OBRAS excedencia
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UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO
DIVISIN ACADMICA DE
INGENIERA Y ARQUITECTURA
Obras Hidrulicas
MAC. Luis Adolfo Meja Vzquez
E S T U D I O E N L A D U D A , A C C I N E N L A F E
Alma Rosa Luna Flores
Daniel Snchez Ballinas
Samuel Rivera Acosta
Adolfo Segovia Alejandro
ALUMNOS
Ingeniera Civil
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UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO OBRAS HIDRULICAS
INGENIERA CIVIL
PROYECTO #4
OBRAS DE EXCEDENCIAS
OBJETIVO:
Poner en prctica los conocimientos adquiridos en las materias anteriores a Obras
Hidrulicas, con el fin de poder realizar una obra de excedencias, la cual trata de
disear un vertedor Creager con su respectivo perfil y de la misma manera
calcular su salto de agua.
PROPSITOS:
1) Reafirmar los conocimientos adquiridos en la materia de Hidrulica de
Canales para poder obtener el perfil Creager.
2) De igual manera se reafirmarn los conocimientos establecidos en la
Hidrulica para poder calcular el salto de agua.
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INGENIERA CIVIL
DESARROLLO DEL PROYECTO:
A continuacin se mencionan algunos de los tipos de vertedores para obras de
excedencias, que existen:
Vertedor de pared delgada
Cuando la descarga se realiza sobre una placa con perfil de cualquier forma, pero
con la arista por donde derrama el agua, aguda, el vertedor se llama de pared
delgada.
Vertedor de pared gruesa
Cuando a la descarga, el contacto entre la lamina vertiente y la pared, es ms bien
toda una superficie, el vertedor es de pared gruesa.
Cresta vertedora libre (Cimacio tipo Creager)
Es la obra de excedencias ms usual, con perfil del cimacio tipo Creager el cual se
deriva del perfil inferior que adopta la lmina vertiente de agua cuando esta es
descargada por un vertedor de pared delgada y se ha despegado de la pared del
mismo vertedor. La cresta vertedora generalmente se encuentra a la elevacin del
NAMO. Se analiza este tipo de obras para determinar la elevacin del NAME, el
volumen del sper almacenamiento y el gasto de diseo del vertedor.
Vertedor de cada libre
Este tipo de vertedores se asocia a los que tienen cortina de arco, o de
contrafuertes, en las cuales el espesor de la cresta y la geometra, no sean
favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior, y
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adems tenemos la condicin de que la roca de cimentacin es resistente a la
erosin, podemos dejar caer libremente el agua sin proteccin, en caso contrario
se debe implementar un disipador de energa o tanque amortiguador.
Estos son algunos tipos de vertedores que se pueden utilizar para el clculo de
obras de excedencias. Nos enfocaremos al VERTEDOR CREAGER.
Generalidades sobre el diseo de vertedores de excedencias
Partiendo de la idea del vertedor de pared delgada. En los vertedores de cresta
aguda, seccin rectangular y contracciones laterales, el gasto que fluye a travs
de l se encuentra con la expresin de Francis:
Q = (C) (L) (H^3/2)
En donde:
Q = Gasto descargado, en m3/s.
C = Coeficiente de gasto, (se utilizan coeficientes entre 1.8-2.2).
L = Longitud de la cresta, en m.
H = Carga efectiva sobre la cresta = Carga esttica + carga de velocidad, en m.
Estas estructuras se tratan como masivas (o sea estructuras monolticas de gran
peso propio), ya que se ha rellenado con concreto la zona bajo la vena lquida, lo
que tericamente no modifica el estado de presiones. En estas condiciones la
carga original se ve disminuida una cantidad r con lo que Hr < H. Debido a esto el
coeficiente de la frmula de Francis variar en funcin de la carga.
Valores del coeficiente C.
Para poder realizar nuestro proyecto del vertedor Creager proponemos:
Q = 15 m3/seg
C = 2
L = 5 m
P = 10 m
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Despejando la ecuacin obtenemos:
H = (Q / C L) ^ 2/3
Dado que C es igual a 2.952 hay que calcular en cada iteracin.
= (0.6035 + 0.0813 ((H + 0.0011) / P)) (1 + (0.0011/H))^3/2
Realizando iteraciones con respecto a las ecuaciones anteriores obtuvimos:
Q (m3/seg) L (m) C (inicial) P (m) H (m) C (final)
15 5 2 10 1.3103707 0.614936 1.815290373
15 5 2 10 1.3978163 0.61559914 1.817248651
15 5 2 10 1.39681192 0.61559148 1.817226058
15 5 2 10 1.3968235 0.61559157 1.817226319
15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316
15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316
15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316
15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316
15 5 2 10 1.39682337 0.61559157 1.817226316
Con los resultados obtenidos en las iteraciones se sustituyen en la ecuacin de
Francis:
Q = (1.8172)(5)(1.2968^3/2) = 14.999 m3/seg
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DISEO DE CIMACIOS:
DISEO HIDRULICO DE CIMACIOS
Los vertedores, con descarga libre, pueden ser estructuras de pared gruesa o
delgada, un vertedor de cimacio, para fines de diseo hidrulico, se considera
como vertedor de pared delgada donde la cresta se ajusta a la forma de la vena
lquida de salida.
Las obras de excedencias debern contar con muros de encauce, con perfil
hidrodinmico, en los extremos de la cresta vertedora para que el agua llegue al
vertedor en forma tranquila y sin turbulencias.
En pequeas obras de captacin, el cimacio deber ser recto en planta y
perpendicular al eje del canal de descarga. La seccin del cimacio deber tener la
ones negativas
en la cresta. Se buscar que el canal de descarga tenga una pendiente mayor a la
crtica y con descarga libre en su base.
del cimacio, de un vertedor de cresta delgada, se ajusta rigurosamente al perfil de
la superficie inferior de una lmina de agua con ventilacin y constituye la forma
ideal para obtener ptimas descargas. La forma de esta seccin depende de la
descarga, de la inclinacin del paramento de aguas arriba de la seccin vertedora
sobre el piso del canal de llegada. Scimemi E., realiz una serie de experimentos
tendientes a definir el perfil de aguas, en zonas alejadas de la cresta, y propuso la
siguiente ecuacin:
Y/Ho =0.5 (X/Ho)^1.83
Donde:
Ho = Carga de diseo, m.
x, y = Coordenadas de un sistema cartesiano con origen en la arista superior del
vertedor de cresta delgada, y sentidos positivos de los ejes hacia la derecha y
hacia arriba respectivamente.
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La forma usual de la cortina vertedora, consiste de una cara vertical en el
paramento de aguas arriba, seguido de un chafln a 45 grados y una cresta
redondeada, seguido de un perfil tipo Creager. La cresta tiene esa forma, con el fin
de lograr que la vena de agua no produzca vacos al escurrir y produzca
cavitaciones que den origen a fuerzas desfavorables a la seguridad contra volteo.
La elevacin de la cresta vertedora se fijar considerando la carga de trabajo a su
mxima capacidad, adicionada de un bordo libre que nunca ser menor a 0.50 m,
el que podr aumentarse de acuerdo con la importancia de la altura fijada a la
cortina y la longitud del "fetch1", cuando exista peligro de oleaje.
Las coordenadas del cimacio tipo Creager para una carga de 1 m son
multiplicadas por la carga de diseo para la avenida mxima obtenida en el
estudio hidrolgico. Sin embargo, y dado un margen de seguridad, para cargas
menores de 1.0 m se recomienda utilizar las coordenadas correspondientes a la
carga unitaria. Para el clculo de la longitud de la cresta vertedora, por medio de la
frmula de Francis, se toma un coeficiente de descarga C=2.
X (m) Y (m)
0 0.126
0.1 0.036
0.2 0.007
o.3 0
0.4 0.007
0.8 0.142
1 0.247
1.2 0.397
1.4 0.565
2 1.22
3 2.82
4 4.93
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CALCULO DEL SALTO HIDRULICO.
DATOS
Q=15 m3/s
B= 5 m
Z= 10 m
H=1.396 m
MANNING n= 0.011
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CALCULO
Gasto unitario
Velocidad con la que se aproxima el agua al cimacio
Carga de velocidad
Tirante critico
Considerando k=0.1