UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSOBRAS HIDRAULICAS Manuel Vicente HERQUINIO ARIAS Ing. MECANICO DE FLUIDOS HIDRAULICA e HIDROLOGIA VERTEDERO DE CIMACIO Barraje Fijo - Vertedero 50 m) h: altura de ventana de captación 0. además debe dar paso de agua excedente en epocas de avenida por encima de la cresta.20m: corrección por efectos de oleaje y de coeficientes de la fórmula.20 (metros) Cc: cota de la cresta del Barraje Co: cota del lecho detrás del Barraje hu: altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (ho ≥ 0.20 (metros) Cc = Co + hu + h + 0.Vertedero •La altura del Barraje vertedero tiene el objetivo de mantener una altura de agua en el río. . VERTEDERO DE CIMACIO Altura del barraje Fijo . garantizando un caudal por el canal de derivación. Cc = Co + hu + h + 0. Bocatoma Macas – Chillón Barraje Tipo Vertedero Con Cresta Rectangular . 05m.85 = 1851.85 m.20 = 1. siendo: .Co = 1850 msnm.altura de la ventana de captación: h= 1. Dimensionamiento Dimensionar el paramento del Barraje. Solución: La altura del paramento: 0.85msnm. -umbral de la ventana hu=0.60 m. Cota de la cresta del Barraje Cc: 1850+1. .60+1. .05+0. La curva superior del cimacio tiene la forma del perfil de la superficie inferior de la napa aireada del escurrimiento sobre un vertedero de cresta afilada. con el perfil en forma de S. Vertedero de Cimacio Es un vertedero de descarga. . Proviene del principio del proyectil: X = Vo t Cos Y = -Vo t Sen +gt2/2 +C‘. Una curva inversa al pie del talud desvía la napa hacia un tanque amortiguador ó dentro del canal de descarga del vertedor. Vertedero de Cimacio La lámina de agua se adhiere al paramento del perfil evitando el acceso de aire a la cara inferior de la lámina. Tiene alta eficiencia y es usada en la mayor parte de las crestas de control de los vertederos de demasías. El perfil en la parte que sigue de la curva superior del cimacio continúa en tangente a lo largo de un talud que soporta la lámina de agua sobre la superficie de derrame. . . Vertedero de Cimacio Funcionamiento Hidráulico De La Estructura De Control La estructura puede ser de descarga libre ó de descarga controlada con compuertas en la cresta. Cresta de Cimacio de Descarga Trabajando a Libre Descarga La Ec. General para hallar la descarga en vertederos libres y con control es: 3 Q C Le H o 2 C: coeficiente de descarga en m1/2 Le: longitud efectiva de la cresta en m. Ho: carga del proyecto 2 Va Ho ho 2g ho: tirante de diseño Va: velocidad de llegada o de aproximación q Va P ho q: gasto unitario = Q/L P: altura de paramento . 705 2. por la USBR. C(Pendiente Paramento) P=0. vertiendo con la carga de diseño (USBR) . C = Co (Altura Paramento) •C(Carga de diseño).2. Vertederos altos Coeficiente de descarga en cimacios de paramento aguas arriba vertical. cuando P crece Co también hasta un máximo de 2.181 corresponde a un vertedero de cresta ancha. Cresta de Cimacio de Descarga Libre Coeficiente De Descarga El coeficiente de descarga C esta influenciado por varios factores que han sido obtenidos de manera experimental. Co = 1.181 que se dá cuando P/Ho > 2. Cresta de Cimacio de Descarga Libre Coeficiente De Descarga Coeficiente de descarga en cimacios de paramento aguas arriba vertical. vertiendo cargas diferentes a la de diseño (USBR) . . vertiendo con la carga de diseño (USBR) El efecto de inclinación del paramento vertical es más apreciable para valores pequeños de P/Ho.Cresta de Cimacio de Descarga Libre Coeficiente De Descarga Coeficiente de descarga en cimacios de paramento aguas arriba inclinado. a medida que esta relación crece C Co. Ahogamiento de la descarga y Grandes reducciones de C. Con la ayuda de la Fig. se obtendrá el decremento en porcentaje del coeficiente de descarga. d: tirante aguas abajo. Para esto tenemos que ubicar z/H y (Z-d)/H. hd: carga de velocidad de flujo aguas abajo .Interferencia de la estructura inmediata aguas abajo y de la sumergencia La interferencia puede ser: • Permanencia del Flujo Supercrítico sin ningún efecto hasta la formación de salto hidráulico. siendo: Z= d + hd H: carga de operación . Interferencia de la estructura inmediata aguas abajo y de la sumergencia . Le=L'-2(NKp+Ka)Ho Le: longitud efectiva de la cresta L': longitud neta de la cresta N: número de pilas Kp: coeficiente de contracción de las pilas Ka: coeficiente de contracción de los estribos Ho: carga total sobre la cresta . Longitud Efectiva de la Cresta Cuando las pilas y los estribos de la cresta tienen una forma que produce contracciones laterales sobre las descarga. la longitud efectiva Le será menor que la longitud neta de la cresta L’. Coeficiente De Contracción De Los Estribos • Ka está influenciado por: forma del estribo. H en relación a Ho y Va. ángulo que forma el muro de acceso aguas arriba con la dirección del flujo. . El USBR recomienda valores medios para ka para la carga del proyecto. Va y • Operación de las compuertas adyacentes. . Según Creager. • H en relación a Ho. Coeficiente De Contracción De Las Pilas Kp está influenciado por: • Forma y ubicación del tajamar parte delantera curveada de las pilas. cuando una compuerta esta abierta y la adyacente cerrada el valor de Kp aumenta aproximadamente 2. • El espesor de la pila.5 veces. Coeficiente De Contracción De Las Pilas En la Fig. se dan valores de Kp para diferentes formas y posición de tajamar para Va despreciable de acuerdo a la WES. . la pila tipo tracción 4 induce presiones negativas. se recomienda las pilas Tipo 2 y 3. K: coeficientes experimentales que dependen del talud del Ho Ho paramento aguas arriba y de la profundidad del canal de acceso. posteriormente muchos investigadores y dependencias estudiaron el perfil para diferentes condiciones geométricas y de operación (principalmente USBR y el WES ) • Para cualquier talud de la cara aguas arriba del cimacio y cualquier profundidad del canal de acceso. General: x.y: coordenadas del sistema desde el origen n y x Ho: carga del proyecto K n. . Perfil del Vertedero de Cimacio • Creager fue uno de los primeros que estudiaron la forma del perfil de un cimacio y al que obtuvo por muchos años se le denominó PERFIL CREAGER. el perfil en la zona del cuadrante aguas abajo tiene la ec. Perfil tipo USBR Coeficientes K y n Coeficiente K Coeficiente n . Yc).Perfil tipo USBR Umbral de Entrada Coordenadas de la curva compuesta del umbral de entrada: (Xc. R2 . Radios de curvatura compuesta: R1. . se utilizan en la práctica para abandonar el perfil Ho sin disminuir su coeficiente de descarga.Yt) El punto de tangencia P. se obtiene sustituyendo Xt en la anterior. con la tangente 1/a del ángulo de inclinación de la recta y la horizontal. Perfil tipo USBR Punto de tangencia (Xt.T: Xt. donde se inicia la recta tangente al perfil del conducto de descarga de la lámina. Yt. Yt.8 . n y x De la ecuación: Ho K Ho Kx n Ho Despejando Xt: y n1 dy K n 1 n1 n xt 1 Xt kan n1 1 Ho dx Ho a Valores x 0. se determina igualando la derivada de la ecuación del perfil. . Cresta de Cimacio Controlada por Compuertas Perfil La compuerta abierta parcialmente se comporta como un orificio. la sección del cimacio aguas abajo de la compuerta debe coincidir con el perfil de la trayectoria. Para un orificio vertical la curva del chorro se puede representar por la ecuación de la parábola: x 2 H: carga de operación y a) Orificio Vertical θ=0 b) orificio Inclinado 4H perfil estándar perfil parabólico Para un orificio inclinado un ángulo a partir de la vertical: y x tan x 2 4 H cos 2 θ: ángulo del piso aguas arriba de la compuerta Si se quieren evitar las presiones sub atmosféricas a lo largo del contacto con la cresta. por lo tanto la trayectoria del flujo es la de un chorro al salir de un orificio. H2: carga total en el fondo y parte superior de orificio. Cresta de Cimacio Controlada por Compuertas Descarga Ec. C: dependerá de compuertas y tipo de cresta. es semejante a la de un orificio con poca carga y se puede calcular con: 2 2 g CL H 3 3 Q 2 H 2 3 1 2 H1. Coeficiente de Descarga para compuertas parcialmente abiertas (USBR) . 6 b . otra manera de mejorar el funcionamiento es prolongar las pilas aguas arriba una distancia mínima: L=0. Cresta de Cimacio Controlada por Compuertas Formación de Vórtices Cuando un cimacio controlado por compuertas opera con cargas pequeñas se presentan vórtices aguas arriba a ambos lados de la compuerta. A fin de evitar la formación de vórtices aguas arriba de la compuerta de sector o deslizante y la posible vibración de la misma.5 – 0. es conveniente que opere de manera que (H2) sea menor que la carga crítica (Hk) obtenida de la Fig.