“FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO” “ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CI5IL”
DISIPADORES DE ENERGÍA
AUTORES: Llontop Me!", B"n# $"%e& Ro'(e S"nt" C%() C*%#+t#"n S("%e) Fe%nn&e), G#"n C"%lo
ASESOR: MS- ING. $OS/ ARBUL0 RAMOS .
PIMENTEL, $UNIO 1234
INDICE
............................... ..................... ..................... ..................................................... .......................................... 3 INTRODUCCION....................
DISIPADORES DE ENERGÍA.............................................................................4 1.
............................... ..................... ...................... ..................... ................................... ......................... 5 Gen Generalidades......................
2.
................................ ..................... ..................... ..................... ...........................5 .................5 Con poza poza disi isipado adora. ra......................
3.
Estan Estan!e !ess a"or a"orti# ti#!ad !adore oress de de la la U.S. U.S.$.R $.R.. ...................................................8
%. ## ##..
3.1. 3.1.
Esta Estan n!e !e A"ort "orti# i#!a !ado dorr Tip Tipo o I.................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..........9 9
3.2. 3.2.
Esta Estan n!e !e A"ort "orti# i#!a !ado dorr Tip Tipo o IIII..................... ................................ ..................... ........................... .................10 10
3.3. 3.3.
Esta Estan n!e !e A"ort "orti# i#!a !ado dorr Tip Tipo o III III..........................................................11
3.%. 3.%.
Esta Estan n!e !e A"ort "orti# i#!a !ado dorr Tip Tipo o I& I&..................... ............................... ..................... ..................... ................ ......13 13
Ca'das Ca'das de salida salida (on pla(a pla(a de ()o! ()o!e. e......................................................15 TIPO TIPO SAL SALTO 6ID 6IDRA RAUL ULIC ICO. O...................... ................................ ..................... ..................... ..................... ..................16 ........16
3.
CARACTE CARACTERIS RISTÍCA TÍCAS S B7SICA B7SICAS S DEL DEL RESAL RESALT TO 6IDR7 6IDR7ULIC ULICO. O...................17 3. 3
P8%&#&" &e ene%9!"..................... ............................... ..................... ......................................... ...............................17 17
1.
TIPO TIPOS S DE RESA RESAL LTO 6IDR7 6IDR7UL ULICO ICO...................... ............................... ..................... .........................19 ...............19
.
CAID CAIDA A DENTADA. DA..................... ............................... ..................... ..................... ..................... .............................24 ...................24
;.
. 3
CANAL CO CON BL BLOQUES..................... ............................... ..................... .................................. ........................ 24
. .11
CANA CANAL L CON CON REM REMA ATE DEN DENT TADO....................................................24
C"!&" C"! &"+ + &e +"l +"l#& #&" " -on -on C<" C<"%" %" D#+ D#+#p #p"&o "&o%" %"...............................................31 ;. ;.33
D#+e D#+e=o =o &e (n Col Col-* -*> >n 6#& 6#&% %(l (l##-o o..................... ............................... ..................... ..................... ..........32 32
;.1
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4. II II..
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S"lto t# t#po S@ S@# S S( (
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S"lto t#t#po S@# E+t E+t%%#"& #"&o....................... ................................ ..................... ...................................38 ........................38
CAID CAIDA AS ENTU NTUBADA BADAS S..................... ................................ ..................... ..................... ..................... ...................... ............ 50 E$EM E$EMPL PLOS OS DE APLIC PLICAC ACI IN N..................... ............................... ..................... ..................... .......................... ................ 51
INTRODUCCION
El *allo o da+o de "!()as al(antarillas , estr!(t!ras de salida de las (!en(as de deten(i-n p!eden ser deido a la erosi-n in(ontrolada. /a inter(epta(i-n , la (on(entra(i-n del *l!0o s!per*i(ial , la (onstri((i-n de los re(!rsos nat!rales de a#!a ineitale"ente ineitale"ente se trad!(e trad!(e en !n "a,or "a,or poten(ial de erosi-n. Es !no de los aspe(tos !e #eneral"ente "ere(e espe(ial aten(i-n en el dise+o de oras )idr!li(as. Esta sit!a(i-n se presenta en ertederos de e4(eden(ias estr!(t!ras de (a'da des*o#!es de *ondo o(ato"as salidas de al(antarillas et(. Es por eso !e para prote#er las estr!(t!ras , reas ad,a(entes a e(es es ne(esario e"plear !n disipador de ener#'a ,5o otras (ontra"edidas. /os disipadores de ener#'a son dispositios dise+ados para prote#er las zonas a0as de la erosi-n por la red!((i-n de la elo(idad del *l!0o de los l'"ites a(eptales. 6C)apter 11 7 Ener#, Dissipators So!t) Da8ota Draina#e 9an!al:
DISIPADORES DISIPADORES DE ENERGÍA /a disipa disipa(i(i-n n de la ener#' ener#'a a (in;ti (in;ti(a (a p!ede p!ede lo#rar lo#rarse se apli(a apli(ando ndo di*ere di*erente ntess "edidas a saer< #enera(i-n de resalto )idr!li(o i"pa(to o in(re"ento de la r!#osidad.
/a estr!(t!ra disipadora de ener#'a es !na parte i"portante de la ora de e4(e e4(ede den( n(ia ia !e !e tien tiene e por por o0e o0eto to disi disipa parr la ener ener#' #'a a (in; (in;ti( ti(a a !e !e el a#!a a#!a ad!iere en s! (a'da desde el aso )asta !n sitio ade(!ado en el *ondo del (a!(e donde no #enere prole"as de erosi-n o so(aa(i-n. Estas estr!(t!ras se dise+arn para !e el a#!a !e sale del (anal de des(ar#a se ale0e lo "4i"o posile dentro de lo e(on-"i(o de la (ortina o de al#!na estr!(t!ra (o"ple"entaria. El tipo de disipador de ener#'a !e se dise+e depende de la (lase de "aterial !e se ten#a en el sitio en !e se p!ede des(ar#ar la aenida. C!ando se ten#a ro(a sana se p!ede des(ar#ar el a#!a dire(ta"ente del ertedor en r;#i"en rpido sin ne(esidad de pasar a r;#i"en tran!ilo sie"pre !e no a,a a (a!sar prole"a a la pe!e+a presa o ordo de al"a(ena"iento. Si el "ate "ateri rial al es eros erosio iona nal le e se dise dise+a +a !n tan tan!e !e a"or a"ortiti#! #!ad ador or de se(( se((ii-n n transersal re(tan#!lar )e()o de "a"poster'a o (on(reto ar"ado. Se dee estar (ons(iente !e !na *alla en el dise+o instala(i-n ! opera(i-n de los disipadores p!ede llear a prole"as (o"o so(aa(i-n erosi-n o reten(i-n de "ate "ateri rial al !e !e p!ed p!eden en ter" ter"in inar ar prod prod!( !(ie iend ndo o la *all *alla a del del ert erted eder ero o , posterior"ente la *alla de la presa.
I.
TIPO IMPACTO 1. Gene Genera ralilida dade des. s. Es !na estr!(t!ra a"orti#!adora donde la disipa(i-n se da (!ando el ()orro de lle#ada ()o(a (on !n de*le(tor erti(al s!spendido , por los re"olinos !e se *or"an deido al (a"io de dire((i-n de la (orriente desp!;s de de )aer ()o(ado ()o(ado (on el a"orti#!ador. a"orti#!ador. Es indispensale indispensale !e la estr!( estr!(t!r t!ra a sea lo s!*i(i s!*i(ient ente"e e"ente nte *!erte *!erte para para soport soportar ar el e"p!0e e"p!0e !e !e prod!(e el ()orro sin deslizarse ni poner en peli#ro la presa.
2. Con Con poza poza dis disip ipad ador ora. a. Son !sadas (o"o disipadores de ener#'a. En !na poza disipadora el a#!a *l!,e desde el tra"o (orto de pendiente pron!n(iada a !na elo(idad "a,or !e la elo(idad (r'ti(a. El (a"io ar!pto en la pendiente donde la pendiente s!ae del piso de la poza disipadora se !ne (on el tra"o (orto de pendiente pron!n(iada *!erza el a#!a )a(ia !n salto )idr!li(o , la ener#'a es disipada en la t!r!len(ia res!ltante. /a poza disipadora es di"ensionada para (ontener el salto. Para !e !na poza disipadora opere ade(!ada"ente el n="ero de >ro!de deer'a estar entre %.? , 1? donde el a#!a in#resa a la poza disipadora. Est!dios espe(iales o pr!eas de "odelos se re!ieren para estr!(t!ras (on n="ero de >ro!de *!era de este ran#o. @
Si el n="e n="ero ro de >ro! >ro!de de es "eno "enorr !e !e apro apro4i 4i"a "ada da"e "ent nte e %.? %.? no o(!rrir'a !n salto )idr!li(o estale.
@
Si el n="ero n="ero de >ro!de >ro!de es "a,or "a,or !e 1 !na !na poza poza disipa disipadora dora no ser'a la "e0or alternatia para disipar ener#'a.
/as /as poza pozass disi disipa pado dora rass re! re!ie iere ren n de !n tira tirant nte e de a#!a a#!ass aa0 aa0o o para para ase#!rar !e el salto o(!rra donde la t!r!len(ia p!eda ser (ontenida. /as pozas disipadoras !s!al"ente tienen !na se((i-n transersal re(tan#!lar "!ros paralelos , !n piso a niel. /as si#!ientes e(!a(iones se apli(an a este tipo de poza para deter"inar el an()o de la poza , el tirante desp!;s del salto. /a (ota (ota del del nie niell de ener ener#' #'a a des desp!;s p!;s del del salt salto o )idr )idr! !lili(o (o dee deer' r'a a alan(earse (on la (ota del niel de ener#'a en el (anal a#!as aa0o de la
estr!(t!ra. Si las (otas no estn alan(eadas deer'a as!"irse !na n!ea elea(i-n para el piso de la poza o !n n!eo an()o de poza , olerse a (al(!lar los nieles de ener#'a. /os tanteos se repiten )asta !e el alan(e sea otenido. /as (otas sele((ionadas deen ser reisadas para ase#!rar !e la poza disipadora operar e*e(tia"ente ta"i;n (on (a!dales "enores al (a!dal del dise+o. /os dise+os son nor"al"ente eri*i(ados (on !n ter(io del (a!dal del dise+o. Si la reisi-n indi(a !e sea ne(esario el piso de la poza deer'a ser a0ado o ta"i;n se podr'a as!"ir !n an()o di*erente de la poza para l!e#o repetir el pro(edi"iento de dise+o. /a lon#it!d "'ni"a de poza para estr!(t!ras !sadas en (anales es nor"al"ente % e(es B2.
>i#!ra 1< Rpida re(tan#!lar t'pi(a >!ente< !lio Palo"ino $endez!
El orde lire es "edido sore el niel "4i"o de ener#'a desp!;s del salto )idr!li(o. C!ando la poza disipadora des(ar#a inter"itente"ente o
des(ar#a )a(ia !n (a!(e nat!ral ! otro no (ontrolado deer'a (onstr!irse !n (ontrol dentro de la salida de la poza para proeer el tirante de a#!as aa0o ne(esario. El tirante (r'ti(o en la se((i-n de (ontrol dee ser !sado para deter"inar el niel de ener#'a desp!;s. C!ando la poza des(ar#a )a(ia !n (anal (ontrolado el tirante en el (anal dee ser (al(!lado (on el alor n del (anal red!(ido en !n 2 , este tirante !sado para deter"inar el niel de ener#'a desp!;s. /loraderos (on *iltro de #raa p!eden ser !sados para aliiar la presi-n )idrostti(a sore el piso , los "!ros de la poza disipadora , transi(i-n de la salida. $lo!es en el tra"o in(linado , el piso son proistos para ro"per el *l!0o en ()orro , para estailizar el salto )idr!li(o. /a !i(a(i-n el espa(ia"iento , los detalles de los lo!es se "!estran en la >i#!ra N 2.
Fo%<"-#>n &e on&"+ /as ondas en !na rpida son o0etales por!e ellas p!eden sorepasar los "!ros de la rpida , (a!sar ondas en el disipador de ener#'a. Una poza disipadora no ser'a !n disipador de ener#'a e*e(tio (on este tipo de *l!0o por!e no p!ede *or"arse !n salto )idr!li(o estale. Un *l!0o no estale , p!lstil p!ede prod!(irse en rpidas lar#as (on !na *!erte pendiente. Estas ondas #eneral"ente se *or"an en rpidas !e son "s lar#as !e F "etros apro4i"ada"ente , tienen !na pendiente de *ondo "s s!ae !e 2. /a "4i"a alt!ra de onda !e p!ede esperarse es dos e(es el tirante nor"al para la pendiente , la (apa(idad "4i"a del *l!0o "o"entneo inestale , p!lstil es 2 e(es la (apa(idad nor"al. >l!0o transersal ! ondas (r!zadas p!eden ta"i;n desarrollarse en !na rpida.
>i#!ra 2< Poza disipadora , !"ral ter"inal. >!ente< !lio Palo"ino $endez!
3. Estan!es a"orti#!adores de la U.S.$.R.
De a(!erdo a la (lasi*i(a(i-n del U.S. $!rea! o* Re(la"ation e4isten (in(o tipos de estan!es a"orti#!adores< TIPO I TIPO II
Para (anales (on pendiente "oderada. Estan!es a"orti#!adores para ertederos de presas #randes , de tierra (on (anales e4tensos TIPO III Pe!e+os esta!es a"orti#!adores para estr!(t!ras de (anal pe!e+as estr!(t!ras de salida , ertederos "enores. TIPO I& Utilizado en estr!(t!ras de (anal , en presas de deria(i-n. Este dise+o red!(e las ondas e4(esias (readas en resaltos i"per*e(tos. TIPO &
Estan!es a"orti#!adores (on pendientes pron!n(iadas.
El prin(ipal o0etio en el dise+o )idr!li(o de !n estan!e a"orti#!ador es la deter"ina(i-n del an()o , elea(i-n del estan!e para *or"ar !n resalto )idr!li(o estale. Esto se otiene (!ando el niel del a#!a de la alt!ra (on0!#ada es i#!al al niel del tirante a#!as aa0o.
3.1. Estan!e A"orti#!ador Tipo I /os estan!es de tipo I deen ser !tilizados (!ando el n="ero de >ro!de >r1 es "enor a 1.sin e"ar#o en la pr(ti(a este l'"ite p!ede e4tenderse a 2.?. C!ando el n="ero de >ro!de es 1. el tirante (on0!#ado ,2 es apro4i"ada"ente el dole del tirante de lle#ada o apro4i"ada"ente % "a,or !e el tirante (r'ti(o. /a elo(idad de salida 2 es apro4i"ada"ente la "itad de la elo(idad de lle#ada o 3 "enor !e la elo(idad (r'ti(a. /as lon#it!des del (anal "s all del p!nto d-nde el tirante (o"ienza a (a"iar no deen ser "enores !e apro4i"ada"ente %,2. /a lon#it!d del estan!e p!ede ser apro4i"ada por la lon#it!d /0 en la *i#!ra 3 "ientras !e la e(!a(i-n F@3 p!ede ser !tilizada para (al(!lar la alt!ra del estan!e.
>i#!ra 3 Estan!e a"orti#!ador tipo I. a.: /on#it!d del resaltoH .: Rela(i-n )a5 ,1H (: rela(i-n /5,2H d: P;rdida de ener#'a en el resalto 69a,s 2:
3.2.
Estan!e A"orti#!ador Tipo II El estan!e a"orti#!ador tipo II se desarroll- para (!en(os disipadores de !so (o"=n en ertederos de presas altas de presas de tierra , para estr!(t!ras de (anales #randes. El estan!e (ontiene lo!es en la rpida del e4tre"o de a#!as arria , !n !"ral dentado (er(a del e4tre"o de a#!as aa0o. No se !tilizan lo!es de i"pa(to deido a !e las elo(idades relatia"ente altas !e entran al resalto p!eden (a!sar (aita(i-n en di()os lo!es. En la *i#!ra % se "!estran los detalles (onstr!(tios , los datos ne(esarios para el (l(!lo. Este tipo de disipadores son !tilizados (!ando el n="ero de >ro!de esta por en(i"a de %.? o elo(idades "a,ores a 1? "5s.
>i#!ra % Estan!e a"orti#!ador para n="eros de >ro!de por en(i"a de %.? a: Di"ensiones del estan!e tipo IIH : Tirante "'ni"oH (: /on#it!d del resalto 69a,s 2:
3.3.
Estan!e A"orti#!ador Tipo III /os estan!es a"orti#!adores tipo III son "s (ortos !e los del tipo II , poseen !n !"ral de salida , dados a"orti#!adores a#!as aa0o de los lo!es de (a'da. /a elo(idad de lle#ada para este tipo de disipador dee ser li"itada para preenir la posiilidad de presiones a0as en los dados a"orti#!adores !e p!eden ori#inar (aita(i-n. El (o"porta"iento de este disipador indi(a !e s! lon#it!d , la del resalto p!eden red!(irse alrededor del F (on a((esorios en (o"para(i-n (on el para el disipador SA>. /os estan!es tipo III son !tilizados en pe!e+os ertederos estr!(t!ras de salida , en pe!e+as estr!(t!ras de (anal donde 1 no e4(ede de 1? a 1 "5s , el n="ero de >ro!de >r1J%.?.
>i#!ra ? Estan!e a"orti#!ador para n="eros de >ro!de por en(i"a de %.? , elo(idad de lle#ada K 1 a: Di"ensiones del estan!e tipo IIIH : Alt!ras del dado , del !"ralH (: Tirante "'ni"o 69a,s 2:
3.%.
Estan!e A"orti#!ador Tipo I&
>i#!ra F Estan!e a"orti#!ador tipo I&. a: Di"ensiones del estan!eH : Tirante "'ni"oH (:/on#it!d del resalto 69a,s 2:
C!ando el n="ero de >ro!de est (o"prendido entre 2.? , %.? se prod!(ir !n resalto os(ilante en el estan!e a"orti#!ador el (!al #enera !na onda !e es di*'(il de aten!ar. El estan!e a"orti#!ador tipo I& se dise+a para (o"atir este prole"a eli"inando la onda en s! *!ente. Esto se llea a (ao intensi*i(ando el re"olino !e apare(e en la parte s!perior del resalto (on los ()orros dire((ionales de*le(tados !tilizando #randes lo!es en la rpida (!,o n="ero "'ni"o re!erido para este prop-sito se "!estra en la *i#!ra F.13. para !n (o"porta"iento )idr!li(o "e0or es (oneniente (onstr!ir estos lo!es "s an#ostos !e lo indi(ado pre*erile"ente (on !n an()o i#!al a .? ,1 , *i0ar la pro*!ndidad de salida de tal "anera !e sea !n ? a 1 "a,or !e la pro*!ndidad re(!ente del resalto. /a lon#it!d del estan!e p!ede deter"inarse "ediante la (!ra (.: de la *i#!ra . El estan!e tipo I& se !tiliza en las se((iones transersales re(tan#!lares.
>i#!ra Estan!e a"orti#!ador tipo I&. a: Di"ensiones del estan!eH : Tirante "'ni"oH : /on#it!d del resalto 69a,s 2:
;. C"!&" -on pl"-" &e -*o'(e /a palan#ana !e a!ieta desarrollada en esta pr!ea es !na disipadora de ener#'a de tipo de i"pa(to (ontenida en !na estr!(t!ra relatia"ente se"e0ante a !na (a0a pe!e+a !e no re!iere de (ola de a#!a para !na a(t!a(i-n e4itosa. Este disipador es (olo(ado en (one4iones de salida de la t!er'a la estr!(t!ra p!ede ser "odi*i(ada para el !so (on !na entrada aierta del (anal. El dise+o predo"inante , los pro(edi"ientos se replantean para per"itirle deter"inar el ta"a+o del disipador todas las di"ensiones (r'ti(as para !n ran#o de des(ar#as )asta 33L *t35s , elo(idades alrededor de 3 *t5s. /a e*i(ien(ia de este disipador para lo#rar p;rdidas de ener#'a es "a,or !e !n )idr!li(o del "is"o n="ero de *ro!de. /a ne(esidad era tener disipadores pe!e+os proe,endo disipa(i-n de ener#'a independiente de !na (ola de a#!a de la (!ra o de la (ola de (!al!ier (lase.
Canal de erosi-n , la opera(i-n de e"er#en(ia para la "4i"a des(ar#a 7 disipador de ener#'a tipo i"pa(to@sin (ola de a#!a.
>i#!ra. 9!ro estndar , al*eizer *inal.
Se (a!sa "enos erosi-n (on dise+o alternatio.
Aparien(ia de *l!0o para des(ar#a "4i"a d!rante !na opera(i-n de e"er#en(ia. Fuente: Bureau of reclamation stilling basins & energy dissipator. By A. j. Peterka, Denver !olorado
##.
TIPO SALTO 6IDRAULICO.
El resalto )idr!li(o es el as(enso r!s(o del niel del a#!a !e se presenta en !n (anal aierto a (onse(!en(ia del retardo !e s!*re !na (orriente de a#!a !e *l!,e a eleada elo(idad. Este *en-"eno presenta !n estado de *!erzas en e!ilirio en el !e tiene l!#ar !n (a"io iolento del r;#i"en de *l!0o de s!per(r'ti(o a s!(r'ti(o. /as (ara(ter'sti(as del resalto )idr!li(o )an sido aproe()adas para red!(ir las elo(idades de *l!0o en (anales a alores !e per"itan el es(!rri"iento sin o(asionar tensiones de (orte s!periores a los l'"ites per"itidos por los materiales que (o"ponen el per'"etro "o0ado. El l!#ar #eo";tri(o en el !e se presenta el resalto se deno"ina (ol()-n )idr!li(o. Una de las apli(a(iones pr(ti(as "s i"portantes del salto )idr!li(o es !e se !tiliza para disipar la ener#'a del a#!a !e *l!,e sore presas ertedores , otras estr!(t!ras )idr!li(as , preenir de esta "anera el *en-"eno de so(aa(i-n a#!as dea0o de di()as estr!(t!ras.
F#9(%". 5e%te&o% &e -%e+t" &e -"!&" %p#&" -on %e+"lto *#&%(l#-o.
Fuente: Disipadores de "nerg#a, $A%APA '"stados unidos (e)icanos*.
Si el N="ero de >ro!de es "a,or a la !nidad 6> J 1: el *l!0o se deno"ina s!per(r'ti(o.
Si el N="ero de >ro!de es i#!al a la !nidad 6> M 1: el *l!0o se deno"ina (r'ti(o.
Si el N="ero de >ro!de es "enor a la !nidad 6> 1: el *l!0o se deno"ina s!(r'ti(o.
3. CARACTERISTÍCAS B7SICAS DEL RESALTO 6IDR7ULICO. A (ontin!a(i-n se est!dian al#!nas (ara(ter'sti(as si(as de i"portan(ia en !n resalto )idr!li(o en (anales re(tan#!lares )orizontales.
3.3 P8%&#&" &e ene%9!". En el resalto la p;rdida de ener#'a es i#!al a la di*eren(ia de las ener#'as espe('*i(as antes , desp!;s del resalto. P!ede de"ostrarse !e la p;rdida es<
D-nde< E1 M Ener#'a espe('*i(a antes del resalto1. E2 M Ener#'a espe('*i(a desp!;s del resalto.
B1 M Pro*!ndidad del a#!a antes del resalto. B2 M Pro*!ndidad del a#!a desp!;s del resalto. A la rela(i-n E5E1 se le (ono(e (o"o p;rdida relatia.
3.1 E#-#en-#". Es la rela(i-n entre la ener#'a espe('*i(a antes , desp!;s del resalto )idr!li(o. P!ede "ostrarse !e la e*i(ien(ia es<
En la e(!a(i-n anterior se indi(a !e la e*i(ien(ia de !n resalto es !na *!n(i-n adi"ensional !e depende solo del n="ero de >ro!de del *l!0o de apro4i"a(i-n *.
D-nde< * r1 M N="ero de >ro!de. &1 M &elo(idad del a#!a en la se((i-n del . # M Constante de #raedad. /a p;rdida relatia es
1−
E2 E1
es ta"i;n !na *!n(i-n adi"ensional del
n="ero de >ro!de.
3. Lon9#t(&. P!ede de*inirse (o"o la distan(ia "edida desde la (ara *rontal del resalto )idr!li(o )asta !n p!nto en la s!per*i(ie in"ediata"ente a#!as aa0o del re"olino. /a *-r"!la e4istente para la lon#it!d de salto )idr!li(o presenta la rela(i-n entre lon#it!d del salto )idr!li(o , la pro*!ndidad del a#!a del *l!0o s!per(r'ti(o de a(!erdo a los n="eros de >ro!de.
F#9(%". Lon9#t(& en t8%<#no+ &e l" p%o(n&#&"& +e-(ente &e %e+"lto+ en -"n"le+ *o%#)ont"le+.
Fuente: +idr-ulica de canales abiertos, /en 0e !1o2.
1. TIPOS DE RESALTO 6IDR7ULICO. Pr(ti(a"ente el resalto )idr!li(o es !n "edio =til para disipar el e4(eso de ener#'a en !n *l!0o (on r;#i"en s!per(r'ti(o. S! i"portan(ia radi(a en preenir la erosi-n en la ase de la estr!(t!ra a#!as dea0o de los ertedores de e4(eden(ia rpidas , (o"p!ertas deslizantes ,a !e esto red!(e rpida"ente la elo(idad del *l!0o sore !n piso prote#ido )asta !n p!nto donde el *l!0o pierde s! (apa(idad de so(aar el le()o. Un salto )idr!li(o p!ede o(!rrir en (!atro *or"as distintas si es salto ond!lar (o"o se osera en el (!adro anterior. /a (lasi*i(a(i-n de los saltos (lsi(os s-lo podr darse en t;r"inos del n="ero de >ro!de si saltos (on pro*!ndidades "enores a , 1 e4(l!,;ndose de 1 a 2 (". Se#=n $radle, , Peter8a 61L?: saltos )idr!li(os (lsi(os p!eden prod!(irse tal (o"o se presenta en la *i#!ra.
Fuente: !1apter 3: 4DA567! 85(P, 9P" !A"6 4DA567!$ F9 "%7""$.
Se les p!ede (lasi*i(ar ta"i;n de la si#!iente "anera<
F%3 3 >l!0o (r'ti(o por lo !e no se *or"a nin#=n resalto.
Fuente: +idr-ulica de canales abiertos, /en 0e !1o2 ';<<=*.
F%3 3 " 3. /a s!per*i(ie de a#!a presenta la tenden(ia a la *or"a(i-n de ond!la(iones. P;rdidas de ener#'a insi#ni*i(antes.
Fuente: +idr-ulica de canales abiertos, /en 0e !1o2 ';<<=*.
F%3 3. " 1.? p%e(
Fuente: ydraulic 8ump 0ype $tilling Basins, ani %. B1o2mik
F%3 1.? " ;.? t%"n+#t#on (
Fuente: ydraulic 8ump 0ype $tilling Basins, ani %. B1o2mik
F%3 ;.? " H.2 +t"#l#+e& (
Fuente: ydraulic 8ump 0ype $tilling Basins, ani %. B1o2mik
F%3 JH.2 -*oppK (
Fuente: ydraulic 8ump 0ype $tilling Basins, ani %. B1o2mik
Se p!ede desta(ar el si#!iente (!adro se#=n &en Te C)o<
Tabla. Número de Froude y tipos de resalto (Ven Te Chow, 1973
Fuente: !1apter 3. rydraulic 8ump, 9pen !1annel rydaulics for "ngineers
. CAIDA DENTADA. Estas an proistas de a((esorios espe(iales in(l!idos lo!es !"rales , pilares de*le(tores. Este tipo de lozas dentadas para (anales o des(ar#a de ertedores se !sa en (anales donde el a#!a dee a0arse de !na elea(i-n a otra para i"pedir a(elera(iones in(onenientes del *l!0o a "edida !e el a#!a aanza por el ertedero. El (anal p!ede dise+arse para des(ar#as )asta de ?.? "35s por "etro de an()o , la (a'da p!ede ser tan #rande (o"o sea estr!(t!ral"ente *a(tile. Con la losa el a#!a lle#ar al pie del ertedero (on !na elo(idad relatia"ente a0a , no re!erir !n (ol()-n )idr!li(o a"orti#!ador.
.3 CANAL CON BLOQUES. /os lo!es en la rpida se !tilizan para (on*or"ar !na estr!(t!ra dentada a la entrada del (anal de entre#a. S! *!n(i-n es diidir el ()orro de entrada , elear !na parte de ;l desde el piso prod!(iendo !na lon#it!d de salto "s (orta !e la !e ser'a posile sin ellos. Estos lo!es ta"i;n tienden a estailizar el resalto , por (onsi#!iente a "e0orar s! (o"porta"iento.
Figura. Blo>ues a la entrada del colc1?n 1idr-ulico.
.1 CANAL CON REMATE DENTADO.
/os !"rales dentados a "en!do se (olo(an al *inal del (anal de entre#a. S! *!n(i-n es red!(ir ade"s la lon#it!d del resalto , (ontrolar la so(aa(i-n. Para (anales lar#os dise+ados para altas elo(idades de entrada el re"ate o !"ral @ por lo #eneral @ es dentado para llear a (ao la *!n(i-n adi(ional de olar la parte resid!al del ()orro de alta elo(idad !e p!ede al(anzar el e4tre"o del (anal de salida.
Figura. 5mbrales a la salida del canal de entrega.
. CANAL CON PILARES DEFLECTORES. Son lo!es lo(alizados en posi(iones inter"edias sore el piso del (anal de entre#a. S! *!n(i-n es disipar la ener#'a prin(ipal"ente "ediante !na a((i-n de i"pa(to. /os pilares de*le(tores son "!, =tiles en pe!e+as estr!(t!ras (on elo(idades de entrada a0as.
Figura. Pilares reflectores en el canal de entrega.
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
Fuente: 7mpact Basins and "nergy Dissipators, @aters1ed "ngineering
;. C"!&"+ &e +"l#&" -on C<"%" D#+#p"&o%" Estos tienen s! apli(a(i-n en ertederos de e4(eden(ias rpidas , estr!(t!ras de (a'da lire. En ellos la ener#'a se disipa por "edio de ()o!e ,a !e el a#!a (ae lire , erti(al"ente en !n estan!e en el le()o del r'o. Deido al #ran poder erosio del a#!a se tiene !e reestir el (a!(e , s!s paredes (on ro(as o (on(reto. De todas "aneras los "ateriales s!*ren "!()o des#aste por el (onstante ()o!e por lo !e se dee )a(er !n "anteni"iento peri-di(o. Un estan!e a"orti#!ador se )a(e ne(esario (!ando no es posile lo#rar la disipa(i-n de ener#'a deseada de "anera nat!ral es de(ir (!ando el tirante (on0!#ado ne(esario es "a,or al tirante e4istente a#!as aa0o. En esos (asos se (onsidera la alternatia de *orzar a la disipa(i-n a tra;s de !n estan!e arti*i(ial oli#ando el desarrollo del resalto )idr!li(o en !n tra"o lo "s (orto posile. Para este prop-sito sern ne(esarias oras (o"ple"entarias !e per"itan prote#er el per'"etro "o0ado de la zona de "a,ores elo(idades. Al pie de la (a'da se presenta el tirante "'ni"o , "in , por lo tanto la ener#'a espe('*i(a "4i"a 6>i#!ra :. Si , "in M ,1 para la *or"a(i-n del resalto )idr!li(o ser ne(esario (ontar (on !n tirante (on0!#ado , 2 !e deer desarrollarse por e*e(to de las (ondi(iones de es(!rri"iento e4istentes a#!as aa0o 6a:H es de(ir !e , 2Q,a.
Figura. esalto 1idr-ulico para 4 min
˂
4 .
Si ,a ,2 el resalto )idr!li(o no se *or"ar en la se((i-n 1 sino !e por e*e(to de s! ener#'a (in;ti(a la zona de r;#i"en s!per(r'ti(o se desplazar a#!as aa0o )asta en(ontrar !n tirante !e sea pr-4i"o al tirante (on0!#ado. Sin e"ar#o es posile !e la zona de r;#i"en s!per(r'ti(o ten#a !na lon#it!d "a,or a la "4i"a estale(ida por los (riterios adoptados para el pro,e(to. Para in(re"entar el tirante de a#!as aa0o e4isten arias posiilidades< 1: pro*!ndizar el piso o (onstr!ir !n traesa+o de *ondoH 2: in(re"entar la
r!#osidad de la loza de *ondoH 3: red!(ir el an()o de la se((i-nH %: red!(ir la pendiente de la loza de *ondo. En las >i#!ras , L se presentan la pri"era , la se#!nda posiilidad.
;.3 D#+e=o &e (n Col-*>n 6#&%(l#-o /a pro*!ndiza(i-n del piso en la zona del (anal de entre#a deter"ina el in(re"ento de la alt!ra de (a'da en la estr!(t!ra , en (onse(!en(ia !n "enor tirante ,"in 6,1: , !n "a,or tirante (on0!#ado ,2. Con la pro*!ndiza(i-n del le()o en el (ol()-n )idr!li(o no solo se presenta !na (o"pensa(i-n #eo";tri(a del d;*i(it de alt!ra en el tirante a#!as aa0o sino !e la (on*ina(i-n del resalto )idr!li(o #enera !na "a,or intensidad de ()o!es entre las part'(!las de a#!a (ontra las paredes laterales , prin(ipal"ente (ontra la pared *rontal del (ol()-n.
Figura. !olc1?n 1idr-ulico profundiado el nivel de piso.
Figura. "stan>ue amortiguador con travesaCo de fondo.
;.1 D#n &e "
Gasto Unitario 6:. Con los alores de aenida de dise+o 6: , el an()o de (resta 6$: se otiene el #asto !nitario por "etro de lon#it!d de (resta (on la rela(i-n si#!iente< q=
Q B
Tirante (on0!#ado "enor. Se propone !n alor para el tirante (on0!#ado "enor 6,1: "is"o !e se eri*i(a dentro de los (l(!los.
Alt!ra Total de Ca'da 6:. Se propone la elea(i-n del piso del (anal de des(ar#a , la pro*!ndidad se de*ine (on la alt!ra del (i"a(io desde s! (resta )asta el piso del tan!e a"orti#!ador , se (al(!la< En la !e< M Alt!ra total de la (a'da ". a M Alt!ra del (i"a(io desde s! (resta )asta el piso del tan!e a"orti#!ador ". ,1 M Tirante (on0!#ado "enor prop!esto ".
&elo(idad al pie del (i"a(io. Se (al(!la la elo(idad 6& 1: del a#!a de la se((i-n del tirante (on0!#ado "enor 6,1: (o"o se "!estra<
El tirante (on0!#ado "enor 6, 1: se otiene (on la si#!iente e(!a(i-n<
&eri*i(a(i-n. El alor otenido para , 1 dee ser apro4i"ada"ente i#!al al prop!esto en el p!nto 2H de no ser as' se propone otro tirante , 1 , se !ele a (al(!lar )asta otener la i#!aldad indi(ada.
A0!ste al n="ero de >ro!de. Este tirante se reisa "ediante el (l(!lo del n="ero de >ro!de de a(!erdo (on la si#!iente e(!a(i-n deiendo otenerse !n alor entre %.? , L.H de no ser as' se propone otra pro*!ndidad del tan!e a"orti#!ador o sea !e se in(re"enta el alor de 6a: , se repite el pro(eso )asta otener el n="ero de >ro!de espe(i*i(ado.
Tirante (on0!#ado "a,or 6, 2:. Con el alor de , 1 a(eptado se (al(!la el alor del tirante (on0!#ado "a,or 6, 2: (on la e(!a(i-n<
D-nde< ,2 M Tirante (on0!#ado "a,or ".
Figura. $alto 1idr-ulico, de acuerdo al nmero de Froude.
/a lon#it!d del tan!e a"orti#!ador. /a lon#it!d 6/T: del tan!e a"orti#!ador se otiene apli(ando la rela(i-n<
Pro*!ndidad del tan!e a"orti#!ador (on r;#i"en !ni*or"e en el (anal de des(ar#a. /a pro*!ndidad 6p: del tan!e a"orti#!ador se otiene (on la e4presi-n si#!iente<
En la !e< p M Pro*!ndidad del tan!e ". , M tirante nor"al de es(!rri"iento en el (anal de des(ar#a " 6tirante del r'o: si no se (!enta (on , se !sa el , (r'ti(o del r'o para el (!al se (al(!la de la si#!iente *or"a<.
Y C
=
√ 3
q 2 g
Figura. /ariables >ue intervienen en el diseCo de un colc1?n 1idr-ulico.
?. S"lto t#po S@# > E+'(! Ta"i;n se le (ono(e por s! trad!((i-n en in#les (o"o *lip !(8et. Se !tiliza para #randes des(ar#as prin(ipal"ente en los ertederos. Vsta se )a(e dire(ta"ente sore el r'o. Se !tilizan !nos tra"polines para )a(er saltar el *l!0o )a(ia !n p!nto a#!as aa0o red!(iendo as' la erosi-n en el (a!(e , el pie de la presa. /a tra,e(toria del ()orro depende de la des(ar#a de s! ener#'a en el e4tre"o , del n#!lo (on el !e sale del tra"pol'n. S! *!n(iona"iento se e (on la *or"a(i-n de dos re"olinos !no en la s!per*i(ie sore el tra"pol'n , el otro s!"er#ido a#!as aa0oH la disipa(i-n de la ener#'a se )a(e por "edio de ;stos.
Fuente: 6ecture E 8ump as energy dissipation !ontrol of jump.
/a tra,e(toria del ()orro de des(ar#a p!ede (al(!larse (on la e(!a(i-n<
D-nde< 4, M Coordenadas de !n siste"a (artesiano (on ori#en en el laio de la (!eta. W M n#!lo !e *or"a el laio de la (!eta (on la )orizontal.
Se re(o"ienda !e el n#!lo de salida a no sea "a,or de 3X. Ade"s (on o0eto de eitar presiones en la plantilla los radios de la (!eta deen ser #randesH se s!#ieren las si#!ientes (ondi(iones<
D-nde< R M Radio de la (!eta de*le(tora ". d M Tirante a la salida ". M &elo(idad de salida "5s. /a pro*!ndidad l'"ite del pozo de so(aa(i-n se p!ede (al(!lar (on las e(!a(iones de &eronese 1L3<
D-nde< ds M Pro*!ndidad "4i"a de so(aa(i-n aa0o del niel de a#!as del re"anso ". YT M Ca'da desde el "4i"o niel del ()orro )asta el niel de re"anso ". M Gasto !nitario "35s.
?.3 S"lto t#po S@# S(
El *!n(iona"iento )idr!li(o de este tipo de disipador se "ani*iesta por la *or"a(i-n del resalto )idr!li(o en la s!per*i(ie del es!'. El !so de los disipadores es!' s!"er#ido p!ede ser per0!di(ial deido al des#aste !e prod!(e en las s!per*i(ies de (on(reto (a!sado por el "aterial !e re#resa a lo lar#o del orde del de*le(tor deido al re"olino en el *ondo.
Figura. Disipador tipo ski $umergido.
Fuente: 6ecture E 8ump as energy dissipation !ontrol of jump.
?.1 S"lto t#po S@# E+t%#"&o. Este tipo de disipador (ontiene estr'as en el de*le(tor oli#ando a separar el a#!a el ()orro de alta elo(idad sale del orde (on !n n#!lo "enor , sola"ente parte del ()orro de alta elo(idad a a dar a la s!per*i(ie. De esta *or"a se prod!(e !na t!r!len(ia "enor en la s!per*i(ie del ertedero eitando as' s! erosi-n. Este tipo de disipador es "s e*i(iente !e el disipador es!' liso ,a !e la (orriente de a#!a es diidida por las estr'as a(elerando la dispersi-n de ener#'a el disipador tipo es!' estriado p!ede o no ser s!"er#ido dependiendo las pro*!ndidades del (a!(e. El n="ero de >ro!de en la entrada del , tra"pol'n dee ser de<
Figura. Disipador tipo ski "striado.
Fuente: 6ecture E 8ump as energy dissipation !ontrol of jump.
?.1.3 Con+#&e%"-#one+ en el &#+e=o p"%" el &#+e=o &e (n t%"
En planta se p!ede (lasi*i(ar en<
No es l-#i(o el !so de tra"polines (oner#entes ,a !e esto i"pli(ar'a el a!"ento en el #asto espe('*i(o sore el tra"pol'n , (on ello !n a!"ento de la so(aa(i-n a#!as aa0o.
D#+po+#t#o+ (+"&o+ en (n t%"
U#-"-#>n &el t%"
Se deer !i(ar el tra"pol'n sie"pre por en(i"a del niel del a#!a del (anal de ea(!a(i-n para !e la des(ar#a del *l!0o se reali(e lire"ente. Si no o(!rre esto la estr!(t!ra podr'a destr!irse.
/a posi(i-n *inal del tra"pol'n deer #arantizar !na elo(idad en el ()orro para !e el *l!0o sea lanzado lo "s le0os posile de la ora.
Se dee tener presente !e (!ando el ()orro al (aer sore el a#!a lo )a#a (on !na in(lina(i-n
C#
T#%"nte+ en el t%"
En el tra"pol'n se as!"en !e el tirante de (ir(!la(i-n es i#!al al tirante !e lle#a a la entrada.
Figura. "s>uema disipador de salto tipo es>u#.
D>n&e: )1MTirante al *inal de la rpida 6":. /"inM/on#it!d "'ni"a del tra"pol'n 6":. PMDistan(ia erti(al "edida desde el *ondo del tra"pol'n )asta la s!per*i(ie lire del a#!a a#!as aa0o 6":. BMIn(lina(i-n ()orro 6X:.
/M/on#it!d de !elo del *l!0o 6":. /(M/on#it!d de !elo del *l!0o por el (ono 6":. $/M $orde lire 6":. tM/on#it!d del (ono 6":.
?.1.1 Meto&olo9!" &e (n t%"
Ca!dal de dise+o 6:
An()o de la rpida 6:
Distan(ia erti(al "edida desde el *ondo del tra"pol'n )asta la s!per*i(ie lire del a#!a a#!as aa0o 6P:.
Tirante al *inal de la rpida 6) 1:.
Paso . Cl(!lo de la elo(idad , el n="ero de >ro!de a la entrada
del tra"pol'n.
Paso ; . Co"proar si FR3(!"ple (on la restri((i-n<
Paso 3. Cl(!lo del FR3<" para (ono(er si se prod!(ir o no
(aita(i-n en los de*le(tores<
Paso =. Cl(!lo del di"ensiona"iento del tra"pol'n , los de*le(tores.
Figura. Dimensionamiento del trampol#n y los deflectores en un $alto "s>u#.
1. /on#it!d del tra"pol'n
L<#n ;.*3 2. Alt!ra del de*le(tor
K3 2. 2.;.*3 3. /on#it!d del de*le(tor 3 1.K3
%. An()o del de*le(tor 3 3
?. N="ero de de*le(tores 6 an()o rpida:
Al "o"ento de en(ontrar n se deer sele((ionar !n n="ero i"par de de*le(tores para #arantizar la (olo(a(i-n de !no de ellos en el e0e del tra"pol'n. •
Ui(a(i-n de*le(tores 6a ( , d:
Paso . Cl(!lo de la #eo"etr'a del *l!0o.
@/on#it!d de !elo del *l!0o 6 / :.
Tala 3.F< &alores de para el (l(!lo del n#!lo "edio del *l!0o
@In(lina(i-n del *l!0o respe(to a la s!per*i(ie de la l"ina a#!as aa0o 6B:.
@/on#it!d de !elo por el (ono 6/ (:
Paso . Cl(!lo de la pro*!ndidad del (ono 6 : esto se realizar en el
(aso de tra"pol'n (on de*le(tores por "edio de las si#!ientes e4presiones.
P"%" +(elo+ +(elto+ G%""+, "%en"+, et- $egn A(79/:
8dM (oe*i(iente !e tiene en (!enta el "aterial del le()o a#!a aa0o , se (al(!la (o"o<
$egn $05D7"7!7G9/ :
$egn (70$856A/A:
P"%" -("l'(#e% t#po &e +(elo $egn /7H%9:
$egn 69PAD9:
P"%" +(elo+ -o*e+#o+ o "%-#llo+o+ $egn (70$856A/A:
Co"o podernos er tene"os arias e4presiones !e son (o"ple0as para otener !na sol!(i-n dire(ta p!es el n="ero de in(-#nitas es #rande lo (!al i"pli(a entrar en !n pro(eso iteratio a (ontin!a(i-n se presenta pasos para la e0e(!(i-n de las itera(iones para otener res!ltados "s rpidos.
IMPORTANTE: Dee tener en (!enta !e las e4presiones de &iz#o , 9irts0!laa son para tra"polines sin dientes. Para los tra"polines !e ten#an dientes , sean (al(!lados (on las e4presiones de estos dos a!tores los res!ltados deern "!ltipli(arse por !n *a(tor i#!al a .
4. CAIDAS ENTUBADAS Se !sa en desnieles (o"prendidos entre 1" , %.?" , (a!dales relatia"ente pe!e+os. Tiene la enta0a de per"itir el !so del terreno en la s!per*i(ie En estas oras el a#!a entra en !na ("ara desde la !e sale !na t!er'a !e a0a el desniel !e se !iere salar. /a ener#'a !e ad!iere el a#!a en la
t!er'a se disipa en la salida prod!(to del ()o!e !e se prod!(e (ontra !na pantalla !i(ada en la ("ara ter"inal de la ora.
Fuente: +(anual B-sico de DiseCo de "structuras de Disipaci?n de "nerg#a idr-ulica, $angol>u# ';<3*.
Fuente: !ap. I +"structuras idr-ulicas en !anales, (ecanica de Fluidos.
II.
E$EMPLOS DE APLICACIN
3. Ee
DiseCo del vertedero
Se s!pone !n ertedero de e4(eden(ia alto enton(es no se (onsidera el e*e(to de la elo(idad de apro4i"a(i-n , CdM %.3. 9ediante
la
e(!a(i-n
de
des(ar#a
6%@2:
/a elo(idad de apro4i"a(i-n es 2
, la alt!ra de elo(idad (orrespondiente es
H a
2.5 =
2g
=
0.1 pies .
/!e#o la alt!ra de dise+o es H d =17.8−0.1 =17.7 pies , la alt!ra de la presa es< ) M 12 7 1. M 12.3 pies. Esta alt!ra es "a,or !e 1.33 Yd , por (onsi#!iente el e*e(to de la elo(idad de apro4i"a(i-n es insi#ni*i(ante. DiseCo del estan>ue amortiguador
Al re#istrar en la *i#!ra %.1% !na alt!ra de 1. pies por en(i"a de la (resta , !na (a'da total de 12 pies la elo(idad de *l!0o a la salida del ertedero es L pies5s. 75000
Por (onsi#!iente la pro*!ndidad de *l!0o es 79
>ro!de es
√ 3.8 g
=7.13
250.79
= 3.8 pies
, el n="ero de
.
Al in#resar en la *i#!ra ?.13 (on >r1M.13 la l'nea p!nteada da !na rela(i-n de la pro*!ndidad de salida (on respe(to a ,1 i#!al a L.. Deido a !e la pro*!ndidad de salida , la (on0!#ada , 2 en este (aso son id;nti(as , 2 M L.Z3. M 3F.L pies. Para "a,or se#!ridad de )e()o el $!rea! re(o"ienda !n "ar#en de se#!ridad "'ni"o del ? de ,2 !e dee s!"arse a la pro*!ndidad (on0!#ada. /a lon#it!d del estan!e p!ede otenerse in#resando a la (!ra de la lon#it!d 6&en Te C)o: (on >r1M.13. /!e#o /5,2M %.1F o / M %.1F[3F.L M 1?% pies.
/as di"ensiones , espa(ia"iento para los lo!es del (anal de des(ar#a son< Separa(i-n entre lo!es M ,1 M 3. pies An()o de los lo!es M ,1 M 3. pies Alt!ra de los lo!es M ,1 M 3. pies Separa(i-n del orde M ,152 M 1.L pies
/as di"ensiones , espa(ia"iento para los dados a"orti#!adores son< Separa(i-n entre dados M .1?,2 M ?.?% pies An()o de los dados M .1?,2 M ?.?% pies Alt!ra de los dados M .2,2 M .3 pies An()o de la parte s!perior M .2 ,2M .% pies
1. Ee
Des(ar#a !nitaria en el disipador M %? (*s. Niel de a#!as "4i"o 6NA9: de la presa M F? *t. Alt!ra del ertedero M F? *t Radio de (!rat!ra del salto M ? *t An#!lo del salto M %? Pendiente de la s!per*i(ie a#!as aa0o del ertedero M &
!olu"i#n
