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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULATAD DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE CURSO
Diseo hidrulico de Rpidas
INTEGRANTES
Aivar Cuadros Luis Angel
Ochochoque Arcos Luis Angel
Cusco - Per
2013
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DISEO HIDRAULICO DE RPIDAS OBRAS HIDRAULICAS
Luis Angel Aivar Cuadros Ochochoque Arcos Luis Angel Pgina 2
INDICE
I. INTRODUCCION...................................................................................................................... 4
II. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 4
III. FINALIDAD ............................................................................................................................ 5
IV. DATOS DE CAMPO NECESARIO PARA EL DISEO HIDRAULICO ........................ 5
V. FUNDAMENTO TEORICO ..................................................................................................... 5
5.1. DESCRIPCION ....................................................................................................................... 5
5.2. ELEMENTOS DE UNA RAPIDA .............................................................................................. 6
5.2.1. LA TRANSICIN DE ENTRADA ...................................................................................... 6
5.2.2. SECCION DE CONTROL ................................................................................................. 6
5.2.3. CANAL DE LA RAPIDA .................................................................................................. 6
5.2.4. TRAYECTORIA .............................................................................................................. 6
5.2.5. DISIPADOR DE ENERGIA .............................................................................................. 7
5.2.6. TRANSICION DE SALIDA ............................................................................................... 7
5.2.7. ZONA DE PROTECCION ................................................................................................ 7
5.3. CONSIDERACIONES DE DISEO ........................................................................................... 7
5.3.1. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING .............................................................. 7
5.3.2. TRANSICIONES ............................................................................................................. 7
5.3.3. TRAMO INCLINADO ..................................................................................................... 9
5.3.4. TRAYECTORIA ............................................................................................................ 11
5.3.5. POZA DISIPADORA ..................................................................................................... 11
5.3.6. FORMACIN DE ONDAS ............................................................................................ 11
VI. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO HIDRAULICO DE UNA RPIDA ....................................... 19
6.1. DISEO DEL CANAL AGUAS ARRIBA Y AGUAS DEBAJO DE LA RAPIDA .............................. 19
6.2. CALCULO DEL ANCHO DE LA SOLERA EN LA RAPIDA Y EL TIRANTE EN LA SECCIN DE
CONTROL ....................................................................................................................................... 19
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6.3. DISEO DE LA TRANSICIN DE ENTRADA ......................................................................... 19
6.4. CALCULO HIDRAULICO EN EL CANAL DE LA RAPIDA ......................................................... 19
6.4.1. CALCULO DE TIRANTES Y DISTANCIAS ....................................................................... 19
6.4.2. BORDO LIBRE ............................................................................................................. 20
6.5. CALCULO DE LA PROFUNDIDAD (ELEVACIN) DEL TANQUE AMORTIGUADOR ............... 20
6.5.1. CALCULO DE LA CURVA ELEVACIN (TRAYECTORIA DE LA RAPIDA)-TIRANTE.......... 20
6.5.2. CLCULO DE LA CURVA: ELEVACINTIRNATE CONJUGADO MENOR .................... 21
6.5.3. GRAFICAR LAS CURVAS I Y II E INTERCEPTARLAS ...................................................... 22
6.6. CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL COLCHON AMORTIGUADOR ................................... 22
6.7. CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHON ....................................................................... 22
6.8. CALCULO DE LAS COORDENADAS Y ELEVACIONES DE LA TRAYECTORIA PARBOLICA .... 22
6.9. CALCULO DE LA TRANSICION DE SALIDA ........................................................................... 23
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I. INTRODUCCION
El presente trabajo ilustra la aplicacin de estructuras de rpidas en canales, en el
cual se podr apreciar las diferentes aplicaciones y ventajas de las rpidas.
El desarrollo del trabajo supone la solucin al problema de cadas abruptas
mediante rpidas como elementos de enlace entre dos tramos de canal condiferencia de cotas apreciables en longitudes cortas, en donde no es aplicable la
ecuacin de Manning. En tal sentido, este trabajo desarrolla slo uno de los
mtodos existentes en el diseo hidrulico de rpidas, al que se le ha reforzado
mediante el empleo de la hoja de clculo para el procesamiento de datos y la
obtencin de los grficos requeridos.
Una rpida por lo general consta de las siguientes partes: Transicin de entrada,
canal de la rpida, seccin de control, trayectoria, tanque amortiguador, transicin
de salida y zona de proteccin. Cada una de estas partes tiene sus criteriosespeciales de diseo, que escapa del alcance de este trabajo no obstante se
mencionara ya que son tiles para el diseo de la cada Las cadas son utilizadas
ampliamente como estructuras de disipacin en irrigacin, abastecimiento de agua
y alcantarillado y son tambin es necesario en presas, barrajes y vertederos.
Aparte de costo, que, evidentemente, ser un factor importante a la hora de
disear, es necesario considerar los factores tales como:
Facilidad de construccin y la disponibilidad de materiales Rendimiento en sistemas llevando sedimento, los desechos y malas hierbas
Capacidad de realizar otras funciones tales como puente
II. OBJETIVOS
Realizar el diseo hidrulico de una rpida.
Optimizar el diseo hidrulico para obtener una estructura econmica y
funcional.
Mantener el trazo y excavacin de una canal, permitiendo la conexin de los
tramos en toda su longitud mediante la construccin de rpidas.
Proporcionar al Proyectista una fuente de informacin que le sirva de gua para
disear eficientemente dicha estructura.
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III. FINALIDAD
Se disean para generar prdidas hidrulicas importantes en los flujos de alta
velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de rgimen
supercritico a subcritico.
IV. DATOS DE CAMPO NECESARIO PARA EL DISEO HIDRAULICO
Se requiere conocer las propiedades hidrulicas y elevaciones de la rasante y de
las secciones del canal aguas arriba y aguas debajo de la rpida, as como un
perfil del tramo donde se localizara la estructura.
V. FUNDAMENTO TEORICO
5.1. DESCRIPCIONLas rpidasson estructuras que sirven para enlazar dos tramos de un canal donde
existe un desnivel considerable en una longitud relativamente corta. La decisin
entre la utilizacin de una rpida y una serie de cadas escalonadas est
supeditada a un estudio econmico comparativo.
La estructura puede consistir de:
- Una transicin de entrada.
- Seccin de control
- Canal de rpida (Un tramo inclinado)
- Trayectoria
- Un disipador de energa
- Una transicin de salida.
- Zona de proteccin
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La Figura N 1 muestra la relacin de las diferentes partes de la estructura.
5.2. ELEMENTOS DE UNA RAPIDA
5.2.1. LA TRANSICIN DE ENTRADAUne por un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la
seccin de control.
5.2.2. SECCION DE CONTROLLa seccin de control es el punto donde comienza la pendiente fuerte de la
rpida, mantenindose en este punto las condiciones crticas. En la rpida
generalmente se mantiene una pendiente mayor que la necesaria para
mantener el rgimen crtico, por lo que el tipo de flujo que se establece es el
supercrtico.
5.2.3. CANAL DE LA RAPIDAEs la seccin comprendida entre la seccin de control y el principio de la
trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuracin del terreno una o varias
pendientes. Son generalmente de seccin rectangular o trapezoidal.
5.2.4. TRAYECTORIAEs la curva vertical parablica que une la pendiente ltima de la rpida con el
plano inclinado del principio del colchn amortiguador.
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Debe disearse de modo que la corriente de agua permanezca en contacto
con el fondo del canal y no se produzcan vacos. Si la trayectoria se calcula
con el valor de la aceleracin de la gravedad como componente vertical, no
habr presin del agua sobre el fondo y el espacio ocupado por el aire
aumentara, limitndose as la capacidad de conduccin del canal, por lo quese acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la
aceleracin de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad para que la
lmina de agua se adhiera al fondo del canal.
5.2.5. DISIPADOR DE ENERGIAEs la depresin de profundidad y longitud suficiente diseada con el objetivo
de absorber parte de la energa cintica generada en la rpida, mediante la
produccin del resalto hidrulico, y contener este resalto hidrulico dentro dela poza. Se ubica en el extremo inferior de la trayectoria.
5.2.6. TRANSICION DE SALIDATiene el objetivo de unir la poza de disipacin con el canal aguas abajo.
5.2.7. ZONA DE PROTECCIONCon el fin de proteger el canal sobre todo si es en tierra, se puede revestir con
mampostera.
5.3. CONSIDERACIONES DE DISEO
5.3.1. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNINGEn el clculo de las caractersticas de flujo en una estructura de este tipo son
usados valores conservadores del coeficiente de rugosidad de Manning n.
Cuando se calcula la altura de muros en una rpida de concreto, se asume
valores de n = 0.014 y en el clculo de niveles de energa valores de n =
0.010.
5.3.2. TRANSICIONESLas transiciones en una rpida abierta, deben ser diseadas para prevenir la
formacin de ondas. Un cambio brusco de seccin, sea convergente o
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divergente, puede producir ondas que podran causar perturbaciones, puesto
que ellas viajan a travs del trazo inclinado y el disipador de energa. Para
evitar la formacin de ondas, la cotangente del ngulo de deflexin de la
superficie de agua en el plano de planta desarrollado de cada lado de una
transicin no debera ser menor que 3.3775 veces el nmero de Froude (F).Esta restriccin sobre ngulos de deflexin se aplicara para cada cambio de
seccin hecha en la entrada, en el tramo inclinado o en la poza disipadora. Si
esta restriccin no controla el ngulo de deflexin, el mximo ngulo de
deflexin de la superficie de agua en la transicin de entrada puede ser
aproximadamente 30. El ngulo de la superficie de agua con el eje en la
transicin de salida puede ser aproximadamente 25 como mximo. El
mximo ngulo de deflexin es calculado como sigue:
Dnde:
d = Tirante de agua normal al piso de la rpida; usando d = (rea de la
seccin/ancho superior de la seccin)
g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/seg2)
K = Un factor de aceleracin, determinado:
- Con el piso de la transicin en un plano K = 0
- Con el piso de la transicin en una curva circular:
- Con el piso de la transicin en una curva parablica
:
El Bereau of Reclamatin limita el valor de K hasta un mximo de 0.5, para
asegurar una presin positiva sobre el piso.
Puede ser usado el promedio de los valores de F en el inicio y final de la
transicin.
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Dnde:
hv = carga de velocidad en el origen de la trayectoria (a)
LT = Longitud de la trayectoria (m)
R = radio de curvatura del piso (m)
V = velocidad en el punto que est siendo considerado (m/seg)
= ngulo de la gradiente del piso en el punto que est siendo L = ngulo de
la gradiente del piso en el final de la trayectoria L
o = considerado ngulo de la gradiente del piso en el final de la trayectoria L
El ngulo acampanado y los anchos para varios puntos a lo largo de la transicin
pueden ser calculados y trazados. Una cuerda que se aproxime a la curva terica
puede ser dibujada para determinar el acampamiento a ser usado. Limitando el
ngulo de acampamiento en una transicin de entrada, se minimiza la posibilidad
de separacin y el inicio de flujo pulsante en aquella parte de la estructura.
Las transiciones de entrada asimtricas y cambios de alineamientos
inmediatamente aguas arriba de la estructura, deben evitarse porque pueden
producir ondas cruzadas o flujo transversal que continuara en el tramo inclinado.
5.3.3. TRAMO INCLINADOLa seccin usual para una rpida abierta es rectangular, pero las caractersticas
de flujo da otras formas de seccin, pero las caractersticas de flujo de otrasformas de seccin, deben ser consideradas donde la supresin de ondas es una
importante parte del diseo. La economa y facilidad de construccin son siempre
consideradas en la eleccin de una seccin. Cuando es necesario incrementar la
resistencia del tramo inclinado al deslizamiento, se usan uas para mantener la
estructura dentro de la cimentacin.
Para rpidas menores de 9 m de longitud, la friccin en la rpida puede ser
despreciable. La ecuacin de Bernoulli es usada par a calcular las variables de
flujo al final del tramo inclinado.
La ecuacin:
d1 + hv + z = d2 +hv2 +hf
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Es resuelta por tanteo. La distancia z es el cambio en la elevacin del piso. Para
tramos inclinados de longitud mayor de 9m, se incluyen las prdidas por friccin
ser:
d1 + hv1 + z = d2 +hv2 +hf
Dnde:
d1 = Tirante en el extremo aguas arriba del tramo (m)
hv1= Carga de velocidad en el extremo aguas arriba del tramo (m)
d2 = Tirante en el extremo aguas abajo del tramo (m)
hv2= Carga de velocidad en el extremo aguas abajo del tramo (m)
L = Cantidad hv es la perdida por friccin en el tramo y es igual a la pendiente de
friccin promedio S0 en el tramo, multiplicado por la longitud del tramo L. El
coeficiente n de Manning es asumido en 0.010. La pendiente de friccin SF en
un punto del tramo inclinado es calculado como:
Dnde:
R = Radio hidrulico del tramo inclinado (m).
Otra forma de la ecuacin en que la friccin es considerada es:
Dnde:
Sa = Pendiente de friccin promedio
Sf = Pendiente de fondo del tramo inclinado
El borde libre mnimo recomendado para tramos inclinados de rpidas en canales
abiertos (con una capacidad < 2.8 m3/seg.) es 0.30m (12 pulg.). El tirante y el
borde libre son medidos perpendicularmente al borde del tramo inclinado.
En velocidades mayores que 9 m/seg., el agua puede incrementar su volumen,
debido al aire incorporado que est siendo conducido. El borde libre recomendado
para los muros resultara de suficiente altura para contener este volumen adicional.
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5.3.4. TRAYECTORIACuando el disipador de energa es una poza, un corto tramo pronunciado debe
conectar la trayectoria con la poza disipadora. La pendiente de este tramo seria
entre 1.5:1 y 3:1, con una pendiente de 2:1 preferentemente. Pendientes ms
suaves pueden ser usadas en casos especiales, pero no deben usar pendientesms suaves que 6:1. Se requiere de una curva vertical entre el tramo inclinado y el
tramo con pendiente pronunciada.
5.3.5. POZA DISIPADORAEn una poza disipadora el agua fluye desde el tramo corto de creciente
pronunciada a una velocidad mayor que la velocidad critica. El cambio abrupto en
la pendiente, donde la pendiente suave del piso de la poza disipadora se une con
el tramo corto de pendiente pronunciada, fuerza al agua hacia un salto hidrulico y
la energa es disipada en la turbulencia resultante. La poza disipadora es
dimensionada para contener el salto. Para que una poza disipadora opere
adecuadamente, el nmero de Froude debera estar entre 4.5 < F < 15, donde el
agua ingresa a la poza disipadora. Estudios especiales o pruebas de modelos se
requieren para estructuras con nmero de Froude fuera de este rango. Si el
nmero de Froude es menor que aproximadamente 4.5 no ocurrira un salto
hidrulico estable. Si el nmero de Froude es mayor que 10, una poza disipadora
no sera la mejor alternativa para disipar energa. Las pozas disipadoras requieren
de un tirante de aguas abajo para asegurar que el salto ocurra donde la
turbulencia pueda ser contenida.
Las pozas disipadoras usualmente tienen una seccin transversal rectangular,
muros paralelos y un piso a nivel.
Una poza disipadora y una transicin de salida construidas para las dimensiones
recomendadas tal vez no contengan completamente la salpicadura causada por la
turbulencia pero la estructura debe contener suficiente la turbulencia para prevenir
daos por erosin despus de la estructura.
5.3.6. FORMACIN DE ONDASLas ondas en una rpida son objetables, porque ellas pueden sobrepasar los
muros de la rpida y causar ondas en el disipador de energa. Una poza disipadora
no sera un disipador de energa efectivo con este tipo de flujo porque no puede
formarse un salto hidrulico estable.
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Un flujo no estable y pulstil puede producirse en rpidas largas con una fuerte
pendiente.
Estas ondas generalmente se forman en rpidas, que son ms largas que
aproximadamente 60 m y tienen una pendiente de fondo ms suave que 20. La
mxima altura de onda que puede esperarse es dos veces el tirante normal para lapendiente, y la capacidad mxima del flujo momentneo inestable y pulstil es dos
veces la capacidad normal. Flujo transversal u ondas cruzadas pueden tambin
desarrollarse en una rpida. Estas ondas son causadas por:
Transiciones abruptas de una seccin del canal a otra.
Estructuras asimtricas.
Curvas o ngulos en el alineamiento de la rpida.
La probabilidad de que estas ondas sean generadas en la estructura puede ser
reducida, siguiendo las recomendaciones concernientes a ngulos de deflexin y
simetra hechas en las secciones pertenecientes a las transiciones, y evitando los
cambios en direccin en la estructura.
Algunas secciones de la rpida son ms probables a sufrir ondas que otras
secciones. Secciones poco profundas y anchas particularmente susceptibles a
flujo transversal, mientras que secciones profundas y angostas resisten tanto el
flujo transversal como el flujo inestable y pulstil. Las secciones de rpida quetericamente pueden prevenir la formacin de ondas han sido desarrolladas de
forma triangular que previene tanto las ondas cruzadas como el flujo inestable.
5.4. LA HIDRAULICA DE LA ENERGIA DE DISIPACIONLos conceptos de energa y momentos derivados de las leyes de newton son
bsicos en la mecnica de fluidos.
5.5. ENERGIA ESPECFICAPara cualquier seccin de un canal, se llama energa especfica a la energa por
unidad de peso del lquido en movimiento con relacin a la solera, como se
observa en Figura VIII.1.
No es posible predecir el carcter del cambio de la energa especfica entre las
secciones 1 y 2. Es claro que la energa total debe disminuir, pero la energa
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especfica puede aumentar o disminuir dependiendo de otros factores como la
resistencia al flujo, la forma de la seccin transversal, etc.
Definiendo la energa especfica como la distancia vertical entre el fondo del canal
y la lnea de energa se tiene:
E: energa especfica.Y: profundidad de la lmina del lquido.
V: velocidad media del flujo.
g: aceleracin de la gravedad.
En funcin del caudal se tiene:
A: rea de la seccin hidrulica.
Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho,
q =Q/b, la ecuacin anterior se transforma as:
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q: caudal por unidad de ancho.
b: ancho de la solera del canal.
Para caudal constante y canal rectangular, la energa especfica es funcin
nicamente de la profundidad de flujo y su variacin se muestra en la siguiente
figura:
Segn la figura anterior se presenta un valor mnimo de la energa especfica para
una nica profundidad, llamada profundidad crtica Yc. Para valores de energa
especfica mayores que la mnima, el flujo se puede realizar con dos
profundidades diferentes Y1 < Yc Y2> Yc.
Teniendo en cuenta que para caudal constante la velocidad vara inversamente
con la profundidad, las velocidades correspondientes a profundidades menores
que Ycson mayores que las correspondientes a profundidades mayores que Yc.
5.6. CLASIFICACIN DEL FLUJODe acuerdo a lo anterior se tienen los siguientes tipos de flujo:
Flujo lento o subcrtico: Y>YC V
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YC : profundidad crtica
SC : pendiente crtica
VC=(gYh)^0.5 : velocidad crtica, velocidad de propagacin de una onda sobre
superficie de profundidad YC.
Yh=A/B : profundidad hidrulicaA : area mojada
B : ancho de superficie libre
FR : nmero de Froude, relacin entre la velocidad del flujo y la
velocidad crtica.
Para canal rectangularB = b, Yh = Y.En los flujos subcrticos y supercrticos las velocidades son menores y mayores
que la Vcrespectivamente, por lo tanto en el flujo subcrtico aparecern pequeas
ondas superficiales avanzando corriente arriba, mientras que en el flujo
supercrtico dichas ondas sern barridas corriente abajo, formando un ngulo b;
este tipo de ondas se denominan ondas diamantes.
De la figura anterior se deduce
Si el flujo es subcrtico y la profundidad de flujo Yaumenta, la energa especfica
aumentar y viceversa. Si el flujo es supercrtico y la profundidad de flujo Yaumenta, la energa especfica
disminuir.
Es decir, en un canal se puede ganar o perder energa especfica dependiendo si
las profundidades son mayores o menores que la profundidad crtica Yc.
Se puede observar tambin, que para una energa especfica dada, es posible
tener dos profundidades, y por tanto dos situaciones de flujo, una de flujo
subcrtico y otra de flujo supercrtico; estas dos profundidades se conocen con el
nombre deprofundidades secuentes o alternasLa profundidad crtica se presenta cuando la energa especfica es mnima, es
decir
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En donde:
Bc: ancho superficial del agua en la condicin de flujo crtico.
Ac: rea mojada en la condicin de flujo crtico.
Para un canal rectangular se tiene
Y
De donde se observa que la profundidad crtica depende solamente del caudal yde la geometra del canal, no depende de la rugosidad ni de la pendiente.
La energa especfica mnima en canal rectangular es:
S se mantiene constante la energa especfica, y se despeja el caudal se tiene:
para un canal rectangularA = b*Y
Estas ecuaciones muestran que el caudal para energa especfica constante es
funcin de la profundidad. La variacin del caudal se muestra en la Figura
siguiente.
En esta se muestra que el caudal es mximo para la profundidad crtica, propiedad
muy til en el diseo de secciones de mxima descarga como vertederos, salidas
de depsitos y otros.
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En canales muy largos se podr establecer el flujo crtico uniforme si se dispone
de unapendiente crtica, Sc; se puede derivar una expresin sencilla para Scpara
un canal con flujo uniforme igualando la ecuacin general de flujo crtico y alguna
expresin de resistencia al flujo, por ejemplo Manning, as la ecuacin para la
pendiente crtica ser:
En donde:
g : aceleracin de la gravedad.
Ac: rea correspondiente a la profundidad crtica.
Bc: ancho de la superficie correspondiente a la profundidad crtica.
Rc: Radio Hidrulico correspondiente a la profundidad crtica.
Pendientes mayores que la profundidad crtica producirn flujos supercrticos,
mientras que pendientes menores producirn flujos subcrticos.
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5.7. Salto hidrulicoEl salto hidrulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio
Bidone, un cientfico italiano en 1818. El salto hidrulico es conocido tambin como
una onda estacionaria.
5.8. Tipos de salto hidrulicoLos saltos hidrulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of
Reclamation, de la siguiente forma, en funcin del nmero de Froude del flujo
aguas arriba del salto (los lmites indicados no marcan cortes ntidos, sino que se
sobrelapan en una cierta extensin dependiendo de las condiciones locales):
Para F1 = 1.0: el flujo es crtico, y de aqui no se forma ningun salto.
Para F1 > 1.0 y < 1.7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es
llamado salto ondular.
Para F1 > 1.7 y < 2.5: tenemos un salto dbil. Este se caracteriza por la
formacin de pequeos rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del
salto es lisa. La prdida de energa es baja.
Para F1 > 2.5 y < 4.5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro
oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin
periodicidad. Cada oscilacin produce una gran onda de perodo irregular, la
cual comnmente puede viajar por varios kilmetros causando daos aguas
abajo en bancos de tierra y mrgenes.
Para F1 > 4.5 y < 9.0: se produce un salto llamado salto permanente: la
extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro
de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prcticamente en la misma
seccin vertical. La accin y posicin de este salto son menos sensibles a la
variacin en la profundidad aguas abajo. El salto est bien balanceado y el
rendimiento en la disipacin de energa es el mejor, variando entre el 45 y el
70%.
Para F1 = 9.0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte: el chorro de alta
velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando
ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie spera. La efectividad
del salto puede llegar al 85%.
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VI. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO HIDRAULICO DE UNA
RPIDA
6.1. DISEO DEL CANAL AGUAS ARRIBA Y AGUAS DEBAJO DE LARAPIDA
Utilizar las consideraciones prcticas que existen para el diseo de canales.
6.2. CALCULO DEL ANCHO DE LA SOLERA EN LA RAPIDA Y ELTIRANTE EN LA SECCIN DE CONTROL
Otras expresiones
Dadencov
Formula emprica
6.3. DISEO DE LA TRANSICIN DE ENTRADA
= 12.5 =22.5
6.4. CALCULO HIDRAULICO EN EL CANAL DE LA RAPIDA
6.4.1. CALCULO DE TIRANTES Y DISTANCIASCualquier mtodo para el clculo de la curva de remanso, recomendndose elmtodo de tramos fijos, usando el proceso grafico de esta metodologa.
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Lneas de en erga.
La ecuacin utilizada es la ecuacin de la energa:E1+ Z=E2+ hf1-2
Dnde:DZ= S x L
Dhf = Se x L
()
6.4.2. BORDO LIBRE6.5. CALCULO DE LA PROFUNDIDAD (ELEVACIN) DEL TANQUE
AMORTIGUADOR
6.5.1. CALCULO DE LA CURVA ELEVACIN (TRAYECTORIA DE LA RAPIDA)-TIRANTE
Es similar a la curva parablica, cuyo clculo se basa en la ecuacin deBernoulli despreciando perdidas.
Curv a I, elevacin de la tr ayecto ria en la rpid a vs. Tiran te.
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Proceso: calcular la elevacin del gradiente de energa en la seccin donde se inicia la
trayectoria.Elevacin Gradiente energa = Elev(0) + Yo + V20/ 2g
Calcular los valores para trazar la curva elevacin tirante en el canal de larpida, suponer tirantes menores que Yo, calcular E y restar de la elevacindel gradiente de energa calculado en el paso 1
por ultimo trazar la curva (1), esta se obtiene ploteando: elevacin de latrayectoria en la rpida vs tirante.
6.5.2. CLCULO DE LA CURVA: ELEVACIN TIRNATE CONJUGADO MENORProceso: calcular la elevacin del gradiente de energa en la seccin del canal despus
de la rpida, una muestra grafica de los clculos se indican en la siguienteFigura.
Esq uem a de clcu lo d e la elevac in del gr adien te de energa des pus del res alto .
La elevacin del gradiente de energa despus del resalto se calcula de lasiguiente manera:
Elevacin gradiente de energa = Elev(II) + Yn + Vn2/2g
elegir Y1 y calcular el tirante conjugado mayor del resalto Y2.
Lnea de radiente de ener a
V20/2
y0
V21/2
Y1Elev. Inicial trayectoria
Elev. Calculada
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Para una seccin rectangular la ecuacin es:
Luego calcular calcular la eleccin del fondo del colchn amortiguador de la poza Elevacin =
elevacin gradiente energa- E2 trazar la curva (II), ploteando elevacin del colchn amortiguador vs tirante
conjugado menor.
6.5.3. GRAFICAR LAS CURVAS I Y II E INTERCEPTARLASGraficar las curvas (I) y (II) e interpolarlas, en el punto de interseccin seobtiene:
- La elevacin del tanque amortiguador- Tirante conjugado menor Y1.
6.6. CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL COLCHONAMORTIGUADORLa profundidad del colchn amortiguador se calcula de la siguiente forma:
H = elevacin canal elevacin colchn
6.7. CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHONEl clculo de la longitud del colchn se lo hace usando la frmula deSiechin:
L= K (Y2 Y1)
Siendo K igual a 5 para un canal de seccin rectangular.
6.8. CALCULO DE LAS COORDENADAS Y ELEVACIONES DE LATRAYECTORIA PARBOLICASe calcula mediante la ecuacin parablica de la siguiente ecuacin:
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Dnde:Y: coordenada vertical (ordenada).X: coordenada horizontal (abscisa).F: ngulo formado por la horizontal y el fondo del canal de la rpida (tg=S)
Vmax = 1.5 v al principio de la trayectoria, con lo cual la ecuacin se
simplifica de la siguiente manera:
Para los clculos se dan valores a x y se calcula y, siendo las elevaciones:Elevacin = elevacin (0) + Y
Con estos valores tabular una tabla de elevacin.
6.9. CALCULO DE LA TRANSICION DE SALIDASe realiza de la misma manera que la transicion de entrada
VII. APLICACIN DEL DISEO
VIII. CONCLUCIONES
Las prdidas de carga en las transiciones, dependen del ngulo que forman losaleros de la transicin con el eje del canal. Para ciertos ngulos recomendables a
veces resultan transiciones muy largas, con el consecuente desmedro econmico;por lo tanto debe sopesarse estas medidas para obtener una estructura econmicay funcional a la vez.
Una poza disipadora y una transicin de salida construidas para las dimensionesrecomendadas tal vez no contengan completamente la salpicadura causada por elagua turbulenta, pero la estructura debe contener suficiente de la turbulencia paraprevenir daos por erosin despus de la estructura.
La probabilidad de que ondas sean generadas en la estructura puede ser reducida,siguiendo las recomendaciones concernientes a ngulos de deflexin y simetra,evitando los cambios de direccin en la estructura.
La inclinacin del terreno, la clase y volumen de excavacin, el revestimiento, lapermeabilidad y resistencia a la cimentacin, y la estabilidad de taludes son
condiciones de emplazamiento que determinan el tipo y componentes de laestructura.
IX. BIBLIOGRAFIA
Villn Bjar Mximo. Diseo de estructuras hidrulicas. Instituto Tecnolgico deCosta Rica Departamento de Ingeniera Agrcola. Primera edicin, agosto del 2000.
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Autoridad nacional del agua manual: criterios de diseos de obras hidrulicaspara la formulacin de proyectos hidrulicos multisectoriales y de afianzamientohdrico
Estructuras Hidrulicas (apuntes en revisin-2008)-fuente internet
material de apoyo didctico para la enseanza y aprendizaje de la asignatura deobras hidrulicas I-fuente internet