RAPIDAS-obras 2013

7/28/2019 RAPIDAS-obras 2013

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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

RAPIDAS-obras 2013

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