Hidráulica RESUMEN EJECUTIVO
Ingeniería Civil
I. CAÍDAS VERTICALES
1.1. GENERALIDADES “CAÍDAS VERTICALES Y CAÍDAS INCLINADAS” INTEGRANTES:
ARAUJO TORRES MAX ANDERSON GARCÍA QUIÑONES, DAVID MONTALVO MALCA, WILLIAN RAMOS VILCARROMERO, GREYSSI MILAGROS
Las caídas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.
ÍNDICE: I.
CAÍDAS VERTICALES 1.1. GENERALIDADES 1.3. CRITERIOS DE DISEÑO
II.
CAÍDAS INCLINADAS 2.1. GENERALIDADES 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO
III.
BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFIA
SALTOS DE AGUA Son obras proyectadas en un canal, para salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo.
CAÍDAS Las caídas son estructuras que sirven para transportar el agua de un nivel superior a otro nivel inferior y que al hacerlo se disipe la energía que se genera. Existen de varios tipos y estos dependen de la altura y del caudal del agua que se transporta. Las caídas son utilizadas ampliamente como estructuras de disipación en irrigación, abastecimiento de agua y alcantarillado; son también necesarias en presas, barrajes y vertederos.
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Donde: d1= Tirante normal en el canal superior, m. hv1= Carga de velocidad en el canal superior, m. D1= Desnivel entre el sitio donde comienza el abatimiento y la sección de control, cuyo valor se desprecia por pequeño, m. hvc= Carga de velocidad en la sección de control, m. dc= Tirante critico, m. he= Suma de las perdidas ocurridas entre las dos secciones, m. Una sección adecuada y más sencilla de calcular es la rectangular, esto se logra haciendo los taludes verticales. Del régimen crítico para secciones rectangulares se tiene:
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√ Donde: dc = Tirante critico, m. Q = Caudal que circula por la sección, m3/s. B = Plantilla de la sección, m. g = Aceleracion de la gravedad, 9.81 m2/s. La carga de velocidad en la sección critica esta dada por las siguientes ecuaciones: Para canales trapeciales:
Donde: F = Distancia vertical entre las rasantes del canal aguas arriba y aguas debajo de la caída, m. P = Profundidad del colchón, m.
Donde: hvc = Carga de velocidad en la sección critica, m.
La profundidad del colchón se obtiene con la expresión:
A = Área de la sección, m2.
Donde: L = Longitud del colchón, m.
T = Ancho de la superficie libre del agua, m.
1.2. CRITERIOS DE DISEÑO DE CAÍDAS VERTICALES
Para canales rectangulares:
Obtención de la longitud del colchón, en relación al perfil de la caída, se tiene la distancia Xn, a la cual va a caer el chorro; es conveniente que este caiga al centro de un colchón de agua que favorezca la formación de un salto hidráulico, por lo que este colchón tendrá una longitud de L = 2*Xn, en la figura siguiente se muestra el perfil de una caída: Xn se determina de acuerdo a las formulas de caída libre.
Se construyen caídas verticales, cuando se necesitan salvar un desnivel de 1 m como máximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores. SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores a 3000 lt/seg.*m de ancho, siempre se debe construir caídas inclinadas, además manifiesta que la ejecución de estas obras debe limitarse a caídas y caudales pequeños, principalmente en canales secundarios construidos en mampostería de piedra donde no se necesita ni obras de sostenimiento ni drenaje. Cuando el desnivel es 0.30 m y el caudal 300 lt/seg.*m de ancho de canal, no es necesario poza de disipación. El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula con la fórmula para caudal unitario “q”.
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Siendo el caudal total: √
La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado. Por debajo de la lámina vertiente en la caída se produce un depósito de agua de altura Yp que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo. Rand (1955) citado por ILRI (5) Pag. 209, encontró que la geometría del flujo de agua en un salto vertical, puede calcularse con un error inferior al 5 %, por medio de las siguientes funciones:
Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cámara indicada en la figura 1. El cual se debe reemplazar para evitar la cavitación o resonancia sobre toda la estructura. Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes:
Contracción lateral completa en cresta vertiente, disponiéndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire de la lamina vertiente.
Agujero de ventilación, cuya capacidad de suministro de aire en m3/seg.*m de ancho de cresta de la caída, según ILRI(5) Pag. 210, es igual a:
Donde:
Que se le conoce como numero de salto y
√
(
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)
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Hidráulica Donde: Suministro de aire por metro de ancho de cresta Tirante normal aguas arriba de la caída Máxima descarga unitaria sobre la caída
(
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propio canal, causando serios daños por erosión si no se pone un revestimiento apropiado. Una caída inclinada se divide desde arriba hacia abajo en las siguientes partes: Transición de entrada con sección de control Caída propiamente dicha Colchón Transición de salida
)
Donde: Baja presión permisible debajo de la lámina vertiente, en metros de columna de agua. (Se puede suponer un valor de 0.04 m. de columna de agua) Coeficiente de pérdida de entrada. (Usar Ke = 0.5) Coeficiente de fricción en la ecuación de Darcy – Weisbach.
Longitud de la tubería de ventilación, m. Diametro del agujero de ventilación, m. Coeficiente de curvatura. (Usar Kb = 1.1)
perdida
por
Coeficiente de perdida por salida (Usar Kex = 1.0) Velocidad media del flujo de aire a través de la tubería de ventilación. ⁄ aproximadamente 1/830 para aire a 20°C. II.
CAÍDAS INCLINADAS 2.1. GENERALIDADES Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad de flujo en la caída siempre mayor que la del
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En algunos casos la caída propiamente dicha y el colchón, pueden ser de sección rectangular o trapezoidal, la sección depende de las condiciones locales y en todo caso del criterio del diseñador. SECCIÓN DE CONTROL.- La sección de control consiste en una variación de la sección del canal en el punto donde se inicia la caída o en una rampa en contra pendiente, de manera que la energía en el canal aguas arriba sea igual a la energía en el punto donde se inicia la caída. CONDUCTO INCLINADO: El piso del canal superior se une con el del inferior siguiendo un plano con talud igual al de reposo del material que conforma el terreno (1.5:1), obteniéndose economía en el proyecto, al necesitarse solo un revestimiento de 10 a 15 cm de espesor.
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Hidráulica Se procura que los taludes del canal sigan las mismas inclinaciones que en la sección de control, debiendo tener la parte revestida suficiente altura para que el agua no brinque arriba de ella. COLCHÓN: El segundo problema que se presenta es el paso del régimen rápido en la caída, al tranquilo en el canal de salida, aprovechándose la tendencia que existe de producir el Salto Hidráulico en este lugar, que es el sitio con que se cuenta para la disipación de energía, favoreciendo su formación en el lugar deseado. 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO CRITERIOS DE DISEÑO EN CAÍDAS INCLINADAS: SECCIÓN RECTANGULAR 1. La rampa inclinada en sentido longitudinal de la caída en sí, se recomienda en un valor de 1.5:1 a 2:1, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material confinado.
III.
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BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFIA
BIBLIOGRAFÍA Manual : CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRÁULICAS PARA LA FORMULACIÓN DE PROYECTOS HIDRÁULICOS - ANA Hidraúlica II - Pedro Rodriguez R. MANUAL DE DISEÑO HIDRÁULICO DE CANALES Y OBRAS DE ARTE. Ing. Elmer García Rico. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología – CONCYTEC. Consejo Consultivo Departamental de Lambayeque. Abril 1987. LINKOGRAFIA www.cepes.org.pe/pdf/OCR/.../guia_prac tica_infraestructura1.pdf http://foros.construaprende.com/comodiseno-caidas-verticales-inclinadas-yrapidas-vt5747.html http://civilgeeks.com/tag/diseno-decaidas-hidraulicas-verticales-y-inclinadas/
2. El ancho de la caída B es igual a:
B
Q q
Donde:
q 1.71H
3 2
q Valor conocido
3 2 2g H 2 3
0.58 (Valor promedio aceptado en este caso) 3. Es muy importante tener en cuenta la subpresión.
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