FACULTA FACULTAD D DE INGENIERIA INGENIERI A ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TEMA
CAIDAS HIDRAULICAS AUTOR:
TORREJON PINEDO, RONALDO
ASESOR:
ING. DANIEL DIAZ PEREZ CURSO:
OBRAS HIDRAULICAS TARAPOTO-PERU
I
2015-l
CAIDAS HIDRAULICAS NTRODUCCION En el recorrido de un canal, pueden presentarse diversos accidentes y obstác obstáculo ulos s como como son: son: Depre Depresio siones nes del terre terreno, no, Quebra Quebradas das secas, secas, Fallas, Cursos del agua, necesidad de cruzar vías de comunicación (car (carrreter eteras as,, vías vías !r !rreas eas u otr otro cana canal" l"## $a solu soluci ción ón medi median ante te estructuras %idráulicas es: &cueductos, 'ión, Diues# En el caso caso del del cruc cruce e de un cana canall con con una una vía vía de comu comuni nica caci ción ón dependerá de la importancia de la vía de comunicación como del tama)o del canal, para elegir si es preerible pasar el canal encima de la vía o por deba*o de ella, en el primer caso la solución será un acueducto, en el segundo caso se optara por un sión invertido o un conducto cubierto# +gua +gualm lmen ente te en el caso caso de depr depres esio ione nes s natu natura rale les s será será nece necesa sario rio anal analiz izar ar las las die diere rent ntes es alte altern rnat ativ ivas as enun enunci ciad adas as y deci decidi dirr por por la estructura más conveniente# 'i la depresión uera anc%a y prounda y no se ango angost stas ase e %aci %acia a agua aguas s arri arriba ba,, podr podría ía no ser ser act actib ible le un acue acuedu duct cto, o, pero pero si un sió sión n inve invert rtido ido## En algu alguno nos s será será nece necesa sario rio analiz analizar ar altern alternati ativas vas de conduc conducto to cubiert cubierto o alcant alcantaril arilla la o sión# sión# $os $os canales ue se dise)an en tramos de pendiente uerte resultan con velo veloci cida dade des s de u*o u*o muy muy alta altas s ue ue supe supera ran n muc% muc%as as vece veces s las las má-imas
admisibles
para
los
materiales
ue
se
utilizan
recuentemente en su construcción# .ara controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden util utiliz izar ar comb combin inac acio ione nes s
de ramp rampas as y
esca escalo lone nes, s, sigu siguie iend ndo o
las las
vari variac acio ione nes s del del terr terren eno# o# /no /no de los los aspe aspect ctos os ue ue gene genera ralm lmen ente te mer merece ece esp especia eciall aten atenci ción ón en el dise dise)o )o de obra obras s %idr %idráu áuli lica cas s de mont monta) a)a a es la disi disipa paci ción ón de la ener energí gía a cin! cin!ti tica ca ue ue adu aduier iere e un c%or c%orrro líu líuid ido o por por el incr increm emen ento to de la velo veloci cida dad d de u*o u*o## Esta Esta situación se presenta en vertederos de e-cedencias, estructuras de caída, desogues de ondo, salidas de alcantarillas, etc
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CAIDAS HIDRAULICAS
CAIDAS HIDRAULICAS GENERALIDADES 1. Conc Concep epto to 'on estructuras utilizadas en auellos puntos donde es necesario eectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inerior" de un canal, por medio de un plano vertical (muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empu*e ue estas ocasionan", permitiendo ue el agua salte libremente y caiga en el tramo de aba*o#
2. Fina Finali lia a
Conducir agua desde una elevación alta %asta una elevación ba*a y disipar la energía generada por esta dierencia de niveles# $a dierencia de nivel en orma de una caída, se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal#
!. Ele"ento Ele"ento# # De Una Ca$a Ca$a %e&tica %e&ticall
En el dise)o de una caída, se pueden distinguir los siguientes elementos:
1.0
T&an#ici'n e ent&aa(
/ne por medio de un estrec%amiento progresivo la sección del canal superior con la sección de control# 2.0 Ca$a en #$: $a cual cual es de secc secció ión n recta ectang ngul ular ar y pued puede e ser ser vert vertic ical al o inclinada#
!.0
Secci'n e cont&ol:
Es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas# $a sección de control tiene por 5nalidad, mantener el u*o aguas arriba en r!gimen tranuilo, de manera ue es en la misma sección de control donde ocurre el cambio de r!gimen y el agua alcanza la proundidad y velocidad crítica# $a sección de control consiste en una variación de la sección del canal en el punto donde se inicia la caída o una ram rampa en contra pendiente, de manera ue la energía en el canal aguas arriba sea igual a la energía en el punto donde se inicia la caída#
).0
*o+a o colc,'n a"o&tiao&(
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CAIDAS HIDRAULICAS Es de sección rectangular, siendo su unción la de absorber la energía cin!tica del agua al pie de la caída
5.0
T&an#ici'n e #alia :
/ne la poza de disipación con el canal aguas aba*o#
CARACTER/STICAS DE LA CA/DA %ERTICAL 7#8 &l caer la lámina vertiente e-trae una continua continua cantidad de de aire de la cámara, el cual se debe remplazar para evitar la cavitación o resonancias sobre toda la estructura# 4#8 .ara acilitar la aireación se puede adoptar cualuiera de las soluciones siguientes:
a
Con Cont&ac t&acci ci' 'n
Lat Late&al e&al
co"p o"plet leta
en
c&e# c&e#tta#
e&tiente#, disponi!ndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire deba*o de la lamina vertiente# A3 A3e& e&o# o# e ent entil ilac aci' i'n n, cuya capacidad
de
suministro de aire en m69seg9m# De anc%o de cresta de la caída#
Dónde: 4a 'uministro de aire por metro de anc%o de cresta# ;irante normal aguas arriba de la caída 46 <á-ima descarga unitaria sobre la caída#
CRITERIOS DE DISE7O DE UNA CA/DA •
=umero de caídas#
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CAIDAS HIDRAULICAS • • • • • • •
$ongitud e transición de entrada# &nc%o del canal en el tramo de la caída# Dise)ar la poza disipadora en unción de la altura de caída# 1orde libre de la caída# 2ugosidad en el uncionamiento de la caída# ?entilación ba*o la lámina vertiente# ?eri5car ue la velocidad del u*o de la caída este en el rango de
•
0.8"9# : : ;1.5 < 2 "9#.
;ener ;ener cuidado el mal uncionamiento %idráulico del c%orro de la caíd caída a por por ue ue pued puede e prod produc ucir ir una una gran gran eros erosió ión n en el muro muro vertical
CA/DAS %ERTICALES CON O=ST>CULOS *ARA EL CHO?UE El 1ureau o 2eclamation, %a desarrollado para saltos peue)os, un tipo tipo de caíd caída a con con obst obstác ácul ulos os dond donde e c%oc c%oca a el agua agua de la lámi lámina na vertiente y se %a obtenido una buena disipación de energía para una amplia variación de la proundidad de la lámina aguas aba*o a tal punto ue puede considerarse independiente del salto
*ROCEDI@IENTO *ARA EL DISE7O DE UNA CA/DA SIN O=ST>CULO
1. Di#eo el canalB aa# aa# a&&ia aa# aa3o e la ca$a /tilizar las consideraciones prácticas ue e-isten para el dise)o de canales# 012&' 3+D2&/$+C&'
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CAIDAS HIDRAULICAS 2. Clclo Clclo el anc,o anc,o e la ca$a ca$a el ti&ante ti&ante en la #ecci'n #ecci'n e cont&ol En la sección de control se presentan las condiciones críticas# .ara una sección rectangular las ecuaciones ue se cumplen son las siguientes
'e puede puede asumi asumirr ue ue
Emin En
(energía especí5ca en el
can canal", al", para para inic inicio io de los los cálc cálcul ulos os reali ealiza zarr la veri veri5c 5cac ació ión# n# ;ambi!n ;ambi!n se puede suponer un anc%o en la sección de control de la caíd caída, a, calc calcul ular ar el tira tirant nte e crít crític ico o y por por la ecua ecuaci ción ón de la energ energía ía calcula calcularr el tirant tirante e al inicio inicio de la transi transició ción# n# E-iste E-isten n órmulas empíricas para el cálculo del anc%o de la rápida, las cuales son: A De acuerdo a DadenBov, puede tomarse:
5 2 0.85? 295 ;Anc,o e la ca$a 0tra órmula empírica:
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CAIDAS HIDRAULICAS .or lo gene genera rall el anc% anc%o o de sole solera ra con con esta esta lti ltima ma órm órmul ula, a, resul esulta ta de dond donde: e: mayo mayorr magn magnit itud ud ue ue con con la órm órmul ula a de DadenBov#
!. Di#eo Di#eo e la t&an# t&an#ici'n ici'n e ent&a ent&aa a .ara el caso de una transición recta la ecuación utilizada es:
Donde: ;7 espe*o de agua en el canal# ;4 b anc%o de solera en la caída
). Clclo Clclo e la la t&an#ici' t&an#ici'n n e #alia #alia 'e realiza de la misma orma ue la transición de entrada
CAIDA LI=RE Es
un
caso
especial
de
la
caída
%idráulica#
Esta
ocurre
cuando e-iste una discontinuidad en el ondo de un canal plano# & medida ue la caída libre avanza en el aire en orma de lámina, no 012&' 3+D2&/$+C&'
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CAIDAS HIDRAULICAS e-is e-isti tirá rá curv curva a inve invert rtid ida a en la supe super5 r5ci cie e del del agua agua %ast %asta a ue ue esta esta c%oue con algn ob*eto en la elevación mas ba*a# Es una ley natural ue, ue, si no se a)ade a)ade ener energía gía e-ter e-terna, na,
la
buscara
ba*a
siempre
la
posición
más
super5 super5cie cie posible,
del
agua agua
la
cual
corresponde al menor contenido posible de disipación de energía# 'i la energía especí5ca en una sección localizada aguas arriba es E, tal como se muestra en la curva de energía especí5ca, la energía cont contin inua uará rá disi disipá pánd ndos ose e en su cami camino no %aci %acia a agua aguas s aba* aba*o o y por por ltimo alcanzará un contenido de energía mínimo Emin# $a curva de ener energí gía a espec especí5 í5ca ca mues muestr tra a ue la la secci sección ón de ener energí gía a míni mínima ma o sección
crítica debe
ocurrir
en
el
borde
de
la
caída#
$a
pro proun undi dida dad d en el bord borde e no pued puede e ser ser meno menorr ue ue la pro proun undi dida dad d crític crítica a debido debido a ue una una dismin disminuci ución ón adicio adicional nal en la prou proundi ndidad dad reueriría un incremento en la energía especí5ca, lo cual es imposible a menos ue se suministre energía e-terna compensatoria# $a curv curva a teór teóric ica a de la supe super5 r5ci cie e del del agua agua en una una caíd caída a libr libre e se muestra como una línea punteada en la Figura @78
'e debe tomar muy en cuenta ue el cálculo de la proundidad crítica mediante las ecuaciones (6" o (>", se basa en la suposición de ue el u*o u*o es para parale lelo lo y solo solo apli aplica cabl ble e de mane manera ra pró pró-ima -ima al u*o u*o gradualmente variado# El u*o en el borde en eecto es curvilíneo, 012&' 3+D2&/$+C&'
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CAIDAS HIDRAULICAS debido a ue la curvatura del u*o es pronunciada, por consiguiente, el m!todo no es válido para determinar la proundidad crítica como la proundidad en el borde# $a situación real es ue la sección en el bord borde e es la verd verdad ader era a secc secció ión n de ener energí gía a míni mínima ma,, per pero no es la sección crítica tal como se calcularía mediante el principio basado en la suposi suposició ción n de u*o u*o parale paralelo lo## 2ouse> ouse>
encont encontró ró
pendientes
crítica
peue)as
apro-imadamente
la
7#>
borde, o yc = 7#>·yo, y
proundidad veces se
la
ue
calculada
proundidad
localiza
para para en
es el
apro-imadamente
a 6H yc o >H yc aguas arriba del borde en el canal# $a super5cie del agua real en la caída libre se muestra como una línea continua en la Figura @78# Debe notarse ue si el cambio en la proundidad de u*o desde un nivel alto a un nivel ba*o es gradual, el u*o se convierte en u*o gradualmente variado, el cual tiene la curva inversa prolongada en la super5cie del aguaI este enómeno puede llamarse caída %idráulica gradual, la cual no es un enómeno local#
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