UNIVERSIDAD CATOLICA LOS ANGELES DE CHIMBOTE.
FACULTAD
: Ingeniería
CURSO
: PATOLOGIA
Civil Y
REPARACION
DE
ESTRUCTURAS EN ING. CIVIL.
DOCENTE
:
INFORME
:
ALUMNOS
:
Ing. Hugo PISFIL REQUE.
Patologías madera.
en
estructuras
-ALVARADO ESCOBEDO Luis Enrique. -CALDAS LEON José.
2013
de
TRANSICIONES
Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico. La transición en un canal es una estructura diseñada para cambiar la forma o el área de la sección transversal del flujo. En condiciones normales de diseño e instalación prácticamente todos los canales y canaletas requieren alguna estructura de transición desde los cursos de agua y hacia ellos. La función de una estructura de este tipo es evitar pérdidas de energía excesivas, eliminar ondas cruzadas y otras turbulencias y dar seguridad a la estructura y al curso del agua. USOS
Las transiciones se emplean en las entradas y salidas de acueductos, sifones invertidos y canalizaciones cerradas, así como en aquellos puntos donde la forma de la sección transversal del canal cambia repentinamente. Cuando se cambia de una sección a otra, se tienen pérdidas de carga, si ese cambio se hace bruscamente las pérdidas son muy grandes. Algunas de las causas que ocasionan las pérdidas de carga, son: la fricción, el cambio de dirección, el cambio de velocidad y el cambio de pendiente. La variación del perfil trae como consecuencia la variación de las velocidades para el agua y por lo tanto la forma de las paredes, del fondo o ambos. Hinds propone que el
perfil calculado de la superficie del agua sea regular y sin quiebres en todo lo largo de la transición, en su principio y fin.
2.- TIPOS DE TRANSICIÓN De acuerdo a su forma, las transiciones se pueden considerar de tres tipos: 1) Transiciones biplanares o a base de planos 2) Transiciones regladas 3) Transiciones alabeadas TRANSICIONES BIPLANARES
Las transiciones biplanares, denominadas también a base de planos, son aquellas que están formadas por dos planos, que según la figura, uno de ellos es el que va de la iniciación de la transición (Talud del canal, línea AB), hasta terminar en un punto (C) en la parte inferior del término de la transición, este plano es ABC. El otro plano es el que principia en un punto (A) al inicio de la transición y termina en la línea formada por uno de los lados de la transición (línea DC) al final de ésta, el plano es ADC, Para su trazo este tipo de transiciones no requiere de cálculo alguno.
En las transiciones biplanares se hace un cálculo hidráulico sencillo para obtener las pérdidas de carga:
Perdida de carga por transición de entrada Perdida de carga por entrada =
Dónde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de perdida de carga en transición de entrada = 0.3
Perdida de carga por entrada = Perdida de carga por transición de salida Perdida de carga por salida =
Dónde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de perdida de carga en transición de entrada = 0.5
Perdida de carga por salida =
TRANSICIONES REGLADAS
La transición reglada es aquella que está formada por líneas rectas, colocadas a igual distancia desde el inicio hasta el fin de la transición, estas líneas van tomando su verticalidad a medida que disminuye la sección, según se observa en la figura. Para su trazo, este tipo de transiciones no necesita de cálculos complicados.
Perdida de carga por transición entrada Perdida de carga por entrada
Dónde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de entrada = 0.2Perdida de carga por entrada
Perdida de carga por entrada
Perdida de carga por entrada =
Perdida de carga por transición de salida Perdida de carga por salida
Donde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de perdida de carga en transición de entrada = 0.3 Perdida de carga por salida =
TRANSICIONES ALABEADAS
La transición alabeada es aquella que está formada por curvas suaves, generalmente parábolas, por lo que requiere un diseño más refinado que las anteriores, siendo ésta la transición que presenta las mínimas pérdidas de carga.
Perdida de carga por transición entrada Perdida de carga por entrada =
Donde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de entrada = 0.1
Perdida de carga por entrada = Perdida de carga por transición de salida Perdida de carga por salida =
Donde: Ve = carga de velocidad en la estructura Vc= carga de velocidad en el canal Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de entrada = 0.2
Perdida de carga por entrada = DISEÑO DE TRANSICIONES: Como una aplicación del concepto de energía específica vamos a estudiar el perfil de la superficie libre en un canal en el que hay un cambio en la sección transversal. Este cambio puede originarse en una pequeña grada de fondo, positiva o negativa, según que el fondo ascienda o descienda. Las transiciones se originan también por un cambio en el ancho del canal y se llaman contracciones si el ancho disminuye y expansiones si aumenta. Para el estudio del perfil de la superficie libre en una transición suponemos que la pérdida de carga es
despreciable. En consecuencia cualquiera que sea la transición se tendrá que entre dos secciones 1 y 2 la ecuación de la energía es:
En ambas secciones debe cumplirse la ecuación de continuidad.
Para el diseño hidráulico de las transiciones, adicionada a las pérdidas de carga, obtenidas de acuerdo a lo especificado en cada uno de los tipos, se determina la longitud de la transición.
ASPECTOS IMPORTANTES EN EL DISEÑO: A. PROPORCIONAMIENTO: para tener una transición bien diseñada deben considerarse las siguientes reglas para el dimensionamiento.
a. El ángulo máximo optimo entre el eje del canal y la línea que conecte los lados del canal entre las secciones de entra y salida es de 12.5º
b. Evítense los ángulos agudos en la superficie del agua o en la estructura, ya que estos inducirán ondas estacionarias extremas y turbulencia.
B. PERDIDAS: la perdida de energía de una transición está compuesta por perdidas de fricción y perdidas de conversión, las perdidas por fricción pueden estimarse por cualquier ecuación de flujo uniforme, como la ecuación de manning. Esta pérdida a menudo tiene un efecto muy pequeño en el perfil del flujo de la transición y puede ignorarse el diseño preliminar. La perdida por conversión generalmente se expresa en términos del cambio en la altura de velocidad entre las secciones de entrada y salida.
C. BORDE LIBRE: pueden utilizarse reglas aproximadas ara la estimación del borde libre en canales revestidos y no revestidos, para profundidades de flujo
superiores a 12 pies. Debe darse especial consideración el borde libre en la transición.
D. ELIMINACION DEL RESALTO HIDRAULICO: la existencia de un resalto hidráulico en una transición puede objetarse si obstaculiza el flujo y consume energía útil. Cuando la transición viene desde un flujo supercritico a un flujo subcritico, el resalto hidráulico puede eliminarse mediante proporciona miento cuidadoso de las dimensiones de la transición.
CRITERIOS PARA HALLAR LA LONGITUD DE TRANSICIÓN: La longitud de la transición se obtiene de acuerdo al criterio de J. Hinds, que consiste en considerar que el ángulo que deba formar la intersección de la superficie con el eje de la estructura sea de 12°30'. Según experiencias obtenidas desde la antigua Comisión Nacional de Irrigación, el ángulo puede ser aumentado hasta 22°30', sin que el cambio de secciones en la transición sea brusco y con el cual se reduce ligeramente el costo de las mismas.
CRITERIOS DE HINDS: la longitud queda dada por la formula
α
L
La longitud de la transición se obtiene de acuerdo al criterio de J. Hinds, que consiste en considerar que el ángulo que debe formar la intersecion de la superficie del agua y la pared en el principio y fin de transicion con el eje de la estructura en 22°30.
a) OTROS INVESTIGADORES Recomiendan α=12°30 Para que el coeficiente “k” de la pérdida de carga por transición sea mínima:
b) USANDO PLANTILLA: en algunos casos se cumple.
B=PLANTILLA DE CANAL MAYOR B=plantilla de canal menor
Según U.S.B.R, manifiesta: En conductos que funcionen parcialmente llenos o en canales abiertos, las variaciones angulares de las superficies que confinan el flujo, no deben exceder a la siguiente ecuación:
Dónde:
: Angulo que forman las paredes laterales respecto al eje central del canal y proporciona transiciones aceptables.
V: velocidad promedio al principio y fin de la transición. D: promedio de diámetros.
EJERCICIO DE APLICACIÓN: 1.- Determinar la longitud de transición para el si guiente cambio de sección de un canal Q = 15 m 3/s 1 2
2 1
Sección 1:
Sección 2:
Tirante = 1.3
Tirante = 1.3
Ancho solera = 4.5
Ancho de solera = 3.5
Talud = 2
Talud = 0
DESARROLLO Calculo de espejos de agua para las dos secciones: Sección 1: T = 4.5 + 2x1.3x2 = 9.7 Sección 2: T = 3.5
L=
Calculo de la longitud de transición por Hinds. α= 22.5
( )
= 7.48
Calculo de la longitud de transición por A.N.A. α= 11 L=
( )
= 15.95
Calculo de la longitud de transición por Angulo optimo α= 12.5 L=
( )
= 13.98
2.- Un canal que conduce 20 m 3/seg. Pasa a través de una transición de 20 m. de longitud, de una sección rectangular de ancho 3m. a otra trapezoidal de 4m. de base y talud 1:1, se desea calcular el tirante en la sección rectangular, si la transición no tiene pendiente y el tirante en la sección trapezoidal es 3m.
DESARROLLO
Según el problema:
De otro lado:
Luego:
3.- Por un canal de sección rectangular, fluye un caudal de 6.5 m3/s. pasando por una sección de ancho de 3m. a otra de 5m. en forma gradual sin que el fondo varíe de cota, el tirante en la sección de 5m. es 1.20m y en la de 3m es 1.045; se pide calcular: a) El ángulo apropiado que debe tener el eje del canal con los aleros de la transición, según USBR. b) La pérdida de la energía en la transición.
Solución: a) El ángulo apropiado será:
√ √
Se calcula el N° de froude en cada sección y se obtiene el promedio
Por medidas tomamos:
b) La pérdida de carga se calcula dependiendo del tipo de transición con la que se trabaje, para este caso trabajaremos con una transición del tipo biplanar (Kte = 0.3).
BIBLIOGRAFIA / WEBGRAFIA
http://es.scribd.com/doc/57302432/HIDRAULICA-RUIZ
http://www.manizales.unal.edu.co/gestion_riesgos/descargas/ponencias/Manual_est ructuras_vertimiento.pdf
Manual: Criterios De Diseños De Obras Hidraulicas Para La Formulacion De Proyectos Hidraulicos Multisectoriales Y De Afianzamiento Hidrico
Hidraulica de canales abiertos - Ven Te Chow.