo rapidamente variado
 
Informe aduccion y distribucion
Informe aduccion y distribucionInforme aduccion y distribucion
Informe aduccion y distribucion
 
Semana 2 diseño de obras de captación - u. continental
Semana 2   diseño de obras de captación - u. continentalSemana 2   diseño de obras de captación - u. continental
Semana 2 diseño de obras de captación - u. continental
 
Calculo del caudal de una cuenca
Calculo del caudal de una cuencaCalculo del caudal de una cuenca
Calculo del caudal de una cuenca
 
calculo de Caudales de diseño en drenaje de carreteras.
calculo de Caudales de diseño en drenaje de carreteras. calculo de Caudales de diseño en drenaje de carreteras.
calculo de Caudales de diseño en drenaje de carreteras.
 

Similar a Obras de excedencias (2da ed.)

Similar a Obras de excedencias (2da ed.) (20)

Obras de excedencias
Obras de excedenciasObras de excedencias
Obras de excedencias
 
Obras de captacion-Dique toma
Obras de captacion-Dique tomaObras de captacion-Dique toma
Obras de captacion-Dique toma
 
Alacantarilla 01
Alacantarilla 01Alacantarilla 01
Alacantarilla 01
 
BOCATOMA.docx.pdf
BOCATOMA.docx.pdfBOCATOMA.docx.pdf
BOCATOMA.docx.pdf
 
Alcantarillado pluvial
Alcantarillado pluvialAlcantarillado pluvial
Alcantarillado pluvial
 
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos (2da ed.)
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos (2da ed.)Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos (2da ed.)
Obras de toma para aprovechamientos hidráulicos (2da ed.)
 
Exposicion ing. sanitaria 2018
Exposicion ing. sanitaria 2018Exposicion ing. sanitaria 2018
Exposicion ing. sanitaria 2018
 
Borrador
BorradorBorrador
Borrador
 
Borrador
BorradorBorrador
Borrador
 
Diseño hidráulico y estructural de presas derivadoras (2da ed).
Diseño hidráulico y estructural de presas derivadoras (2da ed).Diseño hidráulico y estructural de presas derivadoras (2da ed).
Diseño hidráulico y estructural de presas derivadoras (2da ed).
 
02 trazo y-diseño-de-canales clase untrm martes 14 oct 2014 editado
02 trazo y-diseño-de-canales clase untrm martes 14 oct 2014 editado02 trazo y-diseño-de-canales clase untrm martes 14 oct 2014 editado
02 trazo y-diseño-de-canales clase untrm martes 14 oct 2014 editado
 
Manual de diseño versión borrador e pacheco
Manual de diseño versión borrador e pachecoManual de diseño versión borrador e pacheco
Manual de diseño versión borrador e pacheco
 
6.4. sistema de drenaje tcm30 140102
6.4. sistema de drenaje tcm30 1401026.4. sistema de drenaje tcm30 140102
6.4. sistema de drenaje tcm30 140102
 
Dique toma (uni-rupap)
Dique toma (uni-rupap)Dique toma (uni-rupap)
Dique toma (uni-rupap)
 
Alcantarilla y sifones
Alcantarilla y sifonesAlcantarilla y sifones
Alcantarilla y sifones
 
Sist de drenaje
Sist de drenajeSist de drenaje
Sist de drenaje
 
Bocatomas EXPO GRUPO 4.pptx
Bocatomas EXPO GRUPO 4.pptxBocatomas EXPO GRUPO 4.pptx
Bocatomas EXPO GRUPO 4.pptx
 
Examen de diplimado
Examen de diplimadoExamen de diplimado
Examen de diplimado
 
Bocatoma
BocatomaBocatoma
Bocatoma
 
Consideraciones para el diseño de obras hidraulicas
Consideraciones para el diseño de obras hidraulicasConsideraciones para el diseño de obras hidraulicas
Consideraciones para el diseño de obras hidraulicas
 

Más de COLPOS

Más de COLPOS (20)

Análisis Hidrológico y Productivo de la Cuenca del río Sordo-Yolatepec, Mixte...
Análisis Hidrológico y Productivo de la Cuenca del río Sordo-Yolatepec, Mixte...Análisis Hidrológico y Productivo de la Cuenca del río Sordo-Yolatepec, Mixte...
Análisis Hidrológico y Productivo de la Cuenca del río Sordo-Yolatepec, Mixte...
 
Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero y pequeño riego (2da ...
Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero y pequeño riego (2da ...Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero y pequeño riego (2da ...
Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero y pequeño riego (2da ...
 
Presas de concreto para abrevadero y pequeño riego (2da ed.)
Presas de concreto para abrevadero y pequeño riego (2da ed.)Presas de concreto para abrevadero y pequeño riego (2da ed.)
Presas de concreto para abrevadero y pequeño riego (2da ed.)
 
Presas de mampostería (2da ed.)
Presas de mampostería (2da ed.)Presas de mampostería (2da ed.)
Presas de mampostería (2da ed.)
 
Presas filtrantes de piedra acomodada (2da ed.)
Presas filtrantes de piedra acomodada (2da ed.)Presas filtrantes de piedra acomodada (2da ed.)
Presas filtrantes de piedra acomodada (2da ed.)
 
Presas filtrantes de costales rellenos de tierra (2da ed.)
Presas filtrantes de costales rellenos de tierra (2da ed.)Presas filtrantes de costales rellenos de tierra (2da ed.)
Presas filtrantes de costales rellenos de tierra (2da ed.)
 
Presas de gaviones (2da ed.)
Presas de gaviones (2da ed.)Presas de gaviones (2da ed.)
Presas de gaviones (2da ed.)
 
Diseño y construcción de bebederos pecuarios (2da ed.)
Diseño y construcción de bebederos pecuarios (2da ed.)Diseño y construcción de bebederos pecuarios (2da ed.)
Diseño y construcción de bebederos pecuarios (2da ed.)
 
Cortinas rompevientos (2da ed.)
Cortinas rompevientos (2da ed.)Cortinas rompevientos (2da ed.)
Cortinas rompevientos (2da ed.)
 
Barreras vivas de nopal y maguey (2da ed.)
Barreras vivas de nopal y maguey (2da ed.)Barreras vivas de nopal y maguey (2da ed.)
Barreras vivas de nopal y maguey (2da ed.)
 
Pozos de Absorción (2da ed.)
Pozos de Absorción (2da ed.)Pozos de Absorción (2da ed.)
Pozos de Absorción (2da ed.)
 
Muros de contención (2da ed.)
Muros de contención (2da ed.)Muros de contención (2da ed.)
Muros de contención (2da ed.)
 
Líneas de conducción por gravedad (2da ed.)
Líneas de conducción por gravedad (2da ed.)Líneas de conducción por gravedad (2da ed.)
Líneas de conducción por gravedad (2da ed.)
 
Disipadores de energía (2da ed.)
Disipadores de energía (2da ed.)Disipadores de energía (2da ed.)
Disipadores de energía (2da ed.)
 
Diseño hidráulico de un canal de llamada (2da ed.)
Diseño hidráulico de un canal de llamada (2da ed.)Diseño hidráulico de un canal de llamada (2da ed.)
Diseño hidráulico de un canal de llamada (2da ed.)
 
Caminos de acceso y sacacosecha (2da ed.)
Caminos de acceso y sacacosecha (2da ed.)Caminos de acceso y sacacosecha (2da ed.)
Caminos de acceso y sacacosecha (2da ed.)
 
Tanques de almacenamiento en concreto y mampostería (2da ed.)
Tanques de almacenamiento en concreto y mampostería (2da ed.)Tanques de almacenamiento en concreto y mampostería (2da ed.)
Tanques de almacenamiento en concreto y mampostería (2da ed.)
 
Presas subálveas (2da ed.)
Presas subálveas (2da ed.)Presas subálveas (2da ed.)
Presas subálveas (2da ed.)
 
Ollas de agua, jagüeyes, cajas de agua o aljibes (2da ed.)
Ollas de agua, jagüeyes, cajas de agua o aljibes (2da ed.)Ollas de agua, jagüeyes, cajas de agua o aljibes (2da ed.)
Ollas de agua, jagüeyes, cajas de agua o aljibes (2da ed.)
 
Galerías filtrantes (2da ed.)
Galerías filtrantes (2da ed.)Galerías filtrantes (2da ed.)
Galerías filtrantes (2da ed.)
 

Último

Norma TEMA para intercambiadores -1.pptx
Norma TEMA para intercambiadores -1.pptxNorma TEMA para intercambiadores -1.pptx
Norma TEMA para intercambiadores -1.pptx
darksoldier655
 
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptxEXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
alejandroagarcia2336
 
Mecanismos de transferencia de un generador de vapor
Mecanismos de transferencia de un generador de vaporMecanismos de transferencia de un generador de vapor
Mecanismos de transferencia de un generador de vapor
alema3825
 
MODULO DE MATEMATICAS BÁSICAS universidad UNAD.pdf
MODULO DE MATEMATICAS  BÁSICAS universidad UNAD.pdfMODULO DE MATEMATICAS  BÁSICAS universidad UNAD.pdf
MODULO DE MATEMATICAS BÁSICAS universidad UNAD.pdf
frankysteven
 
matematicas en la ingenieria de la construccion
matematicas en la ingenieria de la construccionmatematicas en la ingenieria de la construccion
matematicas en la ingenieria de la construccion
alberto891871
 

Último (20)

Norma TEMA para intercambiadores -1.pptx
Norma TEMA para intercambiadores -1.pptxNorma TEMA para intercambiadores -1.pptx
Norma TEMA para intercambiadores -1.pptx
 
Brochure Maestria en Ciencia de Datos .pdf
Brochure Maestria en Ciencia de Datos .pdfBrochure Maestria en Ciencia de Datos .pdf
Brochure Maestria en Ciencia de Datos .pdf
 
Guía de SGSST para MYPES según Ley 28793
Guía de SGSST para MYPES según Ley 28793Guía de SGSST para MYPES según Ley 28793
Guía de SGSST para MYPES según Ley 28793
 
MARCO antonio - capacitacion de aguas de lluvia .pptx
MARCO antonio - capacitacion de aguas de lluvia .pptxMARCO antonio - capacitacion de aguas de lluvia .pptx
MARCO antonio - capacitacion de aguas de lluvia .pptx
 
GUIA DE SEGURIDAD PARA MAQUINAS Y HERRAMIENTAS
GUIA DE SEGURIDAD PARA MAQUINAS Y HERRAMIENTASGUIA DE SEGURIDAD PARA MAQUINAS Y HERRAMIENTAS
GUIA DE SEGURIDAD PARA MAQUINAS Y HERRAMIENTAS
 
Presentación de proyecto y resumen de conceptos (3).pdf
Presentación de proyecto y resumen de conceptos (3).pdfPresentación de proyecto y resumen de conceptos (3).pdf
Presentación de proyecto y resumen de conceptos (3).pdf
 
ACT MECANISMO DE 4 BARRAS ARTICULADAS.PDF
ACT MECANISMO DE 4 BARRAS ARTICULADAS.PDFACT MECANISMO DE 4 BARRAS ARTICULADAS.PDF
ACT MECANISMO DE 4 BARRAS ARTICULADAS.PDF
 
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptxEXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
EXPOSICION CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES.doc.pptx
 
Mecanismos de transferencia de un generador de vapor
Mecanismos de transferencia de un generador de vaporMecanismos de transferencia de un generador de vapor
Mecanismos de transferencia de un generador de vapor
 
Tasaciones La Florida - Peñalolén - La Reina
Tasaciones La Florida - Peñalolén - La ReinaTasaciones La Florida - Peñalolén - La Reina
Tasaciones La Florida - Peñalolén - La Reina
 
INVESTIGACION DE ACCIDENTE EN REFINERIA.pptx
INVESTIGACION DE ACCIDENTE EN REFINERIA.pptxINVESTIGACION DE ACCIDENTE EN REFINERIA.pptx
INVESTIGACION DE ACCIDENTE EN REFINERIA.pptx
 
Deilybeth Alaña - Operaciones Básicas - Construcción
Deilybeth Alaña - Operaciones Básicas - ConstrucciónDeilybeth Alaña - Operaciones Básicas - Construcción
Deilybeth Alaña - Operaciones Básicas - Construcción
 
MODULO DE MATEMATICAS BÁSICAS universidad UNAD.pdf
MODULO DE MATEMATICAS  BÁSICAS universidad UNAD.pdfMODULO DE MATEMATICAS  BÁSICAS universidad UNAD.pdf
MODULO DE MATEMATICAS BÁSICAS universidad UNAD.pdf
 
Tasaciones Ñuñoa - La Reina - Las Condes
Tasaciones Ñuñoa - La Reina - Las CondesTasaciones Ñuñoa - La Reina - Las Condes
Tasaciones Ñuñoa - La Reina - Las Condes
 
matematicas en la ingenieria de la construccion
matematicas en la ingenieria de la construccionmatematicas en la ingenieria de la construccion
matematicas en la ingenieria de la construccion
 
Ergonomía_MÉTODO_ROSA. Evaluación de puesto de trabajo de oficina - coworking
Ergonomía_MÉTODO_ROSA. Evaluación de puesto de trabajo de oficina - coworkingErgonomía_MÉTODO_ROSA. Evaluación de puesto de trabajo de oficina - coworking
Ergonomía_MÉTODO_ROSA. Evaluación de puesto de trabajo de oficina - coworking
 
GUIA II SUSTANCIA MATERIALES PELIGROSOS.pdf
GUIA II SUSTANCIA MATERIALES PELIGROSOS.pdfGUIA II SUSTANCIA MATERIALES PELIGROSOS.pdf
GUIA II SUSTANCIA MATERIALES PELIGROSOS.pdf
 
Energia primero de bachillerato, con trabajo
Energia primero de bachillerato, con trabajoEnergia primero de bachillerato, con trabajo
Energia primero de bachillerato, con trabajo
 
14. DISEÑO LOSA ALIGERADA MOD G VOLADO.pdf
14. DISEÑO LOSA ALIGERADA MOD G VOLADO.pdf14. DISEÑO LOSA ALIGERADA MOD G VOLADO.pdf
14. DISEÑO LOSA ALIGERADA MOD G VOLADO.pdf
 
DESVIACION
DESVIACION DESVIACION
DESVIACION
 

Obras de excedencias (2da ed.)

  • 2. Obras de excedencia 2 Introducción La obra de excedencia es una estructura que tiene como función principal evacuar los volúmenes de agua que exceden a los de aprovechamiento o de control en un almacenamiento y conducir tales volúmenes hasta el cauce del propio rio aguas abajo (5). En el caso de presas derivadoras, por el vertedor, pasan las aguas excedentes que no serán aprovechadas. Mientras que en una presa de almacenamiento se trata de evitar desfogues y por lo tanto el uso del (os) vertedor (es). En el caso de las presas derivadoras, el funcionamiento de la obra de excedencias será más frecuente y, en algunos casos, permanente. En presas de tierra, para un mejor anclaje al terreno natural, la estructura de preferencia ha de alojarse en cualquiera de las márgenes de la presa, y eventualmente en el cuerpo de la cortina. La obra de excedencias en presas, bordos, ollas y tanques de almacenamiento es un elemento muy importante ya que protege el cuerpo, obra de toma y demás estructuras de los escurrimientos extraordinarios que pueden causar el desbordamiento o la inundación de las zonas adyacentes por el llenado del embalse o depósito a un nivel no deseado (5). Teniendo en cuenta que las fallas ocurridas normalmente en presas de gravedad se han debido principalmente a la insuficiencia del vertedor de demasías, se tendrá especial cuidado en su diseño, basando los cálculos en datos obtenidos de la avenida máxima observada, además de tener suficiente capacidad, se deberá cuidar que la descarga del vertedor no socave el talud aguas abajo de la presa. Las partes esenciales de que consta generalmente un vertedor son el canal de acceso, cresta vertedora, canal de descarga y disipador de energía (colchón hidráulico). El canal de descarga se recomienda se construya recto, pero si la topografía lo hace costoso se realizará en forma de curva. Estos canales deben resistir flujos a altas velocidades, por lo cual siempre deben ir revestidos. Para alcanzar el objetivo de las obras de excedencias, estas deben estar constituidas de diferentes componentes; cada una de ellas involucra distintos problemas en su diseño, que dependen de las condiciones topográficas y geológicas del sitio, el diseño del vaso de almacenamiento, las necesidades de operación y servicio, los daños a otras estructuras o al sitio de descarga, pero esencialmente con su economía (4). Definición La obra de excedencias o vertedor de demasías es la estructura que da salida a las aguas excedentes del almacenamiento, protegiendo la cortina, obra de toma y demás estructuras al impedir que el agua se desborde sobre la obra de retención y la destruya (1 y 3). Objetivo • Proteger la estructura u obra hidráulica ya sea de almacenamiento o derivación al evacuar los excedentes de agua almacenada o en caso de una avenida máxima. Ventajas • Para el caso de bordos, presas de almacenamiento, ollas y otro tipo de almacenamiento, una obra de
  • 3. Obras de excedencia 3 excedencias permite desalojar el agua excedente en caso de presentarse una avenida máxima, previniendo así el daño a las estructuras y posibles daños a poblaciones que se encuentren aguas abajo. • Para el caso de presas derivadoras, la obra de excedencias permite verter el agua excedente, así como elevar el tirante en conjunto con la compuerta deslizante o radial para el aprovechamiento del agua para uso pecuario y/o agrícola por medio de una compuerta tipo miller. • Garantiza una vida útil mayor a la obra que la contiene. Desventajas • Para el caso de bordos y presas la obra de excedencias disminuye el volumen total de almacenamiento que podría ser utilizado para uso pecuario y/o agrícola. • Representa un costo adicional a la obra principal. Condiciones para establecer una obra de excedencia y elementos básicos a considerar Los factores más importantes que intervienen para la elección de la obra de excedencias son principalmente las condiciones topográficas y geológicas del sitio donde se alojara la obra de excedencias, el tipo de cortina, carácter del régimen de la corriente aprovechada, operación y presupuesto (3). Componentes de la obra de excedencias La obra de excedencia está constituida de forma general por los siguientes elementos, Figura 1. Figura 1. Partes que integran un vertedor de demasías Canal de acceso Su función es conducir el agua desde el vaso de almacenamiento hasta la estructura de control o sección vertedora. Estructura de control Consiste en un cimacio, un orificio o una tubería que regula las descargas del vaso de almacenamiento. Los mecanismos de control más comunes son: plumas, compuertas deslizantes, compuertas radiales, conducto de descarga, estructura terminal o disipador de energía y canal de desfogue o salida (2). Clasificación de las obras de excedencias Generalmente los vertedores se clasifican de acuerdo con su rasgo más prominente como pueden ser la forma de la cresta, la forma como desfogan la corriente o alguna otra característica, sin embargo, considerando únicamente la cresta vertedora y forma de la descarga, a continuación se da la clasificación de vertedores más usual en presas de almacenamiento: 1. Vertedores de cresta de caída recta. 2. Vertedores con cimacio tipo Creager. Los cuales pueden ser: a) Económico o lavadero Talud lateral Canal de acceso Sección vertedora o estructura de control Disipador de energía Transición, puede o no haber Rápida, canal de descarga Canal de salida
  • 4. Obras de excedencia 4 b) Descarga directa c) Canal lateral d) Abanico En los vertedores de cresta de caída recta, o casi recta, debe procurase, en el lado inferior de la lámina de agua, ventilar lo suficiente para evitar vibraciones en el cuerpo de la cortina. También deberá evitarse la socavación en la descarga del vertedor a través de un estanque amortiguador acondicionado, preferentemente, con bloques de impacto (Figura 2). Figura 2. Obra de excedencias caída libre (Fuente: Imagen propia, Santa María Vigallo, Zimatlán, Oaxaca). El vertedor con cimacio tipo Creager es el más recomendado en cortinas de mampostería o concreto para presas derivadoras, donde la longitud del vertedor puede quedar alojado en el cuerpo de la estructura. Se recomienda el empleo de los cimacios tipo Creager, respecto a vertedores de pared gruesa, ya que eliminan la turbulencia por carecer de aristas, (Figura 3). Figura 3. Obra de excedencias con cimacio tipo Creager de una presa derivadora (Fuente: Imagen propia). Elección del tipo de obra de excedencia Los factores más importantes para la elección del tipo de obra de excedencias dependerá de las condiciones topográficas y geológicas de la zona donde se alojará la obra de excedencias o vertedor de demasías; y del carácter del régimen de la corriente aprovechada; de la importancia de la obra, de los cultivos o construcciones localizadas aguas abajo; de los materiales; y del presupuesto disponible. Se evitará que las presas de materiales graduados o tierra sirvan de apoyo para la obra de excedencias, por lo que se buscará una de las laderas de la boquilla o, de preferencia, algún puerto apropiado. Solamente se aceptará que el vertedor esté apoyado en la cortina cuando se trate de presas de concreto y de mampostería. Avenida de diseño La obra de excedencias deberá diseñarse para el gasto máximo de descarga, y a la avenida que se utilice se le llamará “avenida de proyecto”. En la mayor parte de los casos, especialmente para las estructuras que tienen un gran volumen de almacenamiento, la avenida de proyecto es la máxima avenida probable, es
  • 5. Obras de excedencia 5 decir, la mayor avenida que puede esperarse razonablemente en una corriente y punto determinado que se elija. La avenida de diseño tiene implicaciones técnicas, económicas y sociales; del análisis de la combinación más conveniente definirá su magnitud. Consultar la ficha técnica de cada obra para atender las recomendaciones de cálculo de la avenida máxima de acuerdo a la normativa. Geometría del vertedor La fórmula comúnmente empleada para definir las características hidráulicas de la obra de excedencia es la de Francis, en la cual no se considera el efecto de la velocidad de llegada ni las contracciones laterales del vertedor, esto se debe a que el agua antes de verter, es retenida por el vaso que se forma al elevarse el tirante y por lo tanto puede considerarse que en este caso el agua tiene una velocidad nula. Las contracciones laterales se eliminan fácilmente, limitando al vertedor en sus extremos, con paredes verticales y perpendiculares a su cresta, de suficiente altura y longitud (6). La descarga sobre la cresta de un cimacio se calcula con la fórmula de Francis en vertedores: 𝑄 = 𝐶𝐿𝐻! ! … … … … … … … … … … … … (1) Donde: Q = Gasto de diseño, m3 s-1 . C = Coeficiente del vertedor, tipo lavadero, y descarga directa: C=1.45, cimacio C= 2.0. L = Longitud de la cresta, m. H = Carga de diseño, m. Los valores de L y H, se eligen considerando las condiciones físicas del sitio para ubicar la cortina, previendo el costo de la misma, las excavaciones que se originan, la altura de los muros de protección y encauzamiento, etc. Después de haber calculado previamente la avenida de diseño, existen dos variables que influyen para la selección de la longitud de la cresta vertedora. 1. Si tiene restricción topográfica (no hay vaso suficiente), se propone la carga y se determina la longitud: 𝐿 = 𝑄 𝐶𝐻 ! ! … … … … … … … … … … … … … . … … … (2) 2. Si tiene restricción hidrológica (no hay agua suficiente), se propone la longitud y determina la carga: 𝐻 = 𝑄 𝐶𝐿 ! ! ………………………………….(3) En la selección o adopción del coeficiente de descarga “C” del vertedor se deben tomar en cuenta los siguientes factores: 1. La profundidad de llegada “P”. 2. La diferencia entre la carga de diseño del vertedor y la carga del gasto máximo. 3. El talud del paramento aguas arriba de la cortina. 4. La interferencia de la descarga de aguas abajo y de la sumergencia. Para el caso de cortinas vertedoras, en presas de derivación, el gasto del vertedor es el correspondiente a la avenida de proyecto elegida o adoptada en el estudio hidrológico de la derivación.
  • 6. Obras de excedencia 6 Diseño hidráulico de cimacios Los vertedores, con descarga libre, pueden ser estructuras de pared gruesa o delgada, un vertedor de cimacio, para fines de diseño hidráulico, se considera como vertedor de pared delgada donde la cresta se ajusta a la forma de la vena líquida de salida (Figura 4). Figura 4. Vertedor de pared delgada tipo cimacio Las obras de excedencias deberán contar con muros de encauce, con perfil hidrodinámico, en los extremos de la cresta vertedora para que el agua llegue al vertedor en forma tranquila y sin turbulencias. En pequeñas obras de captación, el cimacio deberá ser recto en planta y perpendicular al eje del canal de descarga. La sección del cimacio deberá tener la forma de un perfil tipo “Creager” para evitar el desarrollo de presiones negativas en la cresta. Se buscará que el canal de descarga tenga una pendiente mayor a la crítica y con descarga libre en su base. Los vertedores de cimacio tienen una sección en forma de “S”. La curva superior del cimacio, de un vertedor de cresta delgada, se ajusta rigurosamente al perfil de la superficie inferior de una lámina de agua con ventilación y constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas. La forma de esta sección depende de la descarga, de la inclinación del paramento de aguas arriba de la sección vertedora sobre el piso del canal de llegada. Scimemi E., realizó una serie de experimentos tendientes a definir el perfil de aguas, en zonas alejadas de la cresta, y propuso la siguiente ecuación: 𝑦 𝐻! = 0.5 𝑥 𝐻! !.!" … … … … … … … … … … . … … … (4) Donde: H0 = Carga de diseño, m. x, y = Coordenadas de un sistema cartesiano con origen en la arista superior del vertedor de cresta delgada, y sentidos positivos de los ejes hacia la derecha y hacia arriba respectivamente. La forma usual de la cortina vertedora, consiste de una cara vertical en el paramento de aguas arriba, seguido de un chaflán a 45 grados y una cresta redondeada, seguido de un perfil tipo Creager, Figura 5. La cresta tiene esa forma, con el fin de lograr que la vena de agua no produzca vacíos al escurrir y produzca cavitaciones que den origen a fuerzas desfavorables a la seguridad contra volteo. La elevación de la cresta vertedora se fijará considerando la carga de trabajo a su máxima capacidad, adicionada de un bordo libre que nunca será menor a 0.50 m, el que podrá aumentarse de acuerdo con la importancia de la altura fijada a la cortina y la longitud del fetch1 , cuando exista peligro de oleaje. 1 Término inglés para definir la longitud máxima sobre la cual sopla el viento sobre un cuerpo de agua. Cresta (Pared delgada) CIMACIO NAME
  • 7. Obras de excedencia 7 Figura 5. Perfil cimacio Creager (paramento vertical) Las coordenadas del cimacio tipo Creager para una carga de 1 m son multiplicadas por la carga de diseño para la avenida máxima obtenida en el estudio hidrológico (Cuadro 1). Sin embargo, y dado un margen de seguridad, para cargas menores de 1.0 m se recomienda utilizar las coordenadas correspondientes a la carga unitaria. Para el cálculo de la longitud de la cresta vertedora, por medio de la fórmula de Francis, se toma un coeficiente de descarga C=2. Cuadro 1. Coordenadas del perfil cimacio tipo Creager para una carga de H=1 m X (m) Y (m) X (m) Y (m) 0.00 0.126 1.4 0.565 0.10 0.036 1.7 0.870 0.20 0.007 2.0 1.220 0.30 0.000 2.5 1.960 0.40 0.007 3.0 2.820 0.60 0.060 3.5 3.820 0.80 0.142 4.0 4.930 1.00 0.257 4.5 6.220 1.20 0.397 En la Figura 6 se muestra una sección vertedora en presa de gravedad tipo cimacio. Figura 6. Sección vertedora en presa de gravedad Diseño estructural El diseño estructural se realiza para la obra de excedencias, estanque amortiguador, ménsula de operación de la bocatoma, losa de operación de la compuerta radial, y para la pantalla. Cargas que actúan sobre la obra de excedencias a) Peso propio. b) Presión hidrostática. c) Supresión. d) Empuje de sedimentos o azolves. e) Fuerzas sísmicas. f) Peso del agua sobre el paramento de aguas abajo. g) Choque de olas y cuerpos flotantes. h) Presión del hielo. i) Reacción del terreno. C Parapeto Corona Cresta del vertedor Muro guía Termina curva cimacio Cambio talud Cambio talud 0.62:1 0.83:1 Vertical N. A. M. E. Embalse 0.11:1 ±60 Cambio de talud Eje de cortina 0.10:1 500 N.A.N.E. N.A.M.E. 50 PARAPETOS 70 0.7:1 100 100 179 313 ALTURA MÁXIMA 10 m 100 256 332 90 715 R=600 156 R=300 R=120 R=40 23 30 14 7 63 166 120 84 DETALLE DEL CIMACIO
  • 8. Obras de excedencia 8 Características del Cimacio Para graficar la forma del vertedor tipo cimacio, y tomando como ejemplo una carga de vertedor de 2.30 m, y una altura de obra de excedencias de 1.5 m desde el terreno natural, se tiene la siguiente ecuación que describe la trayectoria o superficie exterior del cimacio y en el Cuadro 2 se calculan los valores de Y y Y’ para graficar: 𝑦 = 0.5 ∗ 𝑥!.!" 𝐻!.!" … … … … … … … … … … … … … … . . (5) Donde: H= carga sobre el vertedor, m x, y= coordenadas del perfil tipo cimacio Cuadro 2. Coordenadas del vertedor tipo cimacio x y y' x y y' 0.0 0.0 1.5 1.7 0.657 0.8426 0.2 0.0125 1.487 1.8 0.730 0.7693 0.4 0.0452 1.454 1.9 0.807 0.6924 0.6 0.0957 1.404 2.0 0.888 0.6120 0.8 0.1630 1.337 2.1 0.971 0.5281 1.0 0.2463 1.253 2.2 1.059 0.4408 1.1 0.2938 1.206 2.3 1.150 0.3500 1.2 0.3451 1.154 2.4 1.244 0.2558 1.3 0.4002 1.099 2.5 1.341 0.1582 1.4 0.4590 1.041 2.6 1.442 0.0572 1.5 0.5215 0.978 2.66 1.500 0.0 1.6 0.5877 0.912 (Fuente: elaboración propia) Por medio de una regresión, se obtiene la ecuación representativa de la curva del cimacio, la cual está dada por: 𝑦 = −0.1881𝑥! − 0.0707𝑥 + 1.5091, con la cual se calcula mediante integración el área bajo la curva, con este dato se procede a calcular el peso propio de la estructura. Para mayores detalles en el análisis estructural de este tipo de cimacios revisar la ficha de presas derivadoras. Figura 7. Ejemplo de perfil del cimacio (Fuente: elaboración propia). Ejemplo de obras de excedencias construidas En las obras que se han construido, generalmente se emplean los vertedores de descarga directa tipo lavadero, en la Figura 8 se muestra una obra de excedencia tipo lavadero en una presa con cortina de tierra compactada y situada en una de sus márgenes para evitar daños a su estructura. Figura 8. Obra de excedencias del bordo de cortina de tierra compactada (Fuente: Imagen propia). y = -0.1881x2 - 0.0707x + 1.5091 R² = 0.99995 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Alturadelaobradeexcedencias(m) Ancho de la obra de excedencias(m) Perfil del Cimacio
  • 9. Obras de excedencia 9 En la Figura 9 se muestran vertedores ubicados en presa de mampostería, se puede observar que están a alojadas en el cuerpo de la cortina. Figura 9. Obra de excedencias de la pequeña presa de mampostería (Fuente: Imagen propia). En la Figura 10 se muestra la construcción de vertedor tipo lavadero en olla de agua, recomendablemente se construirán cuando la fuente de alimentación es una cuenca de captación de escurrimientos por canales de llamada o cuando el gasto de entrada no es controlado. Figura 10. Obra de excedencias en olla de agua, El Naranjo, Iguala de la Independencia, Guerrero (Fuente: Imagen propia). Generadores de obra En el cuadro 3 se muestran de manera enunciativa el catálogo de conceptos que corresponde para llevar a cabo los trabajos necesarios en la construcción de una obra de excedencia.
  • 10. Obras de excedencia 10 Cuadro 3. Conceptos para la construcción de una obra de excedencias DESCRIPCIÓN DEL CONCEPTO UNIDAD Limpia, trazo y nivelación de terreno con matorral espinoso y crasicaule con cobertura superior al 10% m 2 Excavación de forma manual o con maquinaria en material tipo II hasta una profundidad de 2.00 m. m 3 Plantilla de concreto hidráulico en un espesor de 5 cm, de concreto f'c = 100 kg/cm 2 resistencia normal y tamaño máximo de agregado de 19 mm. m 2 Concreto ciclópeo f'c=200 kg/cm 2 o mampostería de piedra, junteada con mortero cemento-arena 1:3 incluye materiales y acarreo para muros guía y disipador de energía o colchón hidráulico. m 3 Cimbrado y descimbrado, incluye: nivelado, perfilado, achaflanado y la remoción de la misma al final del proceso para el caso de concreto. m 2 Bibliografía 1. Alegret B. E. y Pardo G. R., 2001- 2005. Diseño hidráulico de aliviaderos para presas pequeñas. Centro de Investigaciones Hidráulicas, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverria. 2. Arreguin, F.; 2005. Cavitación y aireación en obras de excedencia. Asociación Mexicana de Hidráulica. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. México. 75 p. 3. Arteaga T. R. E., 1985. Normas y criterios generales que rigen el proyecto de un bordo de almacenamiento. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación, Texcoco, México. 4. Márquez J. A. A. y Zarate R. D. I. T., 2004. Vertedores tipo abanico y transversales. Tesis producto del proyecto de investigación. obras de excedencias 20040156cgpi. instituto politécnico nacional. México. D. F. 5. Rosales Q. J. P. 2013. Flujo aire-agua en vertedores. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Ingeniería. México D.F. 6. Velasco S. O., 1975. Presas de derivación. Subsecretaria de construcción. Plan nacional de obras hidráulicas para el desarrollo rural, México D.F.
  • 11. Obras de excedencia 11 “OBRAS DE EXCEDENCIAS” Segunda Edición México, Noviembre 2017 Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación Subsecretaría de Desarrollo Rural, Dirección General de Producción Rural Sustentable en Zonas Prioritarias Responsables de la Ficha Dr. Mario R. Martínez Menes (mmario@colpos.mx) Dr. Demetrio Fernández Reynoso (demetrio@colpos.mx) M. C. Hilario Ramírez Cruz (ramirezcruzhi@gmail.com) Ing. Héctor García Martínez Ing. Rodiberto Salas Martínez Colegio de Postgraduados Carretera México-Texcoco, km 36.5 Montecillo, Edo. de México 56230Tel. 01 (595) 95 2 02 00 (ext. 1213)