VERTEDEROS Y COMPUERTAS - Apuntes de Ingeniería Civil

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COMPUERTAS Y VERTEDEROS
CURSO : Estructuras Hidráulicas
INDICE
INTRODUCCION………………………………... 3
COMPUERTAS
 TEORIA Y APLICACIONES……………………4
 OTROS TIPOS DE COMPUERTAS…………… 9
 DISEÑO(ECUACIONES)……………………… 15
VERTEDEROS
 TEORIA Y CLASIFICACION…………………... 20
 ESTUDIOS, MEDCIONES Y PARTES…………... 33
 FUNCION DE VERTEDERO EN PRESAS………. 38
 FUNCION DE VERTEDERO EN CANAL……….. 44
CONCLUSIONES………………………………… 48
RECOMENDACIONES…………………………… 49
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INTRODUCCION
DENTRO DE LAS CONSTRUCCIONES HIDRAULICAS DE GRAN ENVERGADURA COMO: PRESAS, BOCATOMAS , ETC Y OBRAS PEQUEÑAS COMO: CANALES DE IRRIGACION, DRENAJES, ETC SE DISTINGUEN DOS CONSTRUCCIONES IMPORTANTES COMO SON EL ALIVIADERO (VERTEDERO) Y LAS COMPUERTAS.
LAS COMPUERTAS FUERON CREADAS POR LOS EUROPEOS PERO EN NUESTRO CONTINENTE LOS PRIMEROS EN USARLOS FUERON LOS INDIGENAS EN MESOAMERICA.
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COMPUERTAS
ESCLUSAS DE LOS CANALES
PORTILLO DE PRESAS EN LOS RIOS
BOCATOMA DE TUTI-AREQUIPA
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APLICACIONES
CRITERIOS DE UBICACION
LA COMPUERTA DEBE UBICARSE EN CANALES DE SECCION UNIFORME Y ALINEAMIENTO RECTO AGUAS ARRIBA
EL PLANO DEL VERTEDERO DEBE SER NORMAL AL FLUJO Y LA COMPUERTA VERTICAL PLANA
CREMALLERA CON RUEDA SENCILLA O VARIAS RUEDAS.
CREMALLERA CON ACCIONAMIENTO DE ENGRANAJE Y TORNILLO SIN FIN.
TORNO DE HUSILLO HORIZONTAL.
DISPOSITIVOS HIDRAULICOS CON SERVOMOTOR
CONTROL DE FLUJOS DE AGUAS.
CONTROL DE INUNDACIONES.
PROYECTOS DE IRRIGACION.
CREAR RESERVAS DE AGUA.
SISTEMAS DE DRENAJE.
APROVECHAMIENTO DE SUELOS.
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA.
INCREMENTAR CAPACIDAD DE RESERVA DE LAS PRESAS.
ACCIONAMIENTO
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 COMPUERTA BASCULANTE
También conocido como clapeta o chapaleta, puede ser utilizada tanto en la cima de un vertedero de una presa como en el fondo de un rio o canal
HIDROELECTRICA “CERRO DEL AGUILA”
HUANCAVELICA
COMPUERTA TIPO BASCULANTE
TIPOS DE COMPUERTAS IMPORTANTES
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Se utilizan para descargas en presión permitiendo la colocación de la sección de toma a cualquier profundidad, en un embalse.
COMPUERTA TIPO CILINDRO
COMPUERTA TIPO CILINDRO
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Permiten el paso de embarcaciones que deben atravesar una diferencia de niveles pronunciados.
COMPUERTA TIPO ESCLUSA
COMPUERTA TIPO ESCLUSA
“CANAL DE PANAMÁ”
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TIPOS DE COMPUERTAS
A) SEGÚN LAS CONDICIONES DE FLUJO AGUAS ABAJO
B) SEGÚN EL TIPO DE OPERACIÓN O FUNCIONAMIENTO
C) DE ACUERDO A LAS CARACTERISTICAS GEOMÉTICAS
D) SEGÚN SU MECANISMO DE IZAJE
COMPUERTA CON DESCARGA LIBRE
COMPUERTA CON DESCARGA SUMERGIDA O AHOGADA
COMPUERTAS PRINCIPALES
COMPUERTAS DE EMERGENCIA
COMPUERTAS PLANAS
COMPUERTAS CURVAS O ALABEADAS
COMPUERTAS DESLIZANTES
COMPUERTAS RODANTES
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COMPUERTA CON DESCARGA SUMERGIDA
A) SEGÚN LAS CONDICIONES DE FLUJO AGUAS ABAJO
COMPUERTA CON DESCARGA LIBRE
SE DA CUANDO EL NIVEL DEL AGUA DE DESCARGA SE ENCUENTRA POR DEBAJO DE LA COMPUERTA SIN SOBREPASARLA
SE DA CUANDO EL NIVEL DEL AGUA DE DESCARGA SE ENCUENTRA POR SOBRE LA COMPUERTA, OCASIONANDO AHOGAMIENTO DE LA MISMA.
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COMPUERTAS DE EMERGENCIAS
B) SEGÚN EL TIPO DE OPERACIÓN O FUNCIONAMIENTO
COMPUERTAS PRINCIPALES
TAMBIEN LLAMADA DE REGULACION CUANDO CONTROLAN CAUDALES EN UN CANAL ABIERTO O SOBRE UNA ESTRUCTURA DE PRESA.
SE ULITIZAN EN LOS EVENTOS DE REPARACION, INSPECCION Y MANTENIMIENTO DE LAS COMPUERTAS PRINCIPALES
COMPUERTA PRINCIPAL
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COMPUERTAS CURVAS 
C) DE ACUERDO A LAS CARACTERISTICAS GEOMÉTICAS
COMPUERTAS PLANAS
Generalmente son empleadas para controlar el recurso hídrico en canales.
Cuentan con guías embebidas en los canales, sobre los cuales sellan el paso del agua mediante diferentes tipos de sellos.
COMPUERTA RADIAL
COMPUERTA RECTANGULAR
HIDROELECTRICA 
“CERRO DEL AGUILA”
HUANCAVELICA
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COMPUERTAS RODANTES 
D) SEGÚN SU MECANISMO DE IZAJE
COMPUERTAS DESLIZANTES
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EL ELEMENTO DE CIERRE SE MUEVE SOBRE SUPERFICIES DESLIZANTES(GUIAS O RIELES) QUE SIRVEN DE APOYO Y SELLO
EL ELEMENTO DE CIERRE SE MUEVE SOBRE UN TREN DE RUEDAS, RODILLOS O DE ENGRANAJES HASTA LA POSICION DE ESTANCIA
UCRANIA
VIETNAM
UCRANIA
UCRANIA
RUSIA
MEXICO
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ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DEL CAUDAL
 
 = 
 = 
 = aguas debajo de la puerta
.
 = 
∆
PRINCIPIOS HIDRAULICOS EN COMPUERTAS
Se establece la ecuación de la energía:
 + …1
Se establece la ecuación de la continuidad:
 + …2
Sustituimos ecuación 2 en la 1 y obtenemos:
 + 
VELOCIDAD
Seguimos operando:
 = 
Entonces la velocidad media real en la sección contraída es:
 = 
EL GASTO
Considerando la expresión básica: 
Donde:
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COEFICIENTES
Tabla de Coeficiente de descarga según Cofré y
 Buchheister 
- La contracción que sufre el chorro de agua al pasar a través de la compuerta se prolonga desde la salida hasta “L”, la cual depende de la abertura “a” y del coeficiente de contracción.
L = a/ ; =0.62 (para cualquier relación y1/a inclusive para carga sumergida)
- Knapp propone una ecuación para calcular el coeficiente de velocidad en compuertas verticales con descarga libre en función de a/H.
Tiene como limite superior Cv = 1, el cual se alcanza para a/y1=0.408
 
 
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	 EJEMPLO EN EL EXCEL	
18
	 INSERTANDO LOS DATOS EN EL SOFTWARE HCANALES
	 
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definición
El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidraulica destinada a propiciar el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales.
Y en su uso frontal es también elaborado para la medición de caudales. Conociendo las características del vertedero o del orificio que se engloban en el factor (determinado experimentalmente), la sección de la lámina de agua que pasa por ellos y la velocidad teórica de caída libre 
Construcción de vertedero con sección rectangular con dos contracciones para medición de caudales.
Vertedero de cresta ancha construido en canal revestido de concreto.
VERTEDEROS
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clasificación según cada tipo que exista; 
Por su localización en relación a la estructura principal:
Vertederos frontales
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Vertederos laterales
Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitándose posibles desbordes que podrían causar serios daños, por lo tanto, su ubicación 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 mínimo de obras de arte, buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto último depende siempre de la conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, ubicación del vertedero, etc.). Fuente MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO DEL ANA
 
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22
23
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Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo
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Por su localización en relación a la estructura principal
Vertederos frontales
Vertederos laterales
Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo. 
El Glory Hole no se ha visto 
en acción en la presa de 
Monticello en el lago Berryessa 
desde que este video fue 
tomado en MAYO de 2007. 
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Desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido
Vertederos libres, sin control.
Vertederos controlados por compuertas.
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Desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento
Vertedero de pared delgada
Vertedero de pared gruesa
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Desde el punto de vista de la sección por el cual se da el vertimiento
Rectangulares
Trapezoidales
Triangulares
Circulares
Lineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua sobre la cresta
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Desde el punto de vista de su función principal
Descarga de demasías, permitiendo la salida del exceso de aguade las represas, ya sea en forma libre, controlada o mixta, en este caso, el vertedero es también conocido como aliviadero. Estas estructuras son las encargadas de garantizar la seguridad de la obra hidráulica como un todo.
Como instrumento para medir el caudal, ya sea en forma permanente, en cuyo caso se asocia con una medición y registro de nivel permanente, o en una instalación provisional, para aforar fuentes, o manantiales;
Vertederos en un decantador de una planta de tratamiento de potabilización en Honduras.
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ESTUDIOS Y MEDICIONES
Las mediciones y datos requeridos para el diseño de vertederos dependen del nivel de diseño a ser considerado y las condiciones especificas que se encuentran en el sitio. A continuación, los siguientes datos y mediciones son:
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 1. Datos topográficos
2. Datos climatológicos
3. Datos hidrológicos
4. Datos de calidad del agua
5. Capacidad de control de avenidas
6. Datos hidráulicos
7. Datos estructurales
DATOS HIDROLÓGICOS MÁS REQUERIDOS
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Mediciones de escorrentía, descargas diarias.
Estudio de crecidas
Nivel del agua subterránea.
Mapas de las cuencas de inundación.
Curvas del tirante de agua.
Estudios de remansos.
Es el borde horizontal, transversal al canal, también se le conoce como umbral (m); es por la cresta que rebasa el agua. 
Son los bordes o las caras verticales que ajustan a la cresta.
PARTES QUE CONFORMAN UN VERTEDERO
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CONTRACCIONES:
CRESTA (L):
Es la altura alcanzada por el agua a partir de la cresta del vertedero debido a la depresión de la lamina vertiente junto al vertedero.
Ancho del canal de acceso al vertedero .
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ANCHO (B):
CARGA (H):
1
IMPORTANCIA
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3
4
5
6
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Ventajas
Es un sistema de medición de gran aceptación.
Desventajas
No son adecuados para fluidos que arrastren grandes cantidades de sedimentos.
Aplicaciones de los vertederos
Los vertederos son utilizados en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del flujo en galerías y canales.
Hay numerosos tipos de vertederos disponibles.
Resultan prácticamente inmunes a perturbaciones corriente arriba.
Requieren prácticas de ingeniería civil extensivas.
VERTEDERO DENTRO DE UNA PRESA
VERTEDERO PRINCIPAL
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 del reservorio de agua.
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FUNCIONES DEL VERTEDERO COMO ELEMENTO DE PRESA
 Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica. 
Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba
Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo
Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca daños.
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PRESAS CON VERTEDERO EN PERU
Presa «Coyllorcocha» en la Laguna Coyllorcocha (Junin-Huancayo)
Presa «Palito redondo» en el Rio Santa (La Libertad-Viru)
Presa «Poechos» en el Rio Chira (Piura-Sullana)
Presa de la central Hidroeléctrica Chaglla (Huánuco) 
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DISEÑO DEL VERTEDERO
CONSIDERACIONES
 Apropiada selección del tipo de vertedero.
En los vertederos en pared delgada la cresta debe ser aguda, recta y horizontal.
La carga debe medirse cuidadosamente, fuera del agua en movimiento.
La correcta selección de formulas. 
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FORMULA GENERAL
Q= Gasto de Diseño (m3/s)
C= Coeficiente del vertedor, descarga directa C=1.84 y tipo cimacio C=2.0
L= Longitud de la cresta (m)
H= Carga de diseño (m)
V. TRIANGULARES
V. TRAPECIALES
c1 = c2 = 0,6 
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V. RECTANGULARES
FORMULAS:
FRANCIS:
BAZIN:
0 CONTRACCIONES
0 CONTRACCIONES
REHBOCK:
0 CONTRACCIONES
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FUNCION DEL VERTEDERO DENTRO DE UN CANAL Y DISEÑO
un vertedero consiste normalmente en una pared transversal a un canal que contiene una sección de medición. esta pared mantiene el nivel de agua corriente arriba. el caudal o volumen de descarga se obtiene midiendo la altura de descarga antes del vertedero.
Fig. Vertedero en funcionamiento
Fig. Partes de un vertedero
CONTRACCIONES
CRESTA
H
ZOOM 1
ZOOM 2
VERTEDERO
CRESTA
VENTILACION
PARED DE LA CAMARA
PISO DEL CANAL
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CONCLUSIONES
EN LOS VERTEDEROS RECTANGULARES, TRIANGULARES Y TRAPEZOIDALES, TIENE COMO OBJETIVO CALCULAR EL CAUDAL DE UN CANAL EMPLEANDO UN VERTEDERO CON SECCIÓN CONOCIDA. .
ES IMPORTANTE ANALIZAR DE MANERA MUY OBJETIVA LOS DATOS HIDROLÓGICOS ANTES DE HACER UN DISEÑO DE UN VERTEDERO, YA QUE DE ÉSTA MANERA SE ASEGURARÁ UNA OBRA QUE SEA ÚTIL Y DURADERA.
SE PUEDE DETERMINAR LA IMPORTANCIA Y LAS APLICACIONES QUE TIENEN LAS DIFERENTES COMPUERTAS.
LAS COMPUERTAS SON UTILIZADAS MAYORMENTE EN ESTRUCTURAS DE GRAN TAMAÑO.
EN TODO CONDUCTO HIDRÁULICO ES IMPORTANTE CONOCER EL GASTO QUE ESTÁ CIRCULANDO EN UN DETERMINADO INSTANTE O A LO LARGO DE UN DETERMINADO TIEMPO, POR LO QUE RESULTA NECESARIO INSTALAR UNA ESTRUCTURA HIDRÁULICA DE AFORO.
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RECOMENDACIONES
SE DEBE PRIORIZAR LOS TRABAJOS EN CAMPO PARA LOS ALUMNOS; NO SOLO HACER TALLERES EN EL LABORATORIO, POR EJEMPLO, PARA UNAS CLASES DE VERTEDEROS SE DEBE HACER TRABAJOS DE CAMPO EN UN CANAL NATURAL.
ES IMPORTANTE DETERMINAR EL USO PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE COMPUERTA Y APROVECHAR SU FUNCION.
ES NECESARIO EL MANTENIMIENTO Y SUPERVICION CONSTANTE DE ESTAS.
ANTES DE TOMAR LECTURAS DE CARGA Y1, EN LAS COMPUERTAS SE DEBE ESPERAR A QUE SE ESTABILICE EL FLUJO DE AGUA EN EL CANAL, PARA OBTENER MEDIDAS PRECISAS. 
50
The Glory Hole - Lake Berryessa
Brad Andersohn
20070509
Lavf57.56.101
A Bottomless Pit? No, but never swim near a water hole like this. http://bradsdomain.com/the-glory-hole-in-lake-berryessa/ If you do see one of these, you're too close, and you better paddle your butt off to get away!
This really is called the Glory Hole named by local folks long before the term or words "Glory Hole" were considered pornographic. Monticello Dam at Lake Berryessa in Napa County, CA. hosts this drain also referred to as the "Morning Glory".
The reason it is called the "Black Hole" by Pilots of airlines or helicopters is because that's what they see from the sky (A Black Hole) when the "Glory Hole" is in action. 
The Glory Hole has not been seen in action at Monticello Dam in Lake Berryessa since this video was taken back in MAY of 2007. 
If you don't believe this is real and think the glory hole is a fake, Here's a Link to the actual location on Google Maps:
http://bit.ly/6REAwz
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http://bit.ly/6REAwz
Simulacin 3D de flujo en un canal con vertedero con OpenFOAM
Gidahatari
20170216
Lavf57.56.101
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