Cresta y Aliviadero

1. UNIDAD 3: Estructuras Complementarias en Canales
INGENIERIA DE LOS
RECURSOS
HIDRAULICOS

2. LOGRO DE
APRENDIZAJE DE LA
SESIÓN
Al finalizar la sesión, el alumno dimensiona estructuras complementarias
en canales a partir de diferentes parametros de diseno tales como:
Cresta y Aliviadero.

3. CONOCIMIENTOS
PREVIOS DEL TEMA
¿Qué saben de la cresta y el aliviadero de un vertedero?, ¿Qué
importancia podrían tener?

4. UTILIDAD DEL
TEMA
El tema abordado en la sesión de hoy, permitirá al alumno conocer los
criterios de diseño de crestas y aliviaderos.

5. CONTENIDO GENERAL DE LAS
ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS
• 1. Cresta
• 2. Aliviadero

6. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
1.1.VERTEDERO
1.2.CLASIFICACIÓN
2. CRESTA
2.1. DESCARGA SOBRE UN VERTEDERO
2.2. COEFICIENTES DE DESCARGA PARA CRESTAS
2.3. SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA CRESTA ESTANDAR USBR
2.4.PERFIL SIMPLIFICADO USBR
3. ALIVIADERO
3.1.TIPOS DE ALIVIADEROS
3.2.EJEMPLOS DE ALIVIADEROS
3.3.COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
4. APLICACIONES
5. CONCLUSIONES

7. Datos/Observaciones
1. INTRODUCCION
Cuando la descarga del líquido a superficie libre es efectuada por encima
de un muro o una placa, tendremos lo que se denomina un vertedero.
Si la descarga se realiza sobre una placa de arista aguda, el vertedero se
llama de pared delgada. Si por el contrario, el contacto entre la pared y la
lámina vertiente es más bien toda una superficie, se denomina de pared
gruesa. El punto más bajo de la pared en contacto con la lámina vertiente se
conoce como cresta.

8. Datos/Observaciones
1.1. EL VERTEDERO
El "vertedero" es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase,
libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales.
En una presa se denomina "vertedero" a la parte de la estructura que
permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para
controlar el nivel del reservorio de agua. Generalmente se descargan las
aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la
descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los
estratos profundos del embalse.

9. https://www.youtube.com/watch?v=xGwJ-f5jmGA&t=120s
VIDEO: QUE ES UN VERTEDERO

10. Datos/Observaciones
1.2. CLASIFICACION
En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada (de aforo) y
gruesa. Los vertederos de pared delgada se usan básicamente para
determinar el caudal en cualquier momento en una corriente pequeña. Los
vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de
excedencias, y su evacuación puede ser libre o controlada.
Los vertederos de excedencias se clasifican de acuerdo a sus
características más importantes, ya sea con respecto al sistema de control
(sin control o controlados por compuertas) o al canal de descarga (descarga
libre, de cimacio, del canal lateral, del canal abierto, del conducto del túnel,
de boca de caída, de alcantarilla y de sifón.

11. https://www.youtube.com/watch?v=v5HxzHHpQXY
HIDRÁULICA DE UN VERTEDERO

12. CRESTA
12

13. Datos/Observaciones
La descarga sobre una cresta de vertedero se obtiene por medio de la fórmula:
𝑸 = 𝑪𝑶 ∙ 𝑳 ∙ 𝑯𝒆
𝟑/𝟐
En la que:
Q = Descarga.
CO = Coeficiente de descarga variable.
L = Longitud efectiva de la cresta.
He = Carga total sobre la cresta, incluyendo la carga correspondiente a la velocidad
de llegada, “he”.
En el coeficiente de descarga, influyen numerosos factores como:
• La profundidad de llegada.
• La relación de la forma real de la cresta a la de la lámina ideal.
• Pendiente del paramento aguas arriba.
• Interferencia de lavadero de aguas abajo.
• El tirante de la corriente aguas abajo.
2.1. DESCARGA SOBRE UN VERTEDERO

14. Datos/Observaciones
En la carga total sobre la cresta “He”, no se toman en cuenta las pérdidas por
rozamientos en el canal de llegada, las pérdidas que pasan por la sección de
entrada, ni las pérdidas en la entrada o en la transición.
Pruebas en modelos sobre los vertederos han demostrado que el efecto en la
velocidad de aproximación es insignificante cuando la altura “h” del vertedero
es mayor que 1.33 Hd (Altura de diseño).
ℎ
𝐻𝑑
> 1.33
𝐻𝑒 = 𝐻𝑑
𝐶 = 𝐶𝑑 = 2.22 (𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑠)

15. Datos/Observaciones
2.2. COEFICIENTE DE DESCARGA PARA
CRESTAS DE VERTEDERO
Efecto de la profundidad de llegada.
• En los vertederos de cresta altos, colocados en un canal, la velocidad de llegada es pequeña y la
superficie inferior de la lámina que vierte sobre el vertedero alcanza su máxima contracción
vertical. Al disminuir la profundidad de llegada, la velocidad de llegada aumenta y la contracción
vertical disminuye. En las crestas cuyas alturas no sean menores de un quinto de las cargas que
producen la corriente sobre ellas, el coeficiente de descarga permanece más o menos constante,
con un valor de 3.3. Para alturas que sean menores de un quinto de la carga, la contracción
disminuye.
• Cuando la altura del vertedero es cero, la contracción se suprime por completo y el vertedero se
convierte en un canal o en un vertedero de cresta ancha, para los cuales el coeficiente de
descarga es 3.087.
• En la Figura 4 se dan las relaciones del Coeficiente de descarga para las crestas de vertedero
“Co”, para los diferentes valores de P/Ho. Estos coeficientes son válidos solamente cuando la
sección de la cresta del vertedero sigue la forma ideal de la lámina vertiente, es decir, cuando
He/Ho =1.

16. Datos/Observaciones
Figura 4. Coeficientes de descarga para las crestas de vertedero en pared vertical
OJO:
Este gráfico es
válido solo para
unidades inglesas.
Para las unidades
métricas (SI) se
debe multiplicar el
Co resultante por
0.55
Usado en la tarea semana 3, ejercicio 1

17. Datos/Observaciones
Efecto de las cargas diferentes en el aliviadero.
Cuando a la cresta de vertedero se le da una sección de forma diferente a
la ideal (perfil estandar USBR), o cuando se le ha dado una forma para una
carga mayor o menor que la que se considera (Hd), el coeficiente de
descarga diferirá del mostrado en la anterior Figura 4.
La siguiente Figura 5 muestra la variación de los coeficientes en relación con
los valores de He/Ho, cuando “He” es la carga que se está
considerando. Los coeficientes para las cargas parciales sobre la cresta se
pueden determinar de la Figura 5.

18. Figura 5 Coeficientes de descarga para cargas diferentes de la del proyecto
Usado en la tarea semana 3, ejercicio 1

19. Datos/Observaciones
2.3. SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA CRESTA DE UN
VERTEDERO – PERFIL ESTANDÁR USBR
Los datos para la sección transversal de la cresta de un vertedero se
pueden resumir de acuerdo con la forma mostrada en la Figura 1.
Figura 1 Elementos de la cresta con la forma de la lamina vertida

20. Datos/Observaciones
Que relacionada a los ejes que pasan por la cima de la cresta. La porción que
queda aguas arriba del origen se define como una curva simple y una tangente o
como una curva circular compuesta. La porción de aguas abajo está definida por la
ecuación:
En la que “K” y “n”, son constantes, cuyos valores dependen de la inclinación de
aguas arriba y de la velocidad de llegada. La siguiente Figura 2 proporciona los
valores de estas constantes para diferentes condiciones.
𝑦
𝐻0
= −𝐾 ∗
𝑥
𝐻0
𝑛

21. Datos/Observaciones
Figura 2. Factores para la determinación de las constantes “K” y “n” del vertedero sin control
(parte 1)
Como se menciono
anteriormente, K y n son
parámetros que dependen
de la pendiente de la cara
aguas arriba del vertedero
y la velocidad de llegada.
Estos se encuentran en
relación de la carga ha/Ho
y son importantes para el
trazado del cuadrante
ubicado aguas abajo de la
cresta
Usado en el ejercicio 1

22. Datos/Observaciones
Figura 2. Factores para la determinación de las constantes Xc, Yc, R1 y R2. (parte 2)
Los parámetros Xc, Yc, R1 y
R2 son los componentes para
el trazado del cuadrante
ubicado aguas arriba de la
cresta.
Siendo Xc e Yc las longitudes
características de la cresta.
R1 y R2 son los radios de
curvatura de la cresta.
Estos parámetros junto a los
anteriores “K” y “n”, permiten
obtener el perfil de la cresta.
Usado en el ejercicio 1 (3 gráficos para 4 variables)

23. La forma aproximada de la sección
para una cresta con paramento de
aguas arriba vertical y velocidad de
llegada despreciable, se muestra
en la Figura 3.
Este perfil se llama USBR
simplificado y es muy sencillo de
diseñar, solo se necesita conocer la
altura de lámina de agua “Ho”,
debido a que todos sus
componentes geométricos están
en función de la misma
Figura 3. Sección de la cresta de vertedero formada con curvas compuestas.
2.4. PERFIL SIMPLIFICADO
USBR

24. Datos/Observaciones
OJO:
Para las condiciones ordinarias de proyecto de los vertederos de
excedencias pequeños, y cuando la altura de llegada “P”, es igual o
mayor a la mitad de la carga máxima sobre la cresta, la sección
transversal (perfil estándar USBR) es muy efectiva para evitar pequeñas
presiones en la cresta y no altera a la eficiencia hidráulica de la cresta.
Cuando la altura de llegada es menor que la mitad de la carga máxima
sobre la cresta, la sección debe determinarse conforme la Figura 3.
(perfil simplificado USBR)
𝑃 ≥
𝐻0
2
; perfil estándar USBR
𝑃 <
𝐻0
2
; perfil simplificado USBR
2.4. PERFIL SIMPLIFICADO USBR

25. Datos/Observaciones
https://www.youtube.com/watch?v=UlIZUG4Xf-Y
DISEÑO DE UN VERTEDOR TIPO CREAGER

26. ALIVIADERO
26

27. Datos/Observaciones
• Capacidad
de descarga
Baja capacidad y/o bajo gradiente
-> vertedero más grande
Alta capacidad
->vertedero más pequeño
• Disipación
de energía
Alta disipación en aliviadero
-> Pequeño/ sin poza
disipadora
Baja disipación en
aliviadero
-> poza de
disipación
Más que vertedero liso
->Reducir el tamaño
de la poza
• Coste de
construcción
vertedero grande
coste de una cuenca
pequeña/sin cuenca
coste del vertedero
pequeño
depende del método de
construcción
aliviadero escalonada aliviadero de paso aliviadero liso
3.1. TIPOS DE ALIVIADERO

28. Datos/Observaciones
La figura es el aliviadero de
la presa de Itaipú (Brasil –
Paraguay).
Este vertedero funciona
mediante compuertas. Por
ser liso, este cuenta con
una alta capacidad de
descarga. (7500 m3/s),
cinco veces la descarga de
las cataratas del Yguazú.
3.2. EJEMPLOS DE ALIVIADERO
1. ALIVIADERO LISO

29. Datos/Observaciones
La figura es el aliviadero de
la presa de Doña Francisca
(Brasil)
Los aliviaderos de paso
también cuentan con una
alta capacidad de
descarga. Para este caso,
cuenta con un caudal
unitario de 32 m3/s/m.
(12600 m3/s).
3.2. EJEMPLOS DE ALIVIADERO
2. ALIVIADERO DE PASO RASANTE

30. Datos/Observaciones
La figura es el aliviadero de
la presa de New Croton
(EE.UU)
El aliviadero de esta presa
es de flujo escalón por
escalón. Cuenta con
escalones de 2.13 m de
altura y 1.6 m de longitud,
para disipar la energía del
flujo con un caudal de
diseño de 1550 m3/s
3.2. EJEMPLOS DE ALIVIADERO
3. ALIVIADERO ESCALONADO

31. Datos/Observaciones
3.3. COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
En el extremo aguas arriba del canal, se
genera una capa límite turbulenta en
dirección del flujo. Cuando el borde externo
de la capa límite alcanza la superficie libre,
el flujo se vuelve completamente
desarrollado.

32. Datos/Observaciones
3.3. COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
1.PERFIL DEL FLUJO EN UN ALIVIADERO LISO:
2.PERFIL DEL FLUJO EN UN ALIVIADERO ESCALONADO:
En el extremo aguas arriba del canal, se
genera una capa límite turbulenta en
dirección del flujo.
Cuando el borde externo de la capa límite
alcanza la superficie libre, el flujo se vuelve
completamente desarrollado.

33. Datos/Observaciones
Para aliviaderos empinados (θ entre
45° y 55°), tanto la aceleración del
flujo como el desarrollo de la capa
límite afectan significativamente las
propiedades del flujo.
Idealmente, la máxima velocidad
aguas abajo del flujo es:
En la realidad, considerando las
pérdidas por fricción, la velocidad
del flujo aguas abajo es menor.
𝑉
𝑚𝑎𝑥 = 2𝑔 𝐻1 − 𝑑 cos 𝜃
3. VELOCIDAD MÁXIMA DE SALIDA
EN ALIVIADEROS:
3.3. COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
Zona de equilibrio
(flujo completamente
desarrollado)
Zona máxima
Usado en la tarea semana 3, ejercicio 2

34. Datos/Observaciones
Esta velocidad real se puede
hallar de forma visual, mediante
el uso del siguiente gráfico.
Figura Velocidad de flujo en el final del aliviadero en función de la altura total.
Este gráfico relaciona la velocidad real con las
perdidas por fricción. Se necesita la velocidad
máxima, la altura total y la elevación aguas abajo.
4. VELOCIDAD REAL DE
SALIDA EN ALIVIADEROS:
3.3. COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
Smooth = liso.
Stepped = escalonado
Usado en la tarea semana 3, ejercicio 2

35. Datos/Observaciones
5. VELOCIDAD DE EQUILIBRIO UNIFORME:
En los flujos uniformes en equilibrio en canales abiertos, la ecuación de momento
resulta (para un canal ancho):
𝑉0 =
8𝑔
𝑓
𝑑 sin 𝜃
donde Vo es la velocidad del flujo uniforme en equilibrio, f es el factor de fricción
de Darcy, θ es la pendiente del canal y “d” es la profundidad normal del flujo.
Si se combina con la ecuación de continuidad, se obtiene
𝑉0 =
3 8𝑔
𝑓
𝑞 sin 𝜃
3.3. COMPORTAMIENTO DEL ALIVIADERO
Aplicable a aliviaderos en
la región completamente
desarrollada

36. Datos/Observaciones
4. APLICACIONES
1. Determine la elevación de la cresta y la forma de la sección de vertedero de
excedencias cuyo paramento aguas arriba tiene una pendiente y longitud de
cresta de 2:3 y 70 m. respectivamente. El caudal de diseño es de 1900 m3/s. La
superficie del agua hacia la parte aguas arriba correspondiente al caudal de
diseño se localiza en la cota 2550 y el fondo promedio del canal se encuentra
en la cota 2410. Presentar el gráfico de la cresta y el vertedero según las
relaciones vistas en clase.

37. 5. CONCLUSIONES
 Se han identificado los conceptos de cresta y aliviadero, el alumno
tiene la capacidad de diferenciar entre ambos y reconocer los distintos
subtipos y el comportamiento de cada uno.
 El alumno ahora es capaz de diseñar crestas de cualquier geometría
estándar y conocer los parámetros resultantes.
 El alumno ahora es capaz de diseñar aliviaderos para cualquier
velocidad requerida y conocer los parámetros resultantes.

38. CIERRE DE
LA SESIÓN
¿CUÁLES HAN SIDO LAS IDEAS PRINCIPALES TRABAJADAS EL DÍA
DE HOY?

39. LINKS DE VIDEOS
I. https://www.youtube.com/watch?v=v
5HxzHHpQXY
II. https://www.youtube.com/watch?v=Ul
IZUG4Xf-Y
III. https://www.youtube.com/watch?v=x
GwJ-f5jmGA&t=120s