Diseño Azud y Rápidas

7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas

1/22

LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos

APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa

1

Ttulo IVPliego de Documentacin Tcnica del Proyecto

CAPTULO I Hidrologa


2/22



2

APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO I

HIDROLOGA

NDICE

MODELACIN DEL SISTEMA ANTE EVENTOS EXTREMOS / ESTRUCTURAS DEDESCARGA .......................................................................................................................... 3

CARACTERSTICAS DEL EMBALSE .................................................................................. 3

Curva Cota Volumen .................................................................................................... 3

Curva de Descarga ......................................................................................................... 4

HIDROGRAMAS DE EVENTOS EXTREMOS ....................................................................... 4

MODELACIN HIDROLGICA / HIDRULICA DEL EMBALSE ......................................... 6

CONCLUSIONES .................................................................................................................. 8

ESTRUCTURAS DE DESCARGA: VERTEDERO................................................................. 9

INTRODUCCIN ................................................................................................................... 9

VERTEDERO PRINCIPAL .................................................................................................... 9

Capacidad de descarga con cresta libre ....................................................................... 12

Efecto del paramento aguas arriba ............................................................................... 13

Efecto de la sumergencia aguas abajo. ........................................................................ 14

Efecto de las cargas diferentes a la de proyecto ........................................................... 16

Curva de descarga del vertedero .................................................................................. 16

Diseo de la rpida ....................................................................................................... 17

Determinacin del ndice de cavitacin ......................................................................... 19

Curva de empalme entre la rpida y el cuenco ............................................................. 20

Diseo del cuenco disipador de energa ....................................................................... 20

REFERENCIAS ................................................................................................................... 22


3/22



3

MODELACIN DEL SISTEMA ANTE EVENTOS EXTREMOS /ESTRUCTURAS DE DESCARGA

Con el fin de dimensionar las obras de descarga para las distintas funciones del

aprovechamiento multipropsito ante eventos extremos, se efectu la modelacin

hidrolgica/hidrulica del embalse.

En particular, se simul el trnsito de la Crecida Mxima Probable y de la crecida para

10.000 aos de Recurrencia.

Las caractersticas del embalse empleadas en el modelo se presentan a continuacin:

CARACTERSTICAS DEL EMBALSE

Curva Cota Volumen

Se utiliz la curva del Proyecto de Agua y Energa.

Curva Cota - Volumen

-5000.00

0.00

5000.00

10000.00

15000.00

20000.00

25000.00

30000.00

500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700

Cota (msnm)

Volumen(Hm3)


4/22



4

Curva de Descarga

En la elaboracin de las curvas de descarga con las que se opera el embalse se

consideraron los siguientes rganos de evacuacin:

rgano de evacuacin Cota (m) Dimensiones / Caractersticas

Vertedero Principal 610,50(labio)

Longitud neta de vano = 14,70 m

Altura compuerta = 19,00 m

Ancho de pilas = 2,50 m

Cantidad de vanos = 6

Descargadores de Fondo 540,00 350,00 m^3/s

Se tom en cuenta la velocidad de apertura de cada compuerta considerando el

funcionamiento inicial como orificio y su transicin a vertedero libre propiamente dicho con la

correspondiente variacin en el coeficiente de descarga. Para hacer esto factible se

emplearon distintas curvas de descarga en cada instante de tiempo en que fue discretizada

la apertura. En correspondencia con este nivel de discretizacin se subdividieron los

caudales de entrada en intervalos de 5 minutos

HIDROGRAMAS DE EVENTOS EXTREMOS

Para considerar los ingresos al embalse, se utilizaron los hidrogramas de eventos extremos

correspondientes a la crecida mxima probable (CMP) y a la crecida de 10000 aos de

recurrencia (Decamilenaria), generados por AIC (CMP) e INA con modelo de AIC (10.000

aos Recurrencia).

El paso de tiempo fue interpolado en intervalos de 5 minutos para permitir la operacin

modulada.

El caudal pico para la CMP es de 25.070 m3/s.

El caudal pico para la crecida Decamilenaria es de 20.217 m3/s.


5/22



5

HIDROGRAMA DE CRECIDA DECAMILENARIA

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (hs)

Caudal(m3/s)

HIDROGRAMA DE CRECIDA MAXIMA PROBABLE

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (hs)

Caudal(m3/s)


6/22



6

MODELACIN HIDROLGICA / HIDRULICA DEL EMBALSE

Mediante el empleo de mltiples corridas de HEC-1 se desarroll un modelo de trnsito en

embalse para los hidrogramas de eventos extremos y para las restricciones queseguidamente se detallan.

Con el fin de determinar los niveles que permitan optimizar la respuesta ante crecidas, se

ensayaron criterios de manejo durante la crecida.

El Nivel Inicial Evento Extremopermite cumplir con los siguientes criterios:

Mximo nivel alcanzado en el embalse para cualquier condicin 629,00 MOP

Mximo caudal en Portezuelo Grande generado por la erogacin de la CMP 11.500

m3/s

Mximo caudal erogado para la crecida Decamilenaria 7.800 m3/s

Se consider para toda modelacin, como criterio de operacin en el evento extremo el slo

manejo de las compuertas de vertedero y descargador de fondo, regido por el siguiente

esquema de supervisin:

El manejo se basa en la sola observacin del nivel alcanzado en el embalse (no se

considera la posible existencia de un sistema de alerta). Ante incrementos de nivel que superen en cualquier magnitud el mximo nivel de

operacin fijado, se procede al aumento de la capacidad de evacuacin segn la

discretizacin dispuesta.

Si el nivel no se restituye se procede a aumentar la descarga.

Del mismo modo, los mismos son cerrados en la medida en que el nivel se encuentre por

debajo del valor de operacin.

Para la simulacin del trnsito de la CMP a travs del embalse se considera como criterio

de seguridad que una de las compuertas se encuentra fuera de operacin.

En los grficos siguientes se presentan los resultados para ambos trnsitos (CMP y

Decamilenaria) junto a las caractersticas fsicas (labio de vertedero y borde de compuertas)

y operativas en condicin extrema (Nivel Inicial Evento Extremo) de la propuesta que cumple

con las condiciones postuladas.


7/22



7

TRANSITO CMP - CHIHUIDO I

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

250 270 290 310 330 350 370

TIEMPO (h)

CAUDAL(m3/s)

605

610

615

620

625

630

635

NIVELES(msnm)

HIDRO-CMP

EROG

CAUDALPORTEZUELONIVELES

LABIO VERT

BORDE COMP

NIV MAX OPNORMAL

NIV MAX EXTR

NIVEL INICIAL EVENTO EXTREMO:623.50 MOP

BORDE SUP. COMPUERTAS: 629.50 MOPMXIMO NIVEL CMP *: 629.00 MOP

LABIO DE VERTEDERO: 610.50 MOP

MXIMA EROGACIN CMP: 11850 m3/s

CAUDAL EN PORTEZUELO GRANDE: 11500 m3/s

Trnsito de CMP: Grfico de Caudales y Niveles

TRANSITO DECAMILENARIA - CHIHUIDO I

0

5000

10000

15000

20000

25000

250 270 290 310 330 350 370

TIEMPO (h)

CAUDAL(m3/s)

605

610

615

620

625

630

635

NIVELES(msnm)

HIDRO-DECA

EROG

NIVELES

LABIO VERT

BORDE COMP

NIV MAX OPNORMAL

NIV MAX EXTR

NIVEL INICIAL EVENTO EXTREMO:623.50 MOP

BORDE SUP. COMPUERTAS: 629.50 MOPMXIMO NIVEL DECAMILENARIA:628.95 MOP

LABIO DE VERTEDERO: 610.50 MOP

MXIMA EROGACIN DECAMILENARIA: 7800 m3/s

Trnsito de Crecida Decamilenaria: Grfico de Caudales y Niveles


8/22



8

Para obtener la atenuacin que ocasiona el tramo del cauce aguas abajo del embalse desde el

punto de descarga hasta alcanzar Portezuelo Grande, se emple el modelo FLDWAV en

secciones obtenidas de imgenes RADAR de NASA tras un muestreo digital de las mismas.

En el grfico del trnsito de la CMP se incluye el traslado del hidrograma de salida en la

seccin de Portezuelo Grande para visualizar el desfase de la onda y la atenuacin de la

misma. El tiempo de desfase es de aproximadamente 9.5 h y la atenuacin alcanza el 3%.

CONCLUSIONES

La capacidad de descarga modulada por rganos de evacuacin ha demostrado ser

suficiente para erogar el incremento de caudal correspondiente a cada situacin extrema.

Los niveles alcanzados en el embalse no comprometen la zona de Bajada del Agrio ms delo que sera afectada por el propio paso de la crecida para las recurrencias consideradas.

Los rganos de descarga propuestos presentan dimensiones acordes a emprendimientos

de estas caractersticas brindando un adecuado grado de operacin (caudal especfico: 160

m3/(m.s))

La apertura en escalones parciales de las compuertas posibilita la modulacin en la

descarga de cualquier situacin que se presente.

La crecida mxima probable es atenuada en forma sustancial, pasando de un pico de

25.070 m3/s a 11.850 m3/s.

Ante la crecida decamilenaria, el sistema puede manejarse para erogar un caudal de 7.800

m3/s.

Se genera una atenuacin adicional en el tramo hasta Portezuelo Grande por el trnsito en

el ro, disminuyendo el caudal pico de 11.850 m3/s a 11.500 m3/s

Mediante un adecuado sistema de alerta y un idneo equipo de manejo las condiciones de

seguridad aumentarn.

El sistema de Control de Crecidas del Neuqun con Chihuido I cambia de un diseo

originario para 5000 aos y 11.500 m3/s a un diseo para la CMP y 25.070 m3/s, sin

esperar ningn dao en las obras de regulacin que componen el mismo ante este evento

extremo.

Para el caso de la crecida decamilenaria (20.217 m3/s), el sistema de control de crecidasdel Neuqun en Chihuido I eroga 7.800 m3/s hacia aguas abajo, los que podrn ser

manejados por la derivacin en Portezuelo Grande hacia el sistema de Los Barreales, con lo

que se genera una sustancial mejora en la proteccin ante las crecidas en el ro Neuqun.


9/22



9

ESTRUCTURAS DE DESCARGA: VERTEDERO

INTRODUCCIN

Para el objeto de erogar las crecidas ya laminadas por el embalse se prev la construccin de

vertedero de tipo Creager, con regulacin con compuerta, canal de acceso, descarga con

rpida y amortiguacin con cuenco.

VERTEDERO PRINCIPAL

La Cresta del vertedero principal se ubica en cota 610,50 m; tiene 6 vanos de 14,71 m de

ancho cada uno. La evacuacin de caudales se completa mediante una rpida y la disipacin

de energa con un cuenco amortiguador aguas abajo.

Descripcin del vertedero principal:

El modelo responde a un vertedero regulado con perfil WES - Standard del U.S. Army Corps of

Engineers; su geometra se presenta en este mismo informe.

La estructura est formada por 6 vanos de 14,71 m cada uno separado en dos grupos. Las

pilas son del tipo III USACE.

Los parmetros a considerar se resumen a continuacin:

Cota de cresta del vertedero: 610,50 m Carga mxima (Hmx): 18,96 m

Nivel de la platea de acceso: 605,50 m

Longitud del canal de llegada: 400 m

Altura del paramento vertical, P: 5,00 m

Ancho de vertedero: 100,70 m

La carga de diseo considerada corresponde al caudal de salida para CMP: 11850 m 3/seg.

De esta manera la carga de diseo queda definida (Hd) = 18,96 m.

A continuacin se presenta:

a) Diseo de la geometra del perfil vertedero.

b) Determinacin de la Ley de descarga del vertedero.


10/22



10

a) Geometra del Perfil del Vertedero:

El perfil responde a una de las formas estndar propuesta por Waterways Experimental Station

del U.S. Army Corps of Engineers. Las caractersticas del perfil se observan a continuacin:

Figura 1. Elementos de las secciones de las crestas con la forma de la lmina vertiente (Diseo

de Pequeas Presas, U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, 1966)

El perfil se puede representar por la ecuacin siguiente:

n

dd Hx

.KHy

=

Donde x e y son las coordenadas de la cresta con el origen en el punto ms alto, Hdes la altura

de diseo excluyendo la altura de velocidad del flujo, y K y n son parmetros que dependen de

la pendiente de la cara aguas arriba y de la altura de la carga de velocidad.

El efecto de la velocidad entrante es despreciable cuando la altura P del vertedero es ms

grande que 1,33 veces la carga de diseo, excluyendo la altura o carga de velocidad entrante

(P > 1,33 Hd). Bajo esta condicin la carga total es igual a la carga de diseo (Chow, 1986).

En el caso de la presa de Chihuido la profundidad de aproximacin es:

P = cota de coronamiento nivel de la platea de acceso = 610,50 605,50 = 5,00 metros


11/22



11

Entonces P = 5 metros


12/22



12

X Y

2,5 -0,29

3 -0,4

3,5 -0,52

4 -0,66

4,5 -0,81

5,5 -1,15

6,5 -1,54

7,5 -1,98

8,5 -2,47

9,5 -3

10,5 -3,57

11,5 -4,19

12,5 -4,84

13,5 -5,54

14,5 -6,28

15,5 -7,06

16,5 -7,87

17,5 -8,73

18,5 -9,62

16,15 -7,58

El perfil se completa con dos curvas en la nariz con las siguientes caractersticas:

Xc/Ho = 0,19 Xc = 3,44

Yc/Ho = 0,04 Yc = 0,685

R1/Ho = 0,46 R1 = 8,41

R2/Ho = inf. R2 = inf.

En los planos se puede ver detalle del vertedero principal.

Capacidad de descarga con cresta libre

El caudal vertido sobre un vertedero tipo Ogee es:

23/.. eHLCQ=

donde Hees el espesor de la lmina vertiente que incluye la altura debida a la velocidad de

aproximacin, ha.


13/22



13

Para el diseo del vertedero de Chihuido He= 18,50 m.

El coeficiente de gasto de vertedero (C) depende de distintas variables, tales como el calado

de aproximacin, la relacin entre la forma real de la coronacin y la forma ideal, la inclinacin

del paramento de aguas arriba, la interferencia del zampeado de aguas abajo y el calado de

aguas abajo.

La longitud efectiva de la cresta depender del nmero de pilas y de su forma.

Se comienza el estudio definiendo el valor del coeficiente C y luego se determinar la longitud

efectiva.

b) Determinacin del coeficiente de descarga

Efecto de la profundidad de llegada

Dado P = 5,00 m y Hd= 18,50 m se tiene que P/Hd= 0,27, entonces la figura 189 del Diseo

de Pequeas Presas en la pgina 307 se obtiene el coeficiente de gasto C0= 3,64 pies1/2/seg.

Figura 4. Coeficientes de descarga para las crestas de cimacio en pared vertical (Diseo dePequeas Presas, U.S. Department of the Interior, 1966)

Efecto del paramento aguas arriba

Para pequeas relaciones profundidad de llegada-carga sobre la cresta, la inclinacin del

paramento de aguas arriba antes de la cresta produce un aumento en el coeficiente de

descarga. En las relaciones grandes el efecto es de disminucin del coeficiente. El coeficiente


14/22



14

de descarga se reduce con las relaciones grandes de P/H0 solamente con los taludes

relativamente pequeos. En el caso del vertedero de Chiuido, el coeficiente se ver afectado

debido a que se trabaja con relaciones P/H0pequeas.

El valor de C corregido de 3,74 pies 1/2/s.

Efecto de la sumergencia aguas abajo.

Cuando el nivel de aguas abajo de un vertedero es lo suficientemente elevado para afectar la

descarga se dice que ste es ahogado. La distancia vertical entre la cresta del vertedero y el

tirante de la corriente en el canal de aguas abajo est relacionada a la descarga del vaso, lo

que altera el coeficiente de descarga. Para nuestro caso se tiene un valor (h d+d) / h0, igual a

1,54 lo que da una relacin Cs/C0= 0,99, por lo que se obtiene un coeficiente C de 2,045 m1/2/s.

Determinacin de la longitud efectiva:

Cuando las pilas y los estribos de la cresta tienen una forma que produce contracciones

laterales sobre la descarga, la longitud efectiva, L, ser menor que la longitud neta de la cresta.

El efecto puede tomarse en cuenta reduciendo la longitud neta de la cresta como sigue:

eap HKKNLL += donde:

L= longitud efectiva de la crestaL= longitud neta de la cresta

N= nmero de pilas

Kp= coeficiente de contraccin de pilas

Ka= coeficientes de contraccin de los estribos

He= carga total sobre la cresta

El coeficiente de contraccin de las pilas, Kp, es afectado por la forma, ubicacin, espesor,

relacin de cargas, y velocidad de llegada.

Los valores aproximados para Kp dados por Creager y Justin (1950) van desde 0,1 para

narices gruesas, 0,4 para narices delgadas o puntiagudas y es 0,035 para narices redondas.Estos valores se aplican a pilares con un espesor igual a aproximadamente un tercio la altura

sobre la cresta.

Las formas propuestas por el U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station se

presentan a continuacin:


15/22



15

Figura 7. Formas de la nariz en presas altas (U.S. Army Engineers Waterways ExperimentStation, Hydraulic Design Chart 111-6 WES 4-1-53).

Los coeficientes de contraccin se determinaron de estudios de modelos (U.S. Army Corps ofEngineers Waterways Experiment Station, Hydraulic Design Chart 111-6 WES 4-1-53). Lascurvas obtenidas para relacin p/Hd > 1 en funcin a cargas distintas a las de proyecto, sepresentan a continuacin:

Figura 8. Coeficientes de contraccin para pilas de varias formas de nariz en presas altas conla nariz ubicada en el mismo plano vertical que las caras aguas arriba del vertedero W.E,S.(U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station, Hydraulic Design Chart 111-6WES 4-1-53).


16/22



16

La forma propuesta en el proyecto corresponde a una pila de nariz tipo III, y 2,50 m de ancho.

Segn el Manual de Diseo de Pequeas Presas para carga de proyecto y pilas de tajamar tipo

III corresponde un valor de Kp = 0,010.El valor de K para el vertedero principal de la presa de Chiuido no presenta modificaciones

significativas en funcin de la carga para valores que van de 0,6 a 1 de la relacin H/Hd.

La longitud efectiva de cada vano para la carga de diseo queda entonces igual a L = 14,70 m.

Efecto de las cargas diferentes a la de proyecto

Cuando a la cresta de cimacio se le da una seccin de forma distinta a la ideal o cuando se le

ha dado una forma para una carga mayor o menor que la que se considera, el coeficiente de

descarga diferir del obtenido anteriormente. Las secciones ms anchas darn por resultados

presiones positivas a lo largo de la superficie de contacto de la presa, reduciendo la descarga.

Con una seccin ms angosta se producirn presiones negativas a lo largo de la superficie de

contacto, aumentando la descarga. En la figura 190 de la pgina 307 del libro del Diseo de

Pequeas Presas se muestra la variacin de los coeficientes en relacin con los valores de

(He/Hd), cuado Hees la carga que se est considerando.

Figura 5. Coeficientes de descarga para cargas diferentes de la de proyecto (Diseo dePequeas Presas, U.S. Department of the Interior, 1966)

Curva de descarga del vertedero

De acuerdo a todas las consideraciones planteadas se llega a la siguiente expresin para el

clculo de caudales (sin compuertas).


17/22



17

2/3

..05,2 HLQ =

A continuacin se presenta la curva de descarga correspondiente al vertedero de Chiuido (Tipo

WES, 6 vanos de longitud neta 14,70 metros cada uno con pilas tipo 2 y carga de diseo de

18,96 m)

Figura 9: Curva de descarga Vertedero

He/Ho He Q=C*B(neta) He^1.5

0,2 3,7 915,36

0,4 7,4 2725,31

0,6 11,1 5229,23

0,8 14,8 8307,87

0,9 16,65 10036,61

1 18,5 11850

1,1 20,35 13709,06

1,2 22,2 15724,74

Diseo de la Rpida y el Cuenco Disipador

Diseo de la rpida

2,

000

3,

000

4,

000

5,

000

6,

000

7,

000

8,

000

9,

000

10

,000

11

,000

12

,000

13

,000

14

,000

15

,000

16

,000

17

,000

18

,000

19

,000

20

,000

21

,000

22

,000

23

,000

24

,000

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

14000,00

16000,00

18000,00

Curva H-Q

Carga H (m)

CaudalQ(m3/s)


18/22



18

El objetivo de las rpidas es lograr la aceleracin del flujo aguas abajo de las estructuras

consideradas, estableciendo de dicha manera las condiciones de ingreso al cuenco disipador

de energa.

Como se mencionara previamente, en virtud de las singularidades de la fundacin de las obras

as como por las condiciones de funcionamiento hidrulico del vertedero, se ha diseado una

rpida con las siguientes caractersticas:

Longitud: 297 m

Pendiente: 7%

Rpida aguas abajo del vertedero

El funcionamiento hidrulico sobre la rpida del vertedero ha sido evaluado mediante el anlisis

del flujo gradualmente variado que se desarrolla en la misma, tomando como condicin inicial

en su seccin de arranque el tirante correspondiente a cada uno de los caudales considerados.Dado que la pendiente del canal es mayor que la crtica, el clculo se efecta desde aguas

arriba hacia aguas abajo. Siguiendo esta metodologa de clculo, se procedi a la

determinacin de las caractersticas hidrodinmicas del escurrimiento para caudal erogado de

11850 m3/s. Los resultados obtenidos se muestran a continuacin.

PROGR. ANCHO TIRANTE VELOCIDAD COTA DESOLERA

COTA PELO DEAGUA

m m m/s

0 100 5,25 22,57 596,09 601,34

10 100 5,18 22,88 595,39 600,57

20 100 5,11 23,18 594,69 599,8

30 100 5,05 23,47 593,99 599,04

40 100 4,99 23,76 593,29 598,28

50 100 4,93 24,04 592,59 597,52

60 100 4,87 24,32 591,89 596,76

70 100 4,82 24,6 591,19 596

80 100 4,77 24,87 590,49 595,2590 100 4,71 25,14 589,79 594,5

100 100 4,67 25,4 589,09 593,75

120 100 4,62 25,66 587,69 592,3

130 100 4,57 25,92 586,99 591,56

245,15 100 4,53 26,18 578,93 583,45

297 100 4,48 26,43 575,3 579,78


19/22



19

Determinacin del ndice de cavitacin

En las tablas precedentes se incluye el denominado ndice de cavitacin del escurrimiento, el

cual se calcula como:

K = (h + 10.33 pv) / (U2/2g)

donde:

K: ndice de cavitacin del escurrimiento.

h: tirante lquido, expresado en m.

pv: presin de vapor del agua, considerada como 0.24 m.

U: velocidad media del escurrimiento, en m/s.

g: aceleracin de la gravedad, en m2/s.

La condicin de cavitacin en la rpida se alcanzar si el ndice de cavitacin K es menor que

un ndice de cavitacin crtico Kc (K < Kc). A pesar de que existen distintos mtodos para hallar

el valor de Kc, es prctica corriente el uso del criterio del United States Bureau of Reclamation

(U.S.B.R.). Este criterio relaciona, para distintos tipos de irregularidades, los ndices de

cavitacin con el grado de terminacin admisible y marca adems la eventual necesidad de

incorporar dispositivos de aireacin para mitigar los riesgos de erosin por cavitacin.

Para el caso de las irregularidades abruptas y graduales, el criterio especifica determinadas

tolerancias de terminacin de la superficie de hormign, de acuerdo a lo que se indica en la

tabla.

TOLERANCIA Tipo de irregularidadAbrupta Gradual

T1 25 mm 1:4T2 12 mm 1:8T3 6 mm 1:16

Criterio del U.S.B.R. Clasificacin de tolerancias

De acuerdo a este criterio, las tolerancias indicadas se vinculan con el ndice de cavitacin del

escurrimiento, resumindose en la Tabla Ape. 3-11 los valores lmites para cada tolerancia,

considerando la existencia o no de dispositivos de aireacin forzada:

ndice de cavitacin delescurrimiento Tolerancia sin aireacin Tolerancia con aireacin

> 0.6 T1 T10.6 0.4 T2 T10.4 0.2 T3 T10.2 0.1 Uso de aireacin T2

< 0.1 Revisin del proyecto Revisin del proyectoTabla Ape. 3-11


20/22



20

En consecuencia, teniendo en cuenta las velocidades y tirantes del escurrimiento para los

cuatro escenarios analizados, se puede afirmar que no existe riesgo de cavitacin en toda la

rpida, ya que el valor mnimo de K alcanza 1.10.

Curva de empalme entre la rpida y el cuenco

Una vez que la rpida ha alcanzado el punto cuya cota es 579,71 m, se debe definir una curva

que permita empalmar esta seccin con la solera del cuenco disipador de energa.

El criterio considerado para definir esta curva ha sido el de asegurar que el escurrimiento no

genere condiciones de separacin de la lmina respecto del borde slido, de manera que no se

presenten presiones negativas. A los efectos de cumplir con esta premisa, se calcul la

trayectoria del borde inferior de la lmina lquida considerando para ello la velocidad terica.

De esta manera se obtiene la curva presentada en tabla y plano.

Diseo del cuenco disipador de energa

El escurrimiento de alta velocidad a la salida de la rpida requiere de una estructura que

permita reintegrar el flujo al cauce aguas abajo de las obras de descarga con la menor energa

posible. Con esta finalidad, se han evaluado distintas posibilidades de cuenco disipador de

energa.

El diseo del cuenco disipador de energa depender no slo del caudal y del ancho de la

estructura, sino tambin de los niveles de restitucin aguas abajo del mismo. Dado que la

descarga no se produce al cauce natural de un ro, sino a un brazo que ser canalizado

mediante trabajos de excavacin, estos niveles dependen directamente de las variantes de

canalizacin. Esto marcara un espectro muy amplio de posibles niveles, que dificultara el

diseo del cuenco.

Ms all de estas consideraciones iniciales, se han tenido en cuenta las siguientes condiciones

de borde para su diseo:

Se evaluaron alternativas tendientes a reducir los volmenes de obra, tanto en relacin

con la excavacin as como con los trabajos de hormign.

Se ha definido como cota del umbral final del cuenco, el valor 530,00 m, de modo que este

resulta el punto de arranque del canal de descarga.

Para la condicin de diseo, dada por el caudal de 11850 m3/s, el nivel de restitucin en la

seccin final del cuenco debe ser 540,83 m.


21/22



21

Teniendo en cuenta estos criterios iniciales, se procedi a evaluar distintas variantes de

cuencos disipadores de energa, entre las que se destacan las correspondientes a los diseos

del U.S.B.R. denominados tipo I (cuenco de solera horizontal sin dientes de choque ni bloques

de cada), tipo II (Figura Ape. 3-4) y tipo III (Figura Ape. 3-5). El manual de diseo de esta

institucin permite determinar, a partir de las condiciones de ingreso al cuenco y del nivel de

restitucin cules deben ser sus magnitudes fundamentales para asegurar la estabilidad del

resalto. De este modo, y dependiendo del tipo de cuenco, se determinan su longitud, la cota de

solera y las dimensiones de los dientes de cada o bloques de impacto.

Para llevar a cabo estas evaluaciones se ha seguido la siguiente metodologa general, la cual

ser detallada para el diseo definitivo del cuenco:

Determinacin de las condiciones de ingreso del flujo aguas arriba del cuenco. En este

sentido, dado que no se conoce la cota de solera del mismo, se empieza el proceso de

clculo partiendo de la cota correspondiente a la seccin inicial del canal de descarga. De

esta manera, es posible calcular la velocidad y el tirante de la lmina incidente, as como el

nmero de Froude.

A partir de esta determinacin, se efecta la valoracin del tirante conjugado final

correspondiente a un resalto libre, empleando para ello la expresin de Belanger.

Si la suma de la cota de fondo inicialmente considerada ms el tirante conjugado es mayor

que el nivel de restitucin, entonces se profundiza el cuenco hasta alcanzar, al menos, una

igualdad de estos valores que permita asegurar la estabilidad del resalto. En el diseo delos cuencos disipadores, se ha tomado un margen del 5 al 7% para asegurar la efectiva

estabilidad del resalto, evitando de esta manera su desplazamiento hacia aguas abajo.

Dado que al profundizar el cuenco se modifican la velocidad, el tirante y el nmero de

Froude al ingreso, este proceso es necesariamente iterativo, resultando rpidamente

convergente. Una vez que se ha definido la cota de solera del cuenco, la metodologa de

clculo del U.S.B.R. permite evaluar la longitud y las dimensiones de los bloques y/o

dientes (si los hubiera) para cada tipo de cuenco.

Las dimensiones definidas para el cuenco son:

Cuenco tipo I

Longitud del cuenco: 120,12 m

Cota fondo del cuenco: 514,00 msnm


22/22


APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pli d D t i T i d l P t

22

REFERENCIAS

Department of Army. US. Army Corps of Engineers. Engineer Manual N 1110-2-1603:Hydraulic Desing of the Spillways. 1990.

Novak, P; Moffat, A.; Nalluri. Estructuras Hidrulicas. Editorial McGraw Hill InteramericanaS.A. Colombia. 2001.U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation. Diseo de Pequeas Presas, 1966.Vallarino, E. Tratado Bsico de Presas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.Madrid, 2001.Ven T. Chow . Hidrulica de Canales. Editorial Diana. Mxico 1986.

Diseño Azud y Rápidas

Documents

Transcript of Diseño Azud y Rápidas