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III.ALIVIADEROS EN PRESAS DE EMBALSE El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales; siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. La estimación del diseño de un aliviadero respecto al flujo que deberá soportar involucra distintas disciplinas como la hidrológica, la meteorología, la estadística y factores económicos, tecnológicos e incluso morales, ya que de esto dependerá la seguridad implícita de un represa en momentos de emergencia

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III. ALIVIADEROS EN PRESAS DE EMBALSE

El vertedero hidrulico o aliviadero es una estructura hidrulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales; siendo el aliviadero en exclusiva para el desage y no para la medicin. Existen diversos tipos segn la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. La estimacin del diseo de un aliviadero respecto al flujo que deber soportar involucra distintas disciplinas como la hidrolgica, la meteorologa, la estadstica y factores econmicos, tecnolgicos e incluso morales, ya que de esto depender la seguridad implcita de un represa en momentos de emergencia

IV. CAUDAL DE AVENIDA Es la elevacin de niveles de agua en el cauce a valores no usuales, como consecuencia del crecimiento del caudal que circula por la red de drenaje. Que en la mayora de los casos, es consecuencia de precipitaciones extraordinarias de una magnitud tal que la superficie de la cuenca no es capaz de asimilarlas en su totalidad. Estos excesos de precipitacin que no se infiltran, denominados escorrenta superficial, discurren rpidamente por la red de drenaje de la cuenca concentrndose en los cauces. Esta red, tiene una capacidad de evacuacin determinada, en funcin de sus caractersticas. El volumen de agua que le llega en un momento dado y que no es capaz de evacuarlo en dicho momento, es almacenado en el cauce, provocando la elevacin del nivel de agua. Visto de esta forma, el anlisis de la problemtica creada por el fenmeno de las avenidas se puede centrar en dos puntos diferenciados: La generacin de caudales extraordinarios, funcin de las precipitaciones y de las caractersticas de la cuenca, tema estudiado por la hidrologa y, el anlisis hidrulico del movimiento de dichos caudales por la red de drenaje, funcin del valor del caudal y de la geometra y caractersticas del tramo estudiado.

V. EFECTO REGULADOR DEL EMBALSE Efecto Regulador de un Embalse En la gran mayora de los casos se dispone del agua en perodos que no necesariamente se la necesita, en cambio se la requiere en perodos en que es deficitaria. Surgimiento de la necesidad de regulacin Necesidad de construir embalses La regulacin puede ser a nivel diario (estanque de agua potable) o a nivel estacional (embalse de gran magnitud). A nivel preliminar, para estimar el volumen de regulacin que debe tener un embalses para satisfacer una cierta demanda se puede utilizar el mtodo de Rippl o bien efectuar una simulacin detallada del sistema en estudio. La obtencin de la curva de riada agua abajo de un embalse, en que se conoce la riada afluente y las caractersticas del vaso y aliviadero, es tema que hemos visto tratado en diversos lugares, pero en todos ellos en forma que no satisface, por la poca exactitud y escaso carcter prctico de los mtodos propuestos. Casi todos ellos son resoluciones grficas de la ecuacin diferencial S dh = (Q q) dt, en la que S representa la superficie, h la altura sobre el labio del aliviadero, Q el caudal afluente que depende de t, y q el caudal vertido, que es funcin de h.

VI. CAPACIDAD DE DESCARGA DE LA ESTRUCTURA El vertedero hidrulico o aliviadero es una estructura hidrulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales; siendo el aliviadero en exclusiva para el desage y no para la medicin. Existen diversos tipos segn la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. La estimacin del diseo de un aliviadero respecto al flujo que deber soportar involucra distintas disciplinas como la hidrolgica, la meteorologa, la estadstica y factores econmicos, tecnolgicos e incluso morales, ya que de esto depender la seguridad implcita de una represa en momentos de emergencia. El diseo de los aliviaderos tienen una gran influencia del factor econmico, ya que estos solo cumplirn su funcin durante periodos en que se sobrepase la capacidad de la misma, por lo que se tiene que tener presente que disear con un alto factor de seguridad puede reducir perdidas por fallas de la presa, pero tambin puede llevar a prdidas econmicas por la construccin de grandes aliviaderos y no enfrentar eventos de fallas de la presa en largos periodos de tiempo. Habr prdida de energa una vez iniciada la cada de agua, cuando se logre una uniformidad en el espesor de la capa de flujo con respecto a la superficie del aliviadero.

VII. CURVA COMBINACIONES DE ALTERNATIVA DE REPRESAS CAPACITACIN.

La cual debe estar referida a dos puntos: manejo eficiente del agua y operacin y mantenimiento de la infraestructura de riego.b). PLANEAMIENTO HIDRULICO DE CADA ALTERNATIVA.

Se entiende por Planeamiento Hidrulico la concepcin y planificacin tcnica de la construccin, mejoramiento y/o ampliacin de las infraestructuras de riego. Asimismo, consiste en proyectar todos los detalles y caractersticas de las obras hidrulicas, el funcionamiento de stas, as como los aspectos constructivos y los materiales que se usarn en cada una de ellas. El anlisis del planeamiento hidrulico debe realizarse especificando con planteamiento de ms de una alternativa las siguientes etapas:

b.1. SISTEMA DE CAPTACIN

La construccin de una presa de embalse, La captacin o bocatoma es una obra reguladora de entrada de agua de los cauces hacia el canal principal. La ubicacin y el diseo de la bocatoma se determinan considerando las caractersticas fluviales del ro, aspectos geolgicos, el ancho del cauce y su pendiente longitudinal, las condiciones topogrficas de la zona, los caudales mximos, mnimos y extraordinarios de los ros, la cantidad de agua a captarse, entre otros factores. En muchos casos el sistema de captacin incluye los siguientes componentes: muros de encauzamiento, zampeado, cmara tranquilizadora, ventana de captacin y canal de limpia. En este punto es importante mencionar cual es el volumen de captacin, ya que ste tiene que ser contrastado con el rea a irrigar, la longitud de los sistemas de conduccin y de otros factores.

b.2. SISTEMA DE CONDUCCIN

Estn compuestos principalmente por los canales de derivacin (antes del aliviadero) principales (despus del aliviadero), canales secundarios (laterales y sublaterales) y canales terciarios, denominados tambin canales parcelarios. La capacidad de conduccin de los canales se debe definir considerando la demanda de agua de las reas a regar, las prdidas producidas por percolacin a lo largo de los canales, el nmero de horas de riego al da, la frecuencia de riego, las prdidas producidas en el manejo de las compuertas y la destreza de los usuarios. En cuanto al trazo, ste se debe realizar tomando en cuenta la configuracin topogrfica, la forma del mbito de riego y la distribucin de las tierras de cultivo.

b.3. SISTEMA DE DISTRIBUCIN

Las tomas laterales, sublaterales y directas son dispositivos hidrulicos construidos en el tramo longitudinal de un canal principal de riego. La finalidad de estos dispositivos es admitir y regular el volumen de agua procedente de una fuente de abastecimiento hacia la cabecera de las fincas. La ubicacin de las tomas es importante dado que facilita la distribucin adecuada entre los sectores, evitando conflictos y permitiendo la accesibilidad rpida y oportuna durante los riegos.b.4. RESERVORIOS

Los sistemas de almacenamiento de agua se construyen en aquellos lugares donde la disponibilidad hdrica no guarda relacin equilibrada con el rea a irrigar. La base del concepto es almacenar agua durante la noche y regar de da con volmenes adecuados, mejorar la eficiencia del riego y contrarrestar el deterioro del suelo como consecuencia de las erosiones que se suscitan a falta de control durante las noches.

b.5. REPRESAMIENTO

Se da en el caso que la disponibilidad hdrica no guarda relacin equilibrada con el rea potencialmente a irrigar. Esta situacin obliga a proyectar estructuras de almacenamiento que permita resolver este dficit temporal. Debe detallarse el volumen de almacenamiento de agua. Una vez llevados a cabo las etapas se realiza el pre- viabilidad de las alternativas, haciendo uso de las anteriores ,y continuando con el anlisis de aquellas que puedan realmente ser llevadas a cabo.

VIII. ESTRUCTURA DE ALIVIO VS COSTO

Costos econmicos de sistemas combinados. La decisin de seleccionar un sistema combinado debe basarse en la comparacin de costos y beneficios de alternativas (combinado vs. separado). En particular el enfoque costo-eficiencia permite seleccionar la alternativa de mnimo costo. En el caso de sistemas combinados, los costos del sistema estn representados por los costos de instalacin de estructuras complementarias (dentro de las cuales estn los aliviaderos), estaciones de bombeo, etc., los costos de tratamiento de las aguas no aliviadas y/o los costos asociados con la contaminacin producida en los cuerpos de agua receptores de las aguas de alivio y/o de los efluentes de las plantas de tratamiento. Ntese que debe existir un punto donde se minimizan los costos totales anteriores en funcin de los niveles de alivio y de tratamiento, los cuales son complementarios. Finalmente, la alternativa de mnimo costo para el sistema combinado debe confrontarse con la alternativa de mnimo costo del sistema separado.

COMPORTAMIENTO HIDRULICO:

Desde el punto de vista hidrulico, los parmetros de diseo de estructuras de alivio corresponden, en el caso de un vertedero lateral, a la profundidad antes de la estructura, rgimen de flujo y longitud de vertedero, y si tiene pantalla para incrementar su capacidad, la altura de ste. En los aliviaderos transversales interesan la profundidad del flujo de aproximacin, la altura del vertedero y las dimensiones del colector de salida.

Costos Directos: Construccin de obras civiles Costos de mano de obra en la construccin de las obras civiles Materiales de construccin de obras civiles Adquisicin de equipo electromecnico y su montaje Costos de mantenimiento y operacin del proyecto Materiales para mantenimiento y operacin Materiales auxiliares de funcionamiento

Costos indirectos: No son asociados con el proyecto en s, pero se generan en la realizacin del mismo. Costos del personal administrativo, en micro centrales estos costos comnmente se reducen, ya que muchas funciones administrativas las cumplen los usuarios. Impuestos y contribuciones Utilidades: Se calculan con el fin de determinar la ventaja de un proyecto de inversin en relacin al capital total comprometido, teniendo en cuenta: Retorno bruto: Es la diferencia aritmtica de los ingresos y los egresos totales anuales. Depreciacin: Son las devaluaciones peridicas de los activos fijos de un proyecto, e influyen en las utilidades, cuantificndose como el saldo entre retornos y depreciacin.

IX. CRITERIOS PARA EL DISEO ESTRUCTURAL Cuando el proyectista llega al momento en que debe decidir la ubicacin del aliviadero para a continuacin definir el tipo de aliviadero a emplear, necesariamente tendr que considerar un conjunto de factores tcnico econmicos, entre los que se destacan los siguientes: - Topografa. - Geologa. - Tipo y volumen de la excavacin. - Posibilidad de utilizar el material excavado, por ejemplo en la cortina de la presa. - Permeabilidad y resistencia del suelo. - Estabilidad de los taludes de la excavacin. - Posibilidades de erosin en la zona del conducto de descarga. - Tipo de presa. - Finalidad del embalse. - Categora de la obra. - Posibilidades de materiales de construccin a emplear. - Nivel de la tcnica constructiva. - Ubicacin de reas que no pueden ser afectadas en las cercanas de la obra.

FACTORES PARA EL DISEO:

Caudal de diseo (crecida mxima). Conjunto presa-aliviadero-cauce. Reparto de caudales entre distintos aliviaderos. Tipo de aliviadero.

CRITERIOS:

Seleccin de la avenida del proyecto: comprende consideraciones generales y hidrogramas de la avenida del proyecto. Relacin del almacenamiento de sobrecarga a la capacidad del vertedor. Estudios de variacin de niveles Seleccin del tamao del aliviadero.

X. DISEO HIDROLGICO E HIDRULICO DE UN ALIVIADERO

El clculo de las dimensiones del vertedero se realiza a partir del trnsito en el embalse de una avenida extraordinaria de perodo de retorno tr: Q (tr, t).se proponen los siguientes perodos de retorno de las tormentas extraordinarias, de acuerdo al tipo de obra: Para tajamares y presas menores a 5 metros de altura, tr = 50 aos Para pequeas presas: tr = 100 aos

La estructura de vertimiento es un canal vertedero de pendiente s, rugosidad de manning n y de ancho B. el ancho del vertedero (b) queda asociado al valor asumido del espesor de la lmina de crecida mxima (e), por encima de la cota de inicio del vertido.

Figura (1.)

. Descripcin del vertedero

Figura (2.)

Secuencia de clculo del ancho del vertedero

Determinacin de la avenida extraordinariaSe presenta el procedimiento de clculo para estimar el caudal mximo y el volumen de escurrimiento de las avenidas extraordinarias correspondientes a eventos extremos anuales con intervalo de ocurrencia promedio mayor a 2 aos y a cuencas de aporte con rea menor a 1000 km2 y tiempo de concentracin menor a 6 horas. Para una cuenca mayor, se la debe subdividir en sub cuencas, y considerar el trnsito en la misma. Tiempo de concentracin

A partir de la carta en la que se delimit la cuenca, se determina el cauce principal, como el cauce que une el punto de salida de la cuenca con el punto del parte aguas ms alejadas en el tiempo. Si la mayor parte del escurrimiento que se da en el cauce principal es concentrada (en las cartas del Servicio Geogrfico Nacional se identifica en color celeste), el tiempo de concentracin se calcula por el mtodo de Kirpich.

Donde:Tc: tiempo de concentracin L: longitud del cauce principal DH: diferencia de cotas de altitud del cauce principal S: pendiente cauce principal = DH / L / 10 (horas) (Km) (m) (%)

Si la mayor parte del escurrimiento corresponde a un flujo no concentrado, el tiempo concentracin se calcula por el mtodo de velocidad del NRCS:

Donde: Tc: tiempo de concentracin Li: longitud del tramo i de la lnea de corriente Ki : coeficiente de cobertura del suelo para el tramo i Si: pendiente del tramo i = 0.1 * Hi(m) /li(Km)

(horas) (km) (adim) (%).

El valor de k surge de la tabla 1: De existir una componente de flujo concentrado, adicione al tiempo calculado por el mtodo del NRCS, el tiempo de viaje de la gota de agua en el cauce, asumiendo una velocidad promedio de 0.45 m/s.

COBERTURA DEL SUELO Bosque con espeso mantillo sobre el suelo Barbecho de hojarasca o cultivos de mnimo arado Pasturas Cultivos en lnea recta Suelo prcticamente desnudo y sin arar Vas de agua empastadas rea impermeable

K 3.95 2,02 1,41 1,11 1,00 0,67 0,50

Tabla 1 Coeficiente k del mtodo del NRCS. (Extrado de la Tabla 15-1 de USDA-NRSC, 2007)

1.2

Precipitacin mximaPara la estimacin de las precipitaciones que definen la avenida extraordinaria se utilizan las curvas idF, desarrolladas con informacin anterior a 1980, segn el procedimiento que se describe a continuacin (Genta, Charbonnier, Rodrguez F.) datos de entrada:

Coordenadas del punto de cierre de la cuenca: Perodo de retorno del evento extraordinario: Duracin del intervalo de lluvia considerado: rea de la cuenca:

p tr - (aos) d - (horas) Ac - (Ha)

Figura (3.)

Curvas Intensidad-Duracin-Frecuencia. Precipitacin de 3 horas de Duracin y 10 aos de Perodo de Retorno

1.3 Estimacin del caudal mximo y el volumen de escorrenta de la avenida extraordinaria Si el tiempo de concentracin es menor a 20 minutos se aplica el mtodo Racional y si es superior a 20 minutos el mtodo del NRCS.Cuando el tiempo de concentracin sea mayor a 20 minutos y el rea de la cuenca de aporte sea menor a 400 has se deben verificar ambos mtodos.

Figura (4.)

Coeficientes de escorrenta

1.3.2

Por el Mtodo del NRCS (USDA-NRSC, 2007)

Nmero de curva El nmero de Curva del mtodo del NRCS en la cuenca (tabla 3.3) se estima a partir del Grupo Hidrolgico del suelo y de su uso y cobertura. Para determinar el Grupo Hidrolgico se debe: a) Identificar la Unidad de suelo sobre la Carta de suelos del Uruguay (2.1.1) y luego identificar el Grupo Hidrolgico que le corresponde en la Tabla 3.4, o b) directamente identificar la cuenca en el Mapa 3.2 de la Clasificacin de los Grupos Hidrolgicos de los suelos del Uruguay.

Donde:Hv: e: V (H): Vl : Vesc: Qmax : Qvmax: Cota de inicio de vertido lmina mxima de vertido Funcin de volumen de almacenamiento volumen laminado volumen de escorrenta Caudal mximo de la avenida extraordinaria Caudal mximo vertido (m) (m) (Hm3) (Hm3) (Hm3) (m3/s) (m3/s)

Figura (5.)

Determinacin del caudal mximo vertido

Figura (6.)

Nmero de Curva del Mtodo del NRCS

SR = Hileras rectas. / C = Por lneas de nivel. / C y T = Terrazas a nivel.

1. Sembrados juntos o a boleo. 2. Condiciones aceptables: cubierta de pasto en el 50 al 75%. 3. ptimas condiciones: cubierta de pasto en el 75 % o ms. 4. Tronco delgados, cubierta pobre, sin hierbas. 5. Una cubierta buena est protegida del pastizaje, y los desechos del retiro de la cubierta del suelo.

Figura (7.)

Grupo Hidrolgico (segn el NRCS) de los suelos del Uruguay (Durn, 1996)

CLASIFICACIN Y DESCRIPCIN DE LOS SUELOS EN EL PERU

FASES POR PENDIENTE

CARTOGRAFIA DE LOS SUELOS

1.4 Caudal especifico del vertederoLa estructura de vertimiento corresponde a un canal trapezoidal descripto por el ancho (b, m), la pendiente (s, adim) y la rugosidad de Manning (n). En la Figura 3.7 se presenta la solucin grfica de las ecuaciones de vertimiento (ver anexo d.2), que determinan el caudal especfico (q, m3/s/m) por unidad de ancho del vertedero y la velocidad en el canal (v, m/s), asociada a una lmina de vertido en el embalse (e, m). Para limitar la erosin en el canal, la velocidad debe cumplir las restricciones de la tabla 3.5.

Figura (8.)

a y b. Determinacin del caudal especfico (q) en el canal vertedero

Determinacin del ancho del vertederoDel laminado de la avenida extraordinaria se tiene el caudal mximo vertido y de la ley de vertimiento se tiene el caudal especfico por unidad de ancho, por tanto el ancho del vertedero queda definido por: B=Qvmax/q . (m)

Qvmax : Caudal vertido mximo (m3/s) Q : Caudal especfico por unidad de ancho del vertedero (m3/s/m) B : ancho del vertedero canal (m) A su vez, a partir de la cota de vertido, la pendiente del canal de vertido y la topografa aguas debajo de la represa se determina la longitud del canal de forma de restituir el agua al cauce natural.

1.5 Presa1.5.1 Determinacin de la cota de coronamiento de la presa

La cota de coronamiento de la represa (H presa) resulta de sumar la altura de revancha (H revancha) a la cota de inicio de vertido (Hv): Cota de coronamiento: H presa = Hv + H revancha La altura de revancha debe contemplar como mnimo la elevacin del nivel debido a la descarga de la tormenta de diseo (e) y la altura de la ola producida en el lago.la altura de ola depende de la morfometra del lago y su orientacin respecto a los vientos dominantes, a travs del Fetch: Distancia en la que el viento puede actuar sobre la masa de agua del embalse. Una simplificacin es definirlo sobre la normal al eje del terrapln a la altura del nivel de vertido.

En la tabla 3.6 se propone para diferentes Fetch el borde libre (Bl) normal y mnimo a considerar de acuerdo al siguiente clculo:

La altura de revancha normal es el borde libre que considera el efecto de la ola mxima que se desarrolla con el embalse en la cota de inicio de vertido: H revancha N = Bl normal la altura de revancha mnima es el borde libre necesario para considerar el efecto de la ola mxima que se desarrolla en el embalse cuando se produce la lmina mxima de vertido (e), que es cuando vierte la avenida de diseo:

H revancha M = E+ Bl mnimo

La altura de revancha ser el mayor de los dos valores calculados. La altura de la presa estar determinada por la diferencia entre esta cota de coronamiento y la cota del punto ms bajo del terreno de fundacin.

XI. COMPONENTES DE LA ESTRUCTURA

Tal y como se haba planteado con anterioridad, el aliviadero es aquel objeto de obra dentro del Conjunto Hidrulico a travs del cual se le da salida al agua que no se desea aprovechar del embalse. De modo general, se pueden sealar como partes que componen el aliviadero, las siguientes: (Figura 2) 1. Canal de aproximacin. 2. Seccin de control. 3. Transicin. 4. Rpida o conducto de descarga. 5. Estructuras terminales o disipadoras de energa. 6. Canal de salida.

2. Canal de aproximacin:Es aquel cuya funcin dentro del aliviadero, es captar el agua del embalse y conducirla a la estructura de control o seccin vertedora, garantizando una distribucin uniforme del flujoen dicha seccin.

Figura (9.)

Canal de aproximacin

3. Seccin vertedora Es aquella que regula la descarga directamente del embalse. Esta seccin define la capacidad de evacuacin de un aliviadero.

4. Transicin Es una estructura que se ubica entre el cimacio y la rpida con el objetivo de cambiar la forma o las dimensiones o ambas, de la seccin transversal, de la cual se puede prescindiren dependencia de las dimensiones del vertedor.

5. Canal de salida Es el encargado de conducir el agua hasta el cauce viejo del ro.

XII. ESTRUCTURAS DE CONTROL Son estructuras que se proyectan y construyen con el fin, tanto de controlar los caudales, como de mantener los niveles de agua necesarios para facilitar su derivacin a otros canales o bien, a las tomas que queden localizadas aguas arriba de la represa.Las obras de control y excedencia son estructuras que forman parte intrnseca de una presa, ya sea de almacenamiento o derivacin y cuya funcin es la de permitir la salida de los volmenes de agua excedentes a los de aprovechamiento.

Se deber tener presente al proyectar las represas, que estas debern llevar siempre unos cartones laterales con el fin de que en un momento dado puedan desalojar el gasto excedente que proviene del canal debido a una sobre elevacin en este; la altura de estos cartones deber ser igual al tirante normal del canal.los cartones sern de concreto con refuerzo por temperatura.En cuanto al diseo hidrulico de la represa, se considera que su rea hidrulica oscile entre el 90% y 110% del rea hidrulica del canal, con el fin de conservar la velocidad del canal.

XIII.

CANAL LATERAL Y RAPIDA CANAL LATERAL Es una estructura que se construye debido a la insuficiente capacidad de descarga o efectos en la avenida de diseo, con el fin de dirigir lateralmente el flujo que rebosa del aliviadero . Tienen la particularidad de que el eje del canal de descarga es paralelo o casi paralelo al eje de la seccin vertedora, la cual a su vez es paralela o casi paralela al eje de la corriente. Los elementos que lo conforman se pueden mencionar como sigue: acceso, seccin de control, canal colector, canal de descarga y deflector o estructura disipadora de energa. Generalmente estn asociados a presas de tierra o tierra y enrocado construidas en ros encaonados y con grandes avenidas, o donde se requieren grandes longitudes de cresta. RPIDA Es aquel elemento del aliviadero encargado de salvar la diferencia de nivel entre la seccin vertedora y el cauce del ro o canal de salida. Su pendiente generalmente es fuerte, asegurando un rgimen de circulacin supercrtico.

XIV.

ESTRUCTURA TERMINAL O DISIPADORA DE ENERGA

Es la encargada de disipar la alta energa cintica que alcanza el agua al circular por la rpida, debido a su pendiente, evitando as la erosin del terreno natural y la consecuente destruccin de la propia obra u otra cercana a la descarga del aliviadero.

XV. TIPOS DE ALIVIADEROS

A.Clasificacin de los aliviaderos de acuerdo a su disposicin en planta.

Los aliviaderos de acuerdo a su disposicin en planta se clasifican en:1. Aliviaderos frontales. 2. Aliviaderos laterales. 3. Aliviaderos curvos en planta. - Aliviaderos mexicanos o de abanico.

- Aliviaderos semi-mexicanos o semi-abanico.- Aliviaderos curvos propiamente dichos.

1. Aliviaderos frontales

Son aquellos rectos en planta, cuyo vertimiento se realiza coaxial al conducto de descarga; tienen como desventajas que pueden ocupar grandes extensiones en planta, lo cual traera como consecuencia en caso de construirse en una montaa, grandes volmenes de excavacin. (Figura 3 a).

2. Aliviaderos laterales Son aquellos cuyo vertimiento se realiza con cierto ngulo con respecto al conducto dedescarga. Al contrario del aliviadero frontal, en caso de que se vaya a colocar en una montaa, puede ser ubicado de forma tal que bordee la ladera sin necesidad de excavar la montaa, ahorrndose as grandes volmenes de excavacin. (Figura 3b)

3. Aliviaderos curvos en planta

Tal como lo dice su nombre son curvos en planta y por ende, el vertimiento se realizaradialmente, existiendo una concentracin central del flujo en el conducto de descarga. Tienen la ventaja de que ocupan poca rea en planta - en relacin con uno frontal - y presentan gran longitud vertedora. (Figura 3 c)

Figura (13.)

Aliviaderos Curvos

B.

Clasificacin de los aliviaderos segn su ubicacin.Los aliviaderos segn su ubicacin pueden clasificarse en: 1. Aliviaderos de cauce. 2. Aliviaderos de marginales o de laderas. 1. Aliviaderos de cauce

Son aquellos que se ubican dentro del cuerpo de la presa, pueden ser superficiales oprofundos. Los primeros tienen como ventajas que no producen debilitamiento en el cuerpode la presa, las compuertas no existen y de existir, trabajan en condiciones favorables; los segundos son conductos cerrados generalmente de seccin rectangular o circular, donde el flujo puede circular a presin a todo lo largo del conducto o en un tramo del mismo. Estosse utilizan en aquellos casos donde es necesario bajar profundamente el nivel del embalse, ejemplo, en riego, evacuacin de los gastos de construccin, etc.

2.Aliviaderos de margen Son aquellos que se ubican fuera del cuerpo de la presa y se utilizan en presas de materialeslocales o de hormign, en caso de cierres estrechos. Ellos se ejecutan en forma de rpidas o de tneles sin carga, con carga a todo lo largo del aliviadero, o con carga parcialmente. C. Clasificacin de los aliviaderos segn el tipo de conduccin. Segn el tipo de conduccin se pueden clasificar en: 1. Aliviaderos con descarga libre. 2. Aliviaderos con descarga forzada. D. Clasificacin de los aliviaderos segn el tipo de construccin. Pueden clasificarse en: 1. Aliviaderos superficiales. 2. Aliviaderos soterrados o de fondo. E. Clasificacin de los aliviaderos segn el tipo de vertimiento. De acuerdo al vertimiento se pueden clasificar en: 1. Vertedores automticos. 2. Vertedores regulados por compuertas.

1. Vertedores automticos Son aquellos en que el agua al sobrepasar su cresta vierten automticamente, es decir, no llevan ningn dispositivo para controlar el vertimiento. 2. Vertedores regulados por compuertas Son aquellos en los que tal y como lo indica su nombre el vertimiento es regulado por compuertas, siendo una de las caractersticas fundamentales de este vertedor el hecho de que la cresta del cimacio no necesariamente coincide con el nivel de aguas normales, lo cual da origen a la existencia de dos tipos de vertimiento: regulado con carga hasta el nivelde aguas normales y libre bajo la influencia de las pilas con carga hasta el nivel de aguas mximas que tiene lugar una vez que son izadas todas las compuertas. Mltiples son las razones que justifican el uso de un aliviadero regulado por compuertas, pero sin dudas, entre las fundamentales se encuentran: 1. La necesidad de un frente vertedor muy estrecho para evitar grandes excavaciones en los hombros del aliviadero cuando stos estn conformados por grandes elevaciones, lo cual hace que se requiera de grandes cargas sobre el vertedor para evacuar el gasto. 2. La necesidad de regular por encima del nivel de aguas normales. 3. Cuando se requieren hacer entregas del volumen til (por debajo del nivel de aguas normales) por el aliviadero.

No obstante, la seleccin de un aliviadero regulado por compuertas est sujeto adems a un anlisis econmico que se establece entre esta modalidad vertedora y el uso de un aliviadero automtico.Entre las ventajas que reporta el uso del aliviadero regulado por compuertas, en comparacin con uno automtico, se encuentran las siguientes:

1. Como la cresta del cimacio de un aliviadero regulado no alcanza la cota del nivel de aguas normales, pues precisamente, esa diferencia de cotas entre la cresta del cimacio y el nivel de aguas normales constituye el prisma de agua que se va a regular, se obtiene un perfil ms econmico que el que se tendra que usar en un aliviadero automtico.

2. El hecho de contar con un perfil con cresta ubicada por debajo de la cota del nivel de aguas normales, hace que la cota del nivel de aguas mximas disminuya en comparacin con la que se obtendra si se colocara un vertedor automtico. De esta manera el rea de inundacin del embalse sera menor y como resultado se contara con ms terreno aprovechable para otras funciones. 3. Poder regular por debajo del nivel de aguas normales permite en un momento determinado, vaciar el embalse por el aliviadero hasta la cota de la cresta del cimacio, para una posible reparacin de la cortina. Como desventajas del uso de un aliviadero regulado por compuertas se pueden sealar: 1. Uso de elementos metlicos en el aliviadero. 2. La necesidad de utilizar mecanismos de izaje, lo cual hace imprescindible el uso del fluido elctrico u otro tipo de energa para la manipulacin de las compuertas durante el perodo de explotacin, avenidas y la ejecucin de mantenimiento peridico a dichos mecanismos. 3. La posible ocurrencia de vibraciones en las compuertas.

XVI. ALIVIADEROS DE POZO VERTICAL

Los aliviaderos en pozo, se usan poco. Un aliviadero en pozo consta de una entrada almenada, para aumentar la longitud de la coronacin, una zona de transicin con un perfil equivalente al del aliviadero convencional, un pozo vertical y un conducto de salida, que a veces tiene una ligera pendiente positiva para garantizar que en su parte final nunca est completamente vaco.

Caractersticas que deben cumplir los aliviaderos de pozo: Tener suficiente capacidad Ser hidrulica y estructuralmente adecuado Estar ubicado de manera que las descargas del aliviadero no erosionen ni socaven el taln aguas debajo de la presa. Las superficies que forman el canal de descarga deben ser resistentes a velocidades erosivas.

ALIVIADEROS EN LA ACTUALIDAD (ejemplo)Obras de Evacuacin de Crecidas: Las obras de evacuacin de crecidas estn conformados por un vertedero tipo embudo ubicado sobre la ladera derecha aguas arriba del dique; el caudal mximo es de 280 m3/s. a la cota mxima (651,00 msnm); el tnel pasante por el cuerpo de la presa descarga al ro Primero o Sequa. La eleccin de este tipo de estructura de descarga obedeci a la necesidad de limitar la descarga por vertedero para no generar inconvenientes a la poblacin de la Ciudad de Crdoba.

Este aliviadero est formado por un tnel vertical excavado en la roca de 4 metros de dimetro, unido por una curva circular de 10 metros de radio a un tnel horizontal con pendiente 1% o que descarga aguas abajo del dique. La capacidad de embalse en la cresta del vertedero es de 200 Hm3. Sobre el paredn del dique posee adems vlvulas HowelBunger que permite realizar un manejo adicional del embalse. Estas vlvulas poseen adems el sistema de control y sala de mandos.

LAS VENTAJAS DEL ALIVIADERO EN POZO SON:1) Flexibilidad muy grande de ubicacin. El vertedero puede ubicarse en muchos puntos, apartados de las laderas (lo que significa menos problemas en cuanto posibles aterramientos, cadas de bolos al canal de desage, etc. 2) Tiene una gran longitud de vertido en relacin al espacio que ocupa. Esto se debe a que es circular. 3) Al ser su alimentacin radial y el pozo vertical se asegura, para un amplio rango de caudales, que funciona en presin (de este modo sabemos cmo funciona nuestro aliviadero y podemos estimar el caudal aliviado).

Figura (11.)Ecuaciones de caudal para vertederos. Chow, V. T. 1988

DISEOPara el diseo de un aliviadero se deben considerar los siguientes aspectos: Seleccin de la avenida del proyecto: comprende consideraciones generales y hidrogramas de la avenida del proyecto. Relacin del almacenamiento de sobrecarga a la capacidad del vertedor Estudios de variacin de niveles Seleccin del tamao y tipo del aliviadero Aliviaderos de servicio La seleccin del tipo de aliviadero depende de: Condiciones de emplazamiento. Inclinacin del terreno. Clase y volumen de excavacin. Probabilidad de erosin y necesidad de revestimiento. Permeabilidad y resistencia de la cimentacin. Estabilidad de los taludes escavados.

XVII.

ALIVIADEROS CON SIFN

DISEO HIDRAULICO TEORIA DEL SIFON INVERTIDO Para cruzar una depresin, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso se escoge la solucin ms conveniente para tener un funcionamiento hidrulico correcto, la menor prdida de carga posible y la mayor economa factible. Los cuales pueden ser: Puente canal Sifn invertido Alcantarilla

ELECCIN DEL TIPO DE ESTRUCTURA Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstculo, se puede utilizar una alcantarilla. Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstculo, se puede utilizar como estructura de cruce; un puente canal o un sifn invertido o la combinacin de ambos. El puente canal se utilizar cuando la diferencia de nivel es entre la rasan e del canal y la rasante de la quebrada o ro, permita un espacio libre, suficiente para lograr el paso del agua. El sifn invertido se utilizar si el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstculo. CONCEPTO DE ACUEDUCTO El puente canal es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresin. Est formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto, acero, madera u otro material resistente, donde el agua escurre por efectos de la gravedad

CONCEPT O DE SIFN INVERTIDOLos sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presin, se utilizan paraconducir el agua en el cruce de un canal con una depresin topogrfica o quebrada, tambin para pasar por debajo de un camino, una va de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.

CRITERIOS DE DISEO

Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente del tubo, ngulos de doblados y sugerencia de la entrada y salida. En aquellos sifones que cruzan caminos principales o debajo de drenes, se requiere un mnimo de 0.90 m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales d riego sin revestir, es suficiente 0.6 m. Si el sifn cruza un canal revestido se considera suficiente 0.30 m de cobertura. En el caso particular del cruce con una quebrada o ro de rgimen caudaloso, deber hacerse un estudio de profundidad de socavacin para definir la profundidad en la que deber cruzar o enterrar la estructura de forma segura sin que esta sea afectada.

La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y la pendiente mnima del tubo horizontal debe ser 5 o/oo. Se recomienda transicin de concreto a la entrada y salida cuando el sifn cruce caminos principales en sifones con mayor o igual a 36 y para velocidades en el tubo mayores a 1 m/s. Con la finalidad de evitar desbordes agua arriba del sifn debido a la ocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseo, se recomienda aumentar en un 50% o 0.30 m como mximo al borde libre del canal en una longitud mnima de 15 m a partir de la estructura. Con la finalidad de determinar el dimetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierras, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una velocidad de 1 m3/s, en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/s y entre 3 a 2.5 m/s en sifones largos con transiciones de concreto con o sin control en la entrada. Las prdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo Cubierta Partida, se pueden calcular rpidamente con los valores 0.4 y 0.65 hv A fi n de evitar remansos aguas arriba, las prdidas totales computadas se incrementan en 10%. En el diseo de la transicin de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifn, est ligeramente debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseo se toma1.5 veces la carga de velocidad del sifn o 1.1 como mnimo o tambin 3.

En la salida la sumergencia no debe exceder al valor Hte/6. En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspeccin y mantenimiento. En sifones largos bajo ciertas condiciones de entrada puede no sellarse ya sea que el sifn opere a flujo parcial o a flujo lleno, con un coeficiente de friccin menor que el sumido en el diseo, por esta razn se recomienda usar n = 0.008 cuando se calcula las prdidas de energa. Con la finalidad de evitar la cavitacin a veces se ubica ventanas de aireacin en lugares donde el aire podra acumularse. Con respecto a las prdidas de carga totales, se recomienda la condicin de que estas sean iguales o menores a 0.30 m. 20 Cuando el sifn cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gasto mximo de la creciente. Se debe considerar un aliviadero de demasas y un canal de descarga inmediatamente aguas arriba de la transicin de ingreso. Se recomienda incluir una tubera de aeracin despus de la transicin de ingreso Se debe analizar la necesidad de incluir vlvulas rompe presin en el desarrollo de la conduccin a fin de evitar el golpe de ariete, que podra hacer colapsar la tubera (solo para grandes caudales). Se debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de Manning para el diseo hidrulico. Se debe tener en cuenta los criterios de sumergencia (tubera ahogada) a la entrada y salida del sifn, a fin de evitar el ingreso de aire a la tubera. 1.5 Clculo hidrulico de un sifn.

CALCULO HIDRULICO DE UN SIFNPara que cumpla su funcin el diseo del sifn, se debe de proceder como sigue:

Figura (15.)

Interpretacion de la ecuacin de Energa en un Sifon

FUNCIONAMIENTO DEL SIFN El sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la Salida. Aplicamos Energa en 1 y 2.

Figura (12.)

Interpretacin de la altura mnima de ahogamiento

Donde: V=velocidad media en la tubera (m/s) D: dimetro de la tubera de acero (m) El sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga AZ debe ser mayor a las prdidas total es.

XVIII. ALIVIADERO LATERAL GENERALIDADES

Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitndose posibles desbordes que podran causar serios daos, por lo tanto, su ubicacin se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro.Los cuales de exceso a eliminarse, se originan algunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos debe descargar con un mnimo de obras de arte, buscndose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto ltimo depende siempre de la conjugacin de diferentes aspectos locales (topografa, ubicacin del vertedero, etc.)

CRITERIOS DE DISEO 1. El caudal de diseo de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel mximo de su caja hidrulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de mxima avenida 2. El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedar un excedente que corresponde tericamente a unos 10 cm encima del tirante normal. 3. La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de ste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn.

4. Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de formulas, a continuacin se describe la frmula de Forchheiner. Donde: V = 0.95 = coeficiente de contraccin L = longitud del vertedero h = carga promedio encima de la cresta

Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores, segn la forma que adopte la cresta.

El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se est eliminando por la ventana o escotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c d. Los aliviaderos laterales pueden descargar a travs de un vertedero con colchn al pie (desniveles pequeos) mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energa al final (desniveles grandes).

XIX. CRESTA DE OGEE

Los aliviaderos por sobre flujo (Overflow Spillway) son los tipos mas comunes de aliviaderos que aportan con una gran eficiencia de descarga. Constan de una estructura gravitacional que requiere buenas fundaciones, y que se extiende desde la presa hasta el canal principal de un ro. Su estructura se divide en tres zonas: la cresta, la curva tipo S (o Ogee) y el dedo (Toe, fin de la curva). La curva esta formada principalmente para mantener la menor superficie de agua (menor espesor de perfil) desde una mayor superficie creada en la cresta de la misma. Bazin (1886 a 1888), fue el primero en investigar los perfiles de agua durante la cada en aliviaderos, creando una curva basada en una parbola simple, creando una forma general para este tipo de aliviaderos. Posteriormente Creager, Justin y Hind (1951), complementaron estas investigaciones. La forma actual de la cresta y la curva de los aliviaderos por sobre flujo a sido estudiada extensivamente por el Cuerpo de Ingenieros de las Fuerzas Armadas de Estados Unidos, quienes midieron cuidadosamente los perfiles superiores e inferiores para varios caudales de descarga y velocidades de aproximacin a la cresta, llegando a la conclusin de crear una cresta formada por un arco de circulo y una curva de bajada por la formula

Donde Hd es la altura de diseo y K y n son constantes que dependen de la inclinacin y velocidad de acercamiento del flujo a la cresta.

Figura (13.) Ecuaciones de caudal para vertederos. Chow, V. T. 1988