VERTEDEROS LATERALESOBRAS HIDRÁULICAS

POR:

JOSE DAVID BEDOYA

QUÉ ES UN VERTEDERO ?EL VERTEDERO ES UNA ESTRUCTURA HIDRÁULICA DESTINADA

A PERMITIR EL PASE, LIBRE O CONTROLADO, DEL AGUA EN LOS ESCURRIMIENTOS SUPERFICIALES.

Pueden ser: Pared delgada, gruesa o irregular

FINALIDADES:

• Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel aguas arriba, por encima del nivel máximo.

• Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba.

• Construirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.

EN UNA PRESA SE DENOMINA VERTEDERO A LA PARTE DE LA ESTRUCTURA QUE PERMITE LA EVACUACIÓN DE AGUAS, YA SEA EN FORMA HABITUAL O PARA CONTROLAR EL NIVEL DE RESERVA DE AGUAS.

GENERALMENTE SE DESCARGAN LAS AGUAS PRÓXIMAS A LA SUPERFICIE LIBRE DEL EMBALSE, EN CONTRAPOSICIÓN DE LA DESCARGA DE FONDO, LA CUAL PERMITE LA SALIDA CONTROLADA DE AGUAS DE LOS ESTRATOS PROFUNDOS DEL EMBALSE.

CLASIFICACIONES:Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:Por su localización en relación a la estructura principal:• Vertederos frontales.• VERTEDEROS LATERALES.• Vertederos Tulipa, ( situados fuera de la presa)

Partes que constituyen un VertederoEstructura de control: Regula y gobierna las descargas

del vaso. Pueden ser: una cresta, vertedor, orificio, boquilla o tubo

Canal de descarga: Ayuda a la conducción de los volúmenes descargados por la estructura de control.

Estructura terminal: Permite descargar el agua en el río sin erosiones o socavaciones peligrosas en el talón de la presa y sin producir daños en las estructuras adyacentes

Canales de llegada y de descarga: Captan el agua del vaso y la conducen a la estructura de control.

Vertedero lateral y canal de descarga

VERTEDERO LATERAL

El vertedero lateral consiste en una abertura longitudinal que se construye en una de las paredes laterales de un canal, con la finalidad de evacuar el exceso de caudal que se pueda presentar en dicho canal.

Es esencialmente una obra de defensa, control y regulación de caudal excesivo que sucede en un definido tipo de obra en general (acueductos y alcantarillados, distritos de riego, presas, etc).

Teoría del funcionamiento de los vertederos laterales

• SE BASA EN LA LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

• SE SUPONE QUE TODA LA ENERGÍA DEL AGUA QUE PASA POR LA CRESTA SE DISIPA LA MEZCLARSE CON EL AGUA DEL CANAL.

• EN CUALQUIER TRAMO CORTO DEL CANAL LATERAL, LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO AL PRINCIPIO DEL TRAMO, MAS CUALQUIER AUMENTO DEBIDO A LAS FUERZAS EXTERNAS, SERÁ IGUAL A LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO AL FINAL DEL TRAMO.

Históricamente: Flujo variado espacialmente

• La ecuación fundamental para el flujo variado espacialmente con descarga creciente, fue establecida en primer lugar por Hinds para el diseño de vertederos laterales.

• Una ecuación mas completa fue desarrollada por Favre, incluyendo el término de la fricción y una componente de la velocidad afluente en dirección del eje del canal.

• La teoría del flujo variado espacialmente con descarga decreciente fue empleada en primer lugar en el diseño de vertederos laterales.

Primeras pruebas de laboratorio

• Las primeras pruebas de laboratorio fueron desarrolladas por Engels, Coleman y Smith.

• Forchheimer desarrolló el problema de los vertederos analíticamente pero suponiendo que la línea de energía sea paralela a la cresta del vertedero y al fondo del canal, a su ves suponiendo un perfil lineal.

Ecuación dinámica para flujo espacialmente variado

Para analizarla fue separada en :

• Flujo con descarga creciente

• Flujo con descarga decreciente

DgAQ

gAQqSS

dx

dy F

2

2

2*

0

1

2

DgAQ

gAQqSS

dx

dy F

2

2

2*

0

1

Materiales

• Los taludes del canal generalmente están revestidos de concreto colocados en una ladera y anclados directamente en la roca.

• La sección trapezoidal es la mas empleada.

• Generalmente están asociados a presas de tierra o tierra y enrocado construidas en ríos encañonados y con grandes avenidas, o donde se requieren grandes longitudes de cresta.

EN UN VERTEDERO LATERAL ES IMPORTANTE CONSIDERAR TRES ASPECTOS:

• El primero trata de las perturbaciones en los extremos del vertedero lateral, que se producen al desprenderse los filetes a la entrada y el choque de flujo a la salida disminuyendo su longitud útil.

Para este aspecto no existe experimentación sistemática, pero se acepta para vertederos laterales de longitud menor de cinco veces la carga, una disminución de la longitud útil de por lo menos 0,2h (h: carga sobre la cresta del vertedero lateral), despreciando su efecto cuando la longitud del vertedero lateral es mayor.

• Segundo aspecto se refiere a la fórmula de caudal que pasa sobre el vertedero lateral, ya que las que se encuentran normalmente son empíricas.

• El tercer aspecto trata del coeficiente de gasto (m) que ha de intervenir en el vertedero lateral. Como la carga sobre el umbral es variable, habrá que tomar coeficientes de gasto dependientes de la carga y variables de un extremo a otro del vertedero.

Proceso:

Luego de exceder el agua el nivel del vertedero, se vierte sobre la cresta cayendo en un conducto angosto opuesto al vertedor, girando, aproximadamente, un ángulo recto, y luego continua hasta caer dentro del canal de descarga principal.

El proyecto de un canal lateral está restringido solamente a las condiciones hidráulicas que imperan en el tramo aguas arriba del canal de descarga y es independiente de los detalles elegidos para otros componentes del vertedor.

DESCARGAS DE LOS CANALES LATERALES

PUEDEN CONDUCIRSE:

• DIRECTAMENTE A UN CANAL DE DESCARGA. ABIERTO

• A UN CONDUCTO CERRADO.

• A UN TÚNEL INCLINADO.

ACCESO DEL AGUA DE ACUERDO A EL TERRENO

EL AGUA PUEDE ENTRAR AL CANAL LATERAL EN UNO DE LOS LADOS DEL CONDUCTO EN EL CASO DE QUE ESTÉ LOCALIZADO EN UNA LADERA EMPINADA, O POR AMBOS LADOS Y POR EL EXTREMO SI ESTÁ UBICADO EN LA CUMBRE DE UNA LOMA O EN UNA LADERA SUAVE.

Características• Son semejantes a las de los vertederos

ordinarios, y dependen del perfil elegido para la cresta.

• Para descargas máximas, el funcionamiento hidráulico del canal puede diferir de los vertederos ordinarios, ya que la circulación puede estar restringida en el conducto y su cresta puede quedar ahogada.

Ventajas• El nivel de agua en el canal puede ser limitado

mediante los mismos, es decir al presentarse niveles de agua más altos las demasías pueden ser derivadas por medio de un vertedero fijo colocado en la pared del canal.

• No son necesarias compuertas móviles, de manera que la obra de aliviadero prácticamente no requiere trabajos de mantenimiento.

• Cuando se desea una cresta vertedora larga y las laderas son empinadas y acantiladas, o donde el control debe conectarse a un canal de descarga angosto o túnel, los vertederos laterales son la mejor opción.

Desventajas

• Estas ventajas del vertedero lateral, sin embargo, son restringidas por una desventaja que resulta del

funcionamiento hidráulico.• Cuando el nivel de agua debajo de un vertedero es

lo suficientemente elevado para afectar la descarga, se dice que el vertedero es ahogado.

• Debido a turbulencias y vibraciones inherentes al funcionamiento de los canales laterales, no se considera estos problemas, excepto cuando existe una buena cimentación.

Problemas que afectan su funcionamiento

• RESALTO HIDRÁULICO AL INTERIOR DEL VERTEDERO LATERAL.

• CUANDO EL VERTEDERO DE AFORO NO CONTROLA EN VERTEDERO LATERAL.

• DISIPACIÓN MAXIMA DE ENERGÍA EN EL FLUJO.

• ÁNGULO DE INCLINACIÓN DEL VERTEDERO.

VERTEDERO LATERAL TIPO TINA DE BAÑO

Vertedero lateral, en el que el agua solamente entra por un lado del conducto.

VERTEDERO PRESA ENDHO

Presa Hoover

Vertedero lateral de la presa Hoover

Vertedero lateral sobre el lado de Arizona de la presa Hoover, mirando aguas arriba

• Programa de control de la presa Hoover

• Vista aérea de la presa Hoover ( vertedero lateral )