APÉNDICE 6.A ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS PARA DE CONTROL DE SALIDA

a. En este Apéndice se incluye un resumen de las estructuras de control hidráulico más comunes. 6.26.1 Vertedores a. Los vertedores pueden ser de cresta delgada (o cresta aguda) 0 de cresta ancha. Los de cresta delgada son los más comunes en aplicaciones en charcas ya que son fáciles de fabricar y de instalar. Estos vertedores consisten en un corte en la pared que forma un agujero por el cual pasa el agua. Para el buen funcionamiento, estas estructuras deben descargar a presión atmosférica y nunca deben operar con el nivel del agua, o nivel de carga hidráulica, por encima de la pared del agujero donde se instalen. En otras palabras, no se permite el uso de vertedores sumergidos. El agujero del vertedor es usualmente en forma triangular o rectangular, aunque los hay de muchas geometrías. La Figura 6.7 muestra un vertedor rectangular descargando libre a la atmósfera. En este caso el vertedor tiene el mismo ancho que el canal, o sea que es un vertedor sin contracciones. b. El flujo pasando por un vertedor se mide conociendo la altura del nivel del agua sobre la cresta del vertedor. La ecuación para calcular el caudal en un vertedor rectangular sin contracciones es la siguiente. Q = C LH¹.⁵ (6.1) donde Q es el caudal, L es el ancho de la cresta del vertedor, H es la carga hidráulica sobre la cresta del vertedor, excluyendo la carga cinética, Cₐ es el coeficiente del vertedor que depende de la razón H/y. Para valores de H/y > 0.3 la ecuación se reduce a Q 1.84LH¹.⁵ para SI (6.2) Q 3.33LH1.5 para USC (6.3) c. Si el vertedor tiene contracciones, el largo del vertedor, L, se reduce por la curvatura de las líneas de flujo en las paredes. En este caso el ancho efectivo del vertedor, Leff, se calcula reduciendo el ancho real del vertedor, Lᵣₑₐₜ, con la siguiente relación. Leff 0.1NH (6.4) donde N es el número de contracciones y es igual a 1 para un solo lado o 2 para ambos lados. La Figura 6.7 muestra un vertedor rectangular con contracciones. d. Los vertedores triangulares, como el mostrado en la Figura 6.9, también se utilizan frecuentemente. La ecuación para calcular el caudal en estos vertedores depende del ángulo α. Para a = 45 grados, la ecuación es como sigue. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE 6-14 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 Q 1.38H².⁵ para SI (6.5) Q 2.50H².⁵ para USC (6.6) e. Para otras geometrías se usarán referencias técnicas disponibles tales como United States Bureau of Reclamation [5] y Houghtalen, et al. [6]. 6.26.2 Orificios a. Los orificios son apertura en las paredes a través de la cual pasa el agua estando en contacto con todo el perímetro de la apertura. Para esto el nivel del agua antes del orificio debe estar sobre el nivel superior de la apertura, tal como se muestra en la Figura 6.9. La ecuación general de un orificio es Q = CₐA₀(2gH₀)¹² (6.7) donde Q es el caudal a través del orificio, A₀ es el área del orificio, g es la constante de la aceleración de la gravedad, Cₐ es el coeficiente del orificio el cual depende de la geometría y del acabado del borde del orificio y H₀ es la carga hidráulica según se define a continuación. b. Si el orificio descarga libremente a la atmósfera, H₀ se mide a partir del centro del orificio hasta el nivel del agua antes del orificio. c. Si el orificio está sumergido, entonces H₀ es la diferencia en la elevación entre los niveles de agua a ambos lados del orificio. d. Las Figura 6.9 y Figura 6.10 muestran ambas condiciones. Para orificios rectangulares, con los bordes bien acabados, se usa un valor de Cₐ = 0.6. Si los bordes del orificio están sin acabar, se usará Cₐ = = 0.4. El valor de 0.6 se aplica también a orificios circulares. e. Se pueden usar tuberías cortas como si fueran orificios, bajo la condición de que sean menores de 0.30 m (1 pie) de diámetro y que la razón H₀/D > 1.5. Tuberías de mayor diámetro se analizan como si fueran alcantarillas considerando los niveles de agua a la entrada y la salida del tubo. f. El caudal a través de múltiples orificios, como se muestra en la Figura 6.11, se calcula como la suma del flujo a través de cada orificio individual. Para el caso mostrado se usan las alturas H₁, H₂ y H₃ repetidamente en la Ecuación 6.7 [6]. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE 6-15 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 L h Figura 6.6 Vertedor rectangular sin contracciones. d≥4h L h Figura 6.7 Vertedor rectangular con contracciones. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE - 6-16 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 h α α Figura 6.8 Vertedor triangular. Figura 6.9 Orificio con descarga libre. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE |6-17 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 h A V Figura 6.10 Orificio con descarga sumergida. H1 H2 D H₃ Figura 6.11 Placa con múltiples orificios REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE - 6-18 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 CAPÍTULO 7 MANEJO DE ESCORRENTÍAS PLUVIALES EN LA ZONA CÁRSTICA