NDICE GENERAL

I. INTRODUCCION
II. OBJETIVOS
III. DESARROLLO TEORICO
III.1. DISEO HIDRULICO DE TRANSICIONES
III.1.1. GENERALIDADES
III.1.2. CRITERIOS DE DISEO
III.1.3. EJEMPLO DE APLICACION
III.2. DISEO HIDRULICO DE ALIVIADEROS LATERALES
III.2.1. GENERALIDADES
III.2.2. CRITERIOS DE DISEO
III.2.3. EJEMPLO DE APLICACION
 INTRODUCCION

En un proyecto de riego, la parte correspondiente a su concepcin, definido por su

planteamiento hidrulico, tiene principal importancia debido a que es all donde se
determinan las estrategias de funcionamiento del sistema de riego (captacin,
conduccin canal abierto o a presin, regulacin), por lo tanto, para desarrollar el
planteamiento hidrulico del proyecto se tiene que implementar los diseos de la
infraestructura identificada en la etapa de campo; canales, obras de arte
(acueductos, canoas, alcantarillas, tomas laterales etc.), obras especiales
(bocatomas, desarenadores, tneles, sifones, etc) etc.

Para el desarrollo de los diseos de las obras proyectadas, el caudal es un

parmetro clave en el dimensionamiento de las mismas y que est asociado a la
disponibilidad del recurso hdrico (hidrologa), tipo de suelo, tipo de cultivo,
condiciones climticas, mtodos de riego, etc., es decir mediante la conjuncin de
la relacin agua-suelo-planta. De manera que cuando se trata de la planificacin
de un proyecto de riego, la formacin y experiencia del diseador tiene mucha
importancia.
II. OBJETIVOS

II.1. OBJETIVO GENERAL

Adquirir conocimientos bsicos para el diseo de obras de arte en un sistema

de riego

II.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar el diseo hidrulico de una transicin

Disear hidrulicamente un aliviadero lateral

III. DESARROLLO TEORICO

III.1. DISEO HIDRULICO DE TRANSICIONES

III.1.1. GENERALIDADES

Estas estructuras se construyen muy frecuentemente al comienzo y al final

de ciertas obras, tales como alcantarillas, cadas, sifones, tomas, etc. Las
transiciones, deben ser diseadas para disminuir prdidas de energa,
debidas al cambio de la seccin del canal (convergente o divergente) o de la
pendiente del mismo, eliminar las ondulaciones que puedan generarse,
eliminar zonas muertas para evitar la sedimentacin y mantener las
condiciones de flujo.

Las prdidas de carga en las transiciones, dependen del ngulo que forman
los aleros de la transicin con el eje del canal. Recomendndose un ngulo
de 12 30' en aquellas estructuras donde las prdidas deben reducirse al
mnimo y 25 cuando se pierde carga, tales como cadas, rpidas, sifones,
etc.

Cuando se toma el ngulo 12 30, a veces resultan transiciones muy largas

con el consecuente desmedro econmico, por lo tanto se debe saber
solucionar estas dificultades. El coeficiente de prdidas se puede calcular
analticamente, ya que para cada ngulo corresponde un coeficiente de
prdida, distinto, para clculos rpidos se puede utilizar las tablas y grficos.
III.1.2. CRITERIOS DE DISEO

a) Ancho inicial (B) y final (b) de las transiciones

El ancho inicial, est determinado por la longitud que se alcanza en la
seccin vertedora, es por eso que su valor siempre se hace coincidir con la
longitud total de vertimiento (B = Ltotal).

El ancho final deber conjugar la optimizacin de la rpida, con la

recomendaciones de SEVCHENKO dadas al respecto para garantizar el
buen funcionamiento de las transiciones.

b). Longitud de la transicin ( Lt)

La longitud deber conjugar la disponibilidad del espacio topogrfico con las

recomendaciones de Sevchenko, en ocasiones resulta necesario para
lograr un buen diseo de la transicin realizar cambios tanto en la posicin
de la seccin de control como en la cota de aqulla, para de esta forma
lograr un adecuado funcionamiento del conjunto : cimacio transicin.

c) Pendiente de fondo de la transicin

La pendiente de fondo est bastante ligada a la topografa aunque debe
tenerse en cuenta que:
Si el rgimen es subcrtico deber incrementarse la pendiente (sin
llegar a cambiar el rgimen) para lograr una mayor evacuacin y disminuir
las posibilidades de ahogo del vertedor.
 Si el rgimen es supercrtico, la pendiente de fondo no es
determinante, aunque se debe tener en cuenta que para pendiente nula
existen mtodos de diseo que permiten predecir un adecuado
funcionamiento de la transicin, mientras que para valores de pendiente
diferentes de cero, la no existencia de mtodos de clculos, obligan a que
en estos casos se tenga que acudir a la modelacin fsica como va de
solucin.

d) Cota de fondo de la transicin

La cota de fondo de la transicin est estrechamente vinculada a las
condiciones topogrficas de la zona donde ser ubicada, no obstante a ello,
muchas veces resulta determinante en el valor final de dicha cota, la
necesidad de evitar el ahogo del cimacio.

e) Altura de los muros laterales.

La altura de los muros laterales depende del tirante de que se disponga en
la transicin, que a su vez est estrechamente vinculado con el rgimen de
circulacin del flujo.

Recomedaciones de Sevchenko para el predimensionamiento de la

transicin:
0.39 b/ B 0.87
17 /2 46
Donde:
Bb
=arctan
2 2 Lr

Las prdidas locales de energa producidas en una expansin debern

calcularse con la siguiente expresin:

[( ) ]
2 2
A2 v2
hl=C 1 ; C=0.30 a 0.35
A1 2g

las perdidas locales en una contraccin estarn dadas por:

 [ ( )]
2 2
A v2
hl=C 1 2 ; C=0.20 a 0.25
A1 2g

Donde:
hl : Prdida local debida a la transicin
A1 : rea de la seccin aguas arriba
A2 : rea de la seccin aguas abajo
V2 : Velocidad en la seccin aguas abajo
C : Coeficiente de geometra

III.1.2.1. TIPOS DE TRANSICIN

Las estructuras de transicin de un canal trapezoidal a uno rectangular
pueden agruparse en tres tipos:
a. Transicin con curvatura simple

Br Transicion
r con curvatura
simple

L
a) zo
Br

b. Transicin de forma cnica

Br
c. Transicione
Transicion de s con doble
forma conica
curvatura.
L

b) zo Br
 TRAMO PARA
CONSTRUCCION DE

ENCOFRADO PARA
VACEO DE
CONCRETO EN
TRANSICION
LLEGADA DE CANAL A ACUEDUCTO POR LO QUE SE NECESITA UNA TRANSICION
DISPOSICION DE ENCOFRADO Y ACERO DE REFUERZO EN TRANSICION
VACEO DE CONCRETO EN ALERO VERTICAL DE TRANSICIN

REVESTIMIENTO DE UNA TRANSICION TIPO CONICA

TRANSICIN ALABEADA

TRANSICIN TIPO CUA

 TRANSICIN CON CURVATURA SIMPLE

TRANSICIN ALABEADA O DE DOBLE CURVATURA

 TRANSICION DE SALIDA

III.1.3. EJEMPLO DE APLICACION

III.2. DISEO HIDRULICO DE ALIVIADEROS LATERALES

III.2.1. GENERALIDADES
 Los aliviaderos o tambin llamados vertederos hidrulicos son estructuras
destinadas 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.

En canales 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 caudales 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.)

III.2.2. FUNCIONES DE UN ALIVIADERO

La funcin que cumple un aliviadero es la de mantener el nivel mximo del

agua en un canal de conduccin, desarenador o en la cmara de carga,
evacuando adecuadamente el excedente de agua.

III.2.3. FINALIDADES DE UN ALIVIADERO

Las finalidades por las que se construye un aliviadero son:

Garantizar la seguridad de la estructura hidrulica, al no permitir la

elevacin del nivel, aguas arriba, por encima del nivel mximo (NAME
por su siglas Nivel de Aguas Mximas Extraordinarias)

Garantizar un nivel con poca variacin en un canal de riego, aguas

arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma.

Constituirse en una parte de una seccin de aforo del ro o arroyo.

 Disipar la energa para que la devolucin al cauce natural no produzca
daos. Esto se hace mediante saltos, trampolines o cuencos.

Los vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para

mantener un ro navegable o para proveer del nivel necesario a la
navegacin.

III.2.4. Tipos de aliviaderos

No existe una clasificacin estricta para determinar el tipo de aliviadero

sino que depende del criterio que se escoja. La clasificacin ms
utilizada es segn el tipo de estructura de control, obteniendo ocho tipos
de aliviadero:

Tipo lamina vertiente:

La cresta es recta o con una curva muy pequea, es el tipo ms
utilizado por lo que existe un alto grado de seguridad en el diseo,
por su acumulada experiencia; se ajusta muy bien sin depender del
tipo de conduccin bien sea abierta o cerrada.
 Tipo cada libre:
El agua luego de pasar por la cresta cae hacia el rio, sin pasar
previamente por una estructura de conduccin. Este tipo de
aliviadero se emplea para pocas alturas de aguay en los casos
donde el rio receptor este constituido por roca sana.

Tipo abanico:
Es una modificacin del tipo lmina vertiente; muy ventajoso cuando
no hay disponible mucho espacio ya que este tipo de aliviadero tiene
mayor longitud de cresta.
 Tipo canal lateral:
Est provisto de un canal paralelo a la cresta del aliviadero, teniendo
que garantizar el rgimen suscritico en el canal. Se coloca
generalmente cuando no existe suficiente espacio para un aliviadero
frontal.

Tipo
embudo o vertical:
En estos aliviaderos el agua se aproxima de forma radial y
aproximadamente horizontal, se utiliza cuando por problemas de
espacio no se puede colocar otro aliviadero ya que hidrulicamente
no es eficiente.

Tipo

alcantarilla:
Consiste en un conducto cerrado que cruza el cuerpo o un estribo de
la presa. Se utiliza en presas pequeas o en aquellas cuya finalidad
de control de crecidas
 Tipo sifn
Necesita una carga suficiente para que el agua supere el punto ms
alto del conducto. Tiene problemas con el almacenamiento de basura
y la acumulacin de aire en el conducto, necesitando una ventilacin
apropiada.

Tipo rpido
disipador
Esta es otra modificacin del tipo lmina vertiente, consistiendo en
tener el rpido y el disipador juntos, esto se logra colocando unos
tacos de impacto en el rpido. Se usa generalmente en presas bajas.

III.2.5. Partes que constituyen un aliviadero lateral

Partes de un aliviadero son:
1. Canal de aproximacin o acceso
 2. Seccin de control o vertedora (con revestimiento por un lado o con
revestimiento por ambos lados)
3. cubeta o canal lateral
4. Rpida o conducto de descarga.
5. Estructuras terminales o disipadoras de energa.
6. Canal de salida.
Los aliviaderos de acuerdo a su disposicin en planta se clasifican en:
1. Aliviaderos frontales.

2. Aliviaderos laterales.

3. Aliviaderos curvos en planta.

III.2.6. Problemas que afectan su funcionamiento

Sedimentos
Se da cuando los sedimentos no necesariamente se depositan en el
fondo del embalse, sino que se distribuye a todos los niveles
comprendidos dentro del vaso de almacenamiento, de acuerdo al
proceso de sedimentacin. Al penetra al embalse, las partculas
 acarreadas por las corrientes fluviales estn sometidas a la accin de
una componente horizontal de la fuerza que ejerce el agua sobre la
partcula en la direccin del escurrimiento y una fuerza vertical debido
a la aceleracin de gravedad.

Abrasin
El riesgo de abrasin debido al rozamiento de los sedimentos
suspendidos en el agua, es inevitable e implica un mantenimiento en
cuanto a la reparacin peridica de la superficie del aliviadero. La
turbulencia del flujo tiende a agravar la abrasin.

Aliviadero lateral
diseado con el
mtodo usando la
ecuacin de
Weisbach.

III.2.7. CRITERIOS DE DISEO

III.2.7.1. METODO USANDO LA FORMULA DE FORCHHEINER

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.

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.
 La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de ste y el fondo del

Yn
canal, corresponde al valor .

Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de frmulas, a

continuacin se describe la frmula de Forchheiner:
3
2
Q=V 2 g L h 2
3

Dnde: V: 0.95
: Coeficiente de contraccin.

L: longitud del vertedero

H: Carga promedio encima de la cresta

El flujo del canal, deber ser siempre subcritico, entonces:

h2 >h1

h 1+ h2
h=
2

h1=0.8 h2 h=0.9 h2
Y ademas:

La frmula da buena aproximacin cuando se cumple:

 V1
0.75
g Y 1

h2h1 y 2 y n

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 o 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).

III.2.7.2. METODO USANDO LA FORMULA DE WEISBACH

Para el clculo de la longitud del aliviadero se usa la formula de Weisbach:

2
Q= L 2 g h2 /3
3
 3Q
L= 3 2
2 2 g h
Despejando se tiene:

Con esta frmula calculamos la longitud, considerando h como el 60% del borde
libre de la seccin del canal y el coeficiente de contraccin u=0.50

H1
H2'
5%
1
2

Calculamos H2 y H1, y tambin la pendiente de la rampa

Luego se calcula el canal de evacuacin del aliviadero. Hay que mencionar que
el diseo por Weisbach genera una longitud menor, por lo tanto la estructura
resulta ms econmica.
ALIVIADERO LATERAL CALCULADO CON EL MTODO DE WEISBACH

ALIVIADERO LATERAL
ALIVIADERO LATERAL CON MALEZA QUE REPRESENTA UN PROBLEMA

ENCOFRADO DE ALIVIADERO PARA VACEO DE CONCRETO

VACEO DE LADO INTERIOR DEL ALIVIADERO Y REVESTIMIENTO DE SECCION
DE CANAL

ALIVIADERO LATERAL
ALIVIADERO LATERAL DE SECCION RECTANGULAR

ALIVIADERO LATERAL
 III.2.8. EJEMPLO DE APLICACIN

Se tiene un canal de seccin trapezoidal de rugosidad 0.016, con talud Z=1 y

pendiente 0.5 /oo que recibe en pocas de lluvias un caudal adicional de 0.38
m3/s , si el canal ha sido construido para admitir un caudal de 0.65 m 3/s . Calcular
la longitud del aliviadero para eliminar el exceso de agua. Si se cuenta con la
siguiente informacin adicional:
b=0.60 m y=0.7081 m

H=1.00 m f =0.2919 m

T =2.02 m V =0.702 m/s

H1
H2'
5%
1
2

Caudal excedente : Qv =0.38m/s

1).- Longitud del Aliviadero

3Q
L= 3 2
2 2 g h
 h = 0.60
(f) h =0.175 m

=0.50 (Coef. de Contraccin)

L =3.52 m. L =4.00 m.

2).- Clculo de H2' (H'2 1.5 Yc)

Asumiendo que la Plantilla en 2 es : b = 0.90 m.

Q
q =
b q =0.42m/s x m.

q2
yc =3
g Yc =0.263 m. H' = 0.59 m. H' = 0.70 m. La Cota en 2 sera : 237.96

3).- Clculo de H1

Yc
+ +H 1 =
237.96 238.66 H1 = 0.57 m. H1 = 0.45 m. La Cota en 1 sera : 238.21
2
El ancho en 1 es b = 0.5 b b = 0.45 m.

4).- Pendiente de la Rampa

Cota1 Cota2
S=
L S 5% S =6.25 % 5% --------- Ok

5).- Diseo del Canal de evacuacin

Qv =0.38m/s
n = 0.014 H

S =1.0 y
b =0.90 m
y =0.55 m
H =0.80 m b
IV. CONCLUSIONES
El diseo de transiciones, a pesar de su simplicidad involucra una
finalidad muy importante en la continuidad del tipo de flujo con la
finalidad de evitar la prdida de energa del agua.

El tipo de transicin elegida debe ser la que origine la menor

prdida de energa y el ngulo que forman los aleros con el eje
del canal, ya que este tambin determina el comportamiento del
fluido en la transicin.

Para efectos de aumentar la eficiencia de la transicin se puede

generar una aproximacin del nmero de Froude a un flujo crtico
sin llegar a ste para asegurar que la seccin no llegue al ahogo
y por consiguiente a remansos inaceptables.

El diseo de aliviaderos cobra importancia relevante e

imprescindeble cuando de excesos de caudal se trata, ya que
stos pueden ser peligrosos en el correcto funcionamiento del
canal de riego.

Los aliviaderos aseguran la eliminacin del caudal exedente para

mantener las caractersticas hidrulicas consideradas en el
diseo.
 El diseo de los aliviaderos se puede hacer por los mtodos de
FORCHHEINER o WEISBACH, que son los mtodos ms usados en el
clculo de la geometra del aliviadero.

V. RECOMENDACIONES
Para evitar cualquier problema estructural en la transicin se
deber colocar acero de 3/8 de preferencia cada 20 cm para
canales con caudales de hasta 2 m3/s como una malla armada.

Elegir un tipo de transicin que se adecue a la topografa, que

sea fcil de construir segn sta y que asegure el flujo normal del
agua y cumpla con la entrega del caudal sin provocar algn
peralte inadecuado.

Disear los aliviadero por el mtodo de Weisbach, ya que stos

generan una longitud de aliviadero ms pequea y por
consiguiente un menor costo de construccin de la estructura.

Se debe tener especial cuidado en la construccin de obras de

arte ya que stas complementan de manera imprescindible el
fucnionamiento adecuado, puntal y eficiente del canal de riego.

VI. BIBLIOGRAFIA

Mximo Villon Bjar. DISEO HIDRULICO DE CANALES.

Tercera edicin. Ed. Villon. Lima Per.

Ranald V. Giles. MECANICA DE LOS FUIDOS E

HIDRULICA. Ed Schaum. Segunda Edicin. Editorial.
Espaa

Hidrulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial

Diana, Mxico, 1983. ISBN 968-13-1327-5