INFORME -CAIDAS

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CAÍDAS VERTICAL E INCLINADA ASIGNATURA: DOCENTE

:

IRRIGACION Ing°. Amaro Beltrán Bravo

Jimne! A"U#NOS: S$NC%E& AUGUSTO. CIC"O : GRU(O

""AS%AC

' :B

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +

GER#AN


UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CAÍDAS VERTICAL E INCLINADA ASIGNATURA: DOCENTE

:

IRRIGACION Ing°. Amaro Beltrán Bravo

Jimne! A"U#NOS: S$NC%E& AUGUSTO. CIC"O : GRU(O

""AS%AC

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UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +

GER#AN


Ca,amar-a Noviem/re 0el +123

CA4DAS EN CANA"ES

I.

INTRODUCCION

En el presente informe se presentara el diseño de caídas, siendo estas estas estruc estructur turas as hidráu hidráulica licas s que se utiliz utilizan an en aquello aquellos s puntos puntos dond donde e es nece necesa sari rio o salv salvar ar desn desniv ivel eles es brus brusco cos s en la rasa rasant nte e del del canal, uniendo así dos tramos uno superior y otro inferior, por medio de un plano vertical permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. iendo el plano vertical es un sost sosten enim imie ient nto o de tier tierra ra capa capaz z de sopo soport rtar ar el empu empuje je que que esta estas s ocasionan. Es por por ello ello como como futu futurros ing ingenie enierros civi civile les s deb debemo emos tener ener cono conocim cimie ient nto o sobr sobre e el dise diseño ño de caíd caídas as,, ya que que la !nal !nalid idad ad es conducir agua desde una elevaci"n alta hasta una elevaci"n baja y disipa disiparr la energ energía ía generad generada a por la difer diferenc encia ia de nivele niveles, s, aunque aunque tambi#n se debe tener en cuenta que se utiliza para medir el caudal que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.

II .

OBJETI)OS 2. OB OBJET JETI) I)O O GENERA GENERA" " $onocer el diseño de una caída.

+. OBJETI) OBJETI)OS OS ES(ECI5IC ES(ECI5ICOS OS  $alcular el ancho de una caída.  $alcular la transici"n de entrada.  $alcular las dimensiones de la caída.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 6


III.

#ARCO TEORICO 2. Generali0a0e7

%as 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. E&isten de varios tipos y estos dependen de la altura y del caudal del agua que se transporta. %as caídas son utilizadas ampliamente como estructuras de disipaci"n en irrigaci"n, abastecimiento de agua y alcantarillado' son tambi#n necesarias en presas, barrajes y vertederos. (entro de los tipos de caídas podemos encontrar a las caídas verticales )para salvar un desnivel hasta de *m+ y las caídas inclinadas )para salvar un desnivel hasta de m. los cuales se presentan a continuaci"n.

+. Con-e*to on 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 )muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan+, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo.

6. 58n-i9n $onducir agua desde una elevaci"n alta hasta una elevaci"n baja y disipar la energía generada por esta diferencia de niveles. %a diferencia de nivel en forma de una caída, se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal. %a funci"n de las estructuras de caída es la de llevar el agua de un lugar alto a uno bajo y la de disipar el e&ceso de energía resultante por dicha caída. -n canal a lo largo del mismo terreno podría ser lo su!cientemente empinado como para causar severas erosiones en

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION los canales de tierra o interrumpir el ujo en canales con recubrimiento )-. . /ureau of Reclamation, *012+. El agua debe, por lo tanto, ser transportada por una estructura de caída diseñada para una segura disipaci"n del e&ceso de energía. %os diferentes tipos de caídas que pueden ser usados son3 verticales, con dados disipadores, rectangulares inclinados, y en tuberías. %as caídas con dados disipadores pueden ser usadas para casi cualquier disminuci"n en la elevaci"n de la super!cie del agua donde la distancia horizontal para realizar la caída es relativamente corta. %as mismas son particularmente adaptables para la situaci"n donde la elevaci"n de la super!cie del agua aguas abajo puede variar por causa tales como degradaci"n o super!cies del agua no controladas. %as caídas rectangulares inclinadas y las caídas en tubería son usadas cuando la diferencia de altura está en el orden de 04 cm. a ,5 m en una distancia relativamente corta. %a decisi"n de usar una caída rectangular inclinada o en tubería se basa en un análisis econ"mico. -sualmente las tuberías serán seleccionadas para ujos más pequeños en tanto que las caídas rectangulares inclinadas son seleccionadas para ujos más grandes. i la caída atraviesa otro canal o carretera es probable que sea más econ"mico usar tuberías. %as rápidas usualmente son usadas cuando la diferencia de altura es mayor a ,5 metros y el agua es transportada una larga distancia y a lo largo de pendientes que pueden ser menos empinadas que las de caídas pero lo su!ciente como para mantener la velocidad supercrítica. %a decisi"n de usar una rápida o una serie de caídas estará basada en un estudio hidráulico y econ"mico de ambas alternativas. (esde un punto de vista hidráulico, las caídas no deberían estar tan pr"&imas como para evitar que se produzca ujo uniforme entre la entrada y la salida de estructuras consecutivas, particularmente cuando no se utilizan en las entradas estructuras de regulaci"n. El peligro es que no e&ista el su!ciente tirante para producir los saltos hidráulicos en los cuencos disipadores, y así se puede desarrollar un ujo interrumpido en la serie de caídas y posiblemente dañar el canal. 6eneralmente el mínimo entre estructuras de entrada y salida en caídas consecutivas puede ser 74m. El estudio econ"mico para comparar los costos de una serie de caídas con una rápida, toma en cuenta ventajas y desventajas pertinentes a condiciones especí!cas. $omparando, para una misma funci"n, los costos de mantenimiento de una serie de caídas con los de una rápida se observa que los primeros son mayores.

. CA4DA )ERTICA" .2. E"E#ENTOS Tran7i-i9n 0e entra0a -ne por medio de un estrechamiento progresivo la secci"n del canal superior con la secci"n de control.



$aída en sí %a cual es de secci"n rectangular y puede ser vertical o inclinada.

SECCI;N DE CONTRO" Es la secci"n correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas. %a secci"n de control tiene por !nalidad, mantener el ujo aguas arriba en r#gimen tranquilo, de manera que es en la misma secci"n de control donde ocurre el cambio de r#gimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad critica. %a secci"n de control consiste en una variaci"n de la secci"n del canal en el punto donde se inicia la caída o 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.

(O&A O CO"C%;N A#ORTIGUADOR Es de secci"n rectangular, siendo su funci"n la de absorber la energía cin#tica del agua al pie de la caída.

TRANSICI;N DE SA"IDA -ne la poza de disipaci"n con el canal aguas abajo.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. <


Caídas en tinajones Perú

CRITERIOS (ARA E" DISEÑO DE UNA CAIDA )ERTICA" El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula con la f"rmula para caudal unitario “ q ” . 3/ 2

q =1.48∗ H

iendo el caudal total3 Q=

2

∗ μ∗B∗√ 2 g∗ H / 8888)formula de 9eisbach+ 3 3 2

μ=0.5

B =ancho decaida v H = y + 2g

2

y =¿ :irante del canal aguas arriba v =¿ ;elocidad en el canal.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. =

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION H
%a geometría del ujo de agua de un salto vertical, puede calcularse con un error inferior al 5= por medio de las siguientes funciones3

Ld = 4.30∗ D0.27 ∆ Z

Y P ∆ Z Y 1 ∆ Z Y 2 ∆ Z

=1.0∗ D

0.22

=0.54 ∗ D

1.425

=1.66∗ D

0.27

LJ =6.9∗(Y 1−Y 1 )

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. >


Y c =

√

Q

3

2

2

b ∗g

("nde3 Ld y Lj =¿

on la longitud del estanque de amortiguamiento.

Y p=¿ >ltura de agua por debajo de la lámina vertiente en la caída. ∆ Z =¿

>ltura de la caída.

Y 1 y

Y 2=¿

?rofundidades de ujo.

Y c =¿ :irante crítico.

D =

q

2 3

g∗ ∆ Z

@ue se le conoce como numero de salto y cos θ =

.+.

1.06

√

∆ Z 2 + Yc 2

CARACTER4STICAS DE "A CA4DA )ERTICA"

 >l caer la lámina vertiente e&trae una continua cantidad de aire de la cámara, el cual se debe remplazar para evitar la cavitaci"n o resonancias sobre toda la estructura.

 ?ara facilitar la aireaci"n se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes3

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. ?

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION a. $ontracci"n %ateral completa en crestas vertientes, disponi#ndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lámina vertiente. b. >gujeros de ventilaci"n, cuya capacidad de suministro de aire en mABsegBm. (e ancho de cresta de la caída. qa =0.1

qw

( ) Y p

1.5

Y

qa =S!ini"#$o de ai$e po$ !e#$o deancho de c$e"#a %

Y =&i$an#e no$!a' aga"a$$iba de'a ca(da qw = )*+i!a de"ca$ga ni#a$ia "ob$e'a ca(da %

i.

( ) (

)

2 , a P .L /a = -e + + -b + -e+ 2g ,ϱ , w D

(onde3 P =¿ ,ϱ

baja p$e"ion pe$!i"ib'edebajo de 'a 'a!ina , en metros de

columna de agua )se puede suponer un valor de 4.4 m de columna de agua+ -e < coe!ciente de p#rdidas de entrada usar )Ce<4.5+ . < coe!ciente de fricci"n en la ecuaci"n (arcyDeisbach.

L ∗/ 2 D h. = . 2g

"
,w , apro&imadamente *B2A4 para aire F4G$

D ;eri!car que la velocidad del ujo de la caída este en el rango de 4.7mBs H v H )*.5 I F+ mBs.



.6.

D :ener cuidado el mal funcionamiento hidráulico del chorro de la caída por que puede producir una gran erosi"n en el muro vertical.

DISEÑO DE CAIDAS )ERTICA"ES

(ROCEDI#IENTO (ARA E" DISEÑO DE UNA CA4DA SIN OBST$CU"O *. (iseño del canal, aguas arriba y aguas abajo de la caída -tilizar las consideraciones prácticas que e&isten para el diseño de canales.

d*J hv*J (*< dc J hvc J he ("nde3 d*< tirante normal en el canal superior, m. hv*< carga de velocidad en el canal superior, m. (*< desnivel entre el sitio donde comienza el abatimiento y la secci"n de control, cuyo valor se desprecia por pequeño, m. hvc < carga de velocidad en la secci"n de control, m. dc < tirante crítico, m. he < suma de las perdidas ocurridas entre las dos secciones, m. %a carga de velocidad en la secci"n crítica está dada por las siguientes ecuaciones3 ?ara canales trapeciales3 hvc =

0 2 &

("nde3 hvc < carga de velocidad en la secci"n critica, m.


DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION > < área de la secci"n, m. : < ancho de la super!cie libre del agua, m. ?ara canales rectangulares3 1

hvc = dc 2

F. $álculo del ancho de la caída y el tirante en la secci"n de control En la secci"n de control se presentan las condiciones críticas. ?ara una secci"n rectangular las ecuaciones que se cumplen son las siguientes. 2

Y c = 1!in 3

√ √ 2

Y c =

b=

√

D =

2

q 3 Q = 2 g b g

3

27 Q

2

3

8 1 !in g

y c n

( n!e$odecaida )

e puede asumir que 1!in= 1n )energía especí!ca en el canal+, para inicio de los cálculos realizar la veri!caci"n. :ambi#n se puede suponer un ancho en la secci"n de control de la caída, calcular el tirante crítico y por la ecuaci"n de la energía calcular el tirante al inicio de la transici"n. E&isten f"rmulas empíricas para el cálculo del ancho de la caida, las cuales son3 K (e acuerdo a (adenLov, puede tomarse3 2

b =0.765 Q 3 ( 0ncho de 'a ca(da )

M"rmula empírica

√ Q (! / " ) ( 0ncho de 'a ca(da ) b= 10.11 + √ Q ( ! / " ) 18.78

3

3

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2+

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION ?or lo general el ancho de solera con esta Nltima f"rmula, resulta de donde3 mayor magnitud que con la f"rmula de (adenLov. A. (iseño de la transici"n de entrada ?ara el caso de una transici"n recta la ecuaci"n utilizada es3 L=

& 1−& 2 2 #g 12.5 2

("nde3 & 1= e"pejo deaga ene' cana' % & 2= b= ancho de "o'e$a en'a ca(da%

. $álculo de la transici"n de salida e realiza de la misma forma que la transici"n de entrada 5. (imensiones de la caída )@ H 4.* mABs+

7. (iseño del colch"n ?ara el diseño del colch"n, se determina la trayectoria de la vena media de la secci"n de control. El diseño del colch"n consiste en determinar su longitud, así como la profundidad del mismo. Obtenci"n de la longitud del colch"n, en relaci"n al per!l de la caída, se tiene la distancia Pn, a la cual va a caer el chorro' es conveniente que este caiga al centro de un colch"n de agua que favorezca la formaci"n de un salto hidráulico, por lo que este colch"n tendrá una longitud de %< FQPn, en la Migura se muestra el per!l de una caída3


DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION Pn se determina de acuerdo a las f"rmulas de caída libre3 Pn< vcQt ("nde3 Pn<  de la longitud %, m. vc< velocidad critica, mBs. t< tiempo que tarda en llegar una partícula de agua desde la secci"n de control al fondo del colch"n en caída libre, seg. 1

2

Y = g # 2

# =

√

2 Y

g

Entonces sustituyendo 3n= v c

√

2 Y

g

1/ 2

=0.452∗v c ∗Y

Y = 4 + P

("nde3 M< distancia vertical entre las rasantes del canal aguas arriba y aguas debajo de la caída, m. ?< profundidad del colch"n, m. %a profundidad del colch"n se obtiene con la e&presi"n3

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION P=

L 6

("nde3 %< longitud del colch"n, m. %a salida del colch"n puede ser vertical o inclinada, aconsejándose que cuando sea inclinada se haga con un talud en contra pendiente de 3* o de F3* segNn convenga. El diseño estructural consiste en especi!car las dimensiones, características y materiales que constituyen la caída vertical. e recomienda que esta estructura, cuando se utiliza con gastos pequeños, menores de F.2 mABs, no tenga una caída mayor de F.5 m, de desnivel entre plantilla y plantilla.

E,em*lo 0e a*li-a-i9n Datos: Desnivel = =1m Características del canal aguas arriba y aguas abajo: Q= "= n= %= b= &= *= +=

2.00 m!s 0.001 0.01$ 1.00 1.00 0.'( 1.(# 1.2# m!s 0.'( - 0.0'2 = ,= 0.)2

Q= "= n= %= b= &= *= +=

2.00 0.00# 0.01$ 1.00 1.00 0.)( 1.'1 1.10

,=

0.))#


m!s

m!s


H = y +

v2

⇒

2 g

1.85 +

1.57 2 2(9.81)

=

0.932m

SO"UCION A. An-o 0e la -a0a 3

q = 1.48 x(0.932) 2

B =

Q q

=

=

1.33 m3 sxm

2 1.33

B = 1.50

B. Tran7i-i9n 0e entra0a T 1

−

T 2

LTe

=

T 1

=

b + 2 zy

T 1

=

2.70m

T 2

=

1.50m

α

2tg α 2

2 = 25

LTe

=

=

1.00 + 2.00 x1.00 x 0.85



2.706 ≈ 2.8

C. Dimen7ione7 0e la -a0a

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2<

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION Q 2.00 = B 1.50 q = 1.33 m 3 sxm q=

Yc

= 3

D =

q2 g

q2 gh 3

=

=

0.56m

1.332 g (1.00) 3

=

0.18

Ld = 4.30 xhxD0.27 Ld = 4.30 x1.00 x0.180.27

=

2.70

Yp

=

hD 0.22

Yp

=

1.00 x0.180.22

Yp

=

0.69

Y 1

=

0.54 xhxD0.425

Y 1

=

0.54 x1.00 x 0.18 0.425

Y 1

=

0.26m

Y 2

=

1.66hxD 0.27

Y 2

=

1.66 x1.00 x 0.18 0.27

L j

=

6.90(Y 2

L j

=

6.90(1.05 − 0.26) = 5.451 ≈ 5.50m

−

=

1.05m

Y 1 )

Ld = 4.30( D ) 0.27

=

4.30 x (0.18) 0.27

=

2.70m

Longitud . Est . = Lj + Ld = 5.50 + 2.70 = 8.20m

D. "ongit80 0el tramo 0el -anal re-tang8lar >guas arriba de la caída L = 3.5Yc L = 3.5 x 0.56 = 1.96 ≅ 2.00

E. )entila-i9n /a,o la lámina vertiente $alculo del diámetro de los agujeros de ventilaci"n

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2=


qa

0.1

=

qw y ( p

y

=

0.1

)1.5

1.33 (1.66 )1.5 0.85

qa

=

0.18 m3 segxm

Qa

=

qa xB = 0.18 x1.50 = 0.27 m 3 seg

 >sumiendo una longitud de tubería igual a F m y un valor f < 4.4F para tuberías de !erro, se tiene3 ρ a L ρ ( e + ! = ρ g ρ w D

Qa = Va = Va = Va 2 2 g

1

π D

+

b + ex )

Va 2 2 g

......( 4.32)

2

4 Qa x 4 2 π D 0.344

Va

D 2 =

0.006 D 4

%uego remplazando la siguiente ecuaci"n.

( ) (

)

2 ,a P .L /a -e + + -b + -e+ = ,ϱ ,w D 2g

0.04 =

1 830

(0.50 + 0.02 +

5533.3 = (2.6 +

2.00 D

+

1.1 + 1.0)

0.006 D 4

......(4.32)

0.04 1 ) D D 4

Entonces resolviendo por tanteo o calculadora se obtiene. (<4.*5* m " =

π D

2

4

" = 0.018m 2

Entonces este área equivale apro&imadamente al área de tres tubos, F de  pulgadas y uno de F pulgadas, y se colocan de manera que conecten a la cámara de la caída con el espacio e&terior.

3. CAIDAS INC"INADAS UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2>


GENERA"IDADES Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad de ujo en la caída siempre mayor que la del propio canal, causando serios daños por erosi"n si no se pone un revestimiento apropiado.

3.2

(ARTES DE UNA CAIDA: -na caída inclinada se divide

desde arriba hacia abajo en las siguientes partes3

   

:ransici"n de entrada con secci"n de control $aída propiamente dicha $olch"n :ransici"n de salida

En algunos casos la caída propiamente dicha y el colch"n, pueden ser de secci"n rectangular o trapezoidal, la secci"n depende de las condiciones locales y en todo caso del criterio del diseñador.

SECCI;N DE CONTRO". %a secci"n de control consiste en una variaci"n de la secci"n 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 INC"INADO: 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 )*.53*+, obteni#ndose economía en el proyecto, al necesitarse solo un revestimiento de *4 a *5 cm de espesor.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 2?

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION e procura que los taludes del canal sigan las mismas inclinaciones que en la secci"n de control, debiendo tener la parte revestida su!ciente altura para que el agua no brinque arriba de ella.

CO"C%;N: El segundo problema que se presenta es el paso del r#gimen rápido en la caída, al tranquilo en el canal de salida, aprovechándose la tendencia que e&iste de producir el alto Sidráulico en este lugar, que es el sitio con que se cuenta para la disipaci"n de energía, favoreciendo su formaci"n en el lugar deseado. e recuerda que en la formaci"n del salto completo, se tienen dos tirantes conjugados d* y dF correspondientes a la vena líquida antes del salto y despu#s de #ste, respectivamente. ?ara canales de secci"n rectangular los tirantes conjugados quedan ligados por la ecuaci"n3

$uando se tiene el canal de secci"n trapecial, la soluci"n es un poco más complicada, pudi#ndose recurrir a algunos de los procedimientos siguientes3 a+ ?or medio de la f"rmula de la fuerza especí!ca o funci"n momentum.

Esta igualdad se resuelve por tanteos' como los valores del primer t#rmino de la ecuaci"n es desconocido se procede a determinarlo, una vez que se ha determinado, procedemos por tanteo a calcular el segundo t#rmino, suponiendo un tirante conjugado mayor dF y el centro de gravedad en la secci"n F del canal. En el momento en que se igualen los valores de en los dos miembros de la ecuaci"n, en ese momento el valor del tirante conjugado mayor dF )salto hidráulico+ será el correcto, de no ser así, se procederá a suponer un segundo tirante. ?ara que se presente el salto hidráulico en las caídas rápidas pueden suceder tres casos3

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +1

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION *D. @ue el nivel de la .%.>. sea mayor al tirante dF requerido. En este caso, el salto se producirá en la rama inclinada de la caída o rápida' es decir, sí dn J p T dF. FD. @ue el nivel de la .%.>., sea igual al tirante dF conjugado de d*' entonces el salto se producirá a partir del pie del plano inclinado, #sta es la alternativa deseable' es decir que dn J p < dF. AD. @ue el nivel de la .%.>. sea más bajo al que se tendría con el tirante dF. Resulta que el salto no se produce y que el agua sigue corriendo con velocidad muy fuerte en r#gimen variado, de tipo retardado por no tener el segundo canal pendiente mayor que la crítica. El agua irá aumentando su tirante hasta que llegue a tener un tirante dF, conjugado del tirante normal que corresponde al tramo bajo del canal, en ese momento se produce el salto' es decir sí dn J p H dF, el salto no se produce. Esto suele presentarse a una distancia muy grande aguas abajo, que puede ser de 54, *44 m o más' toda esta zona debe quedar debidamente protegida contra erosiones. (e acuerdo a lo anterior e&istirá la conveniencia de obligar al salto a producirse en el pie del plano inclinado, se diseñará la caída de tal forma que se logre que el tirante conjugado dF d# el nivel de la .%.>. aguas abajo. Esto te"ricamente se logra haciendo que ? < dF I d*, pero segNn Uantilla aconseja que se d#3 ?<*.*5 )dFDd*+.

3.+. CRITERIOS DE DISEÑO EN CA4DAS INC"INADAS: SECCI;N RECTANGU"AR *. %a rampa inclinada en sentido longitudinal de la caída en sí, se recomienda en un valor de )vBS+ *.53* a F3*, su inclinaci"n no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material con!nado. F. la longitud má&ima del tramo inclinado debe ser de *A.5m A. la altura má&ima de  . del punto de vista hidráulico las caídas no deben estar cerca unas de otras. %a distancia mínima entre caídas debe ser de 74m 5. la altura de las paredes de la rampa inclinada puede calcularse en base al tirante crítico, en la entrada con un borde libre de 4.Am para caudales menores a 4.A mABs. 7. El ancho de la caída / es igual y la poza se calcula mediante la siguiente ecuaci"n3



B=

18.78 10.11

√ Q (! / " ) ( 0ncho de 'a ca(da ) 3

3

+Q (! / " )

1. :ransici"n de entrada o de salida

L=

& 1−& 2 2 #g 12.5 2

("nde3 & 1= e"pejode agaen e' cana' %

& 2= b= ancho de "o'e$a en'a ca(da%

alto hidráulico en caída inclinada )per!l de la caída+. (e la !gura, se tiene3 (espejando a M*3 iendo3 dc < tirante crítico en la secci"n de control < carga de velocidad crítica en la secci"n de control M < desnivel topográ!co entre los dos tramos ? < profundidad del colch"n d* < tirante al pie de la caída . $onociendo d* se determina dF por alguno de los procedimientos mencionados.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. ++

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION . %a longitud del tanque amortiguador conviene que sea de 5 a 1 veces la altura del salto hidráulico, es decir3 % < 5 a 1 )dF Id*+

alto Sidráulico en caída inclinada con tanque amortiguador rectangular.

EJERCICIO DE A("ICACI;N: (iseñar la caída inclinada con los datos característicos de un canal rectangular en su tramo superior e inferior3 @< 4.7mVABs n <4.4*  < 4.444F /< *.5 (iferencia de cotas< Fm



Di7eo i0rá8li-o: a.F

(AR$#ETROS AGUAS ARRIBA SECCI;N AF

?arámetros 0 =1.5∗d

P!= 2 d + 1.5 5h=

∗d 2 d + 1.5 1.5

(or maning tenemo7: 2

0 ∗ 5h 3 ∗S Q= n

∗d 2 d + 1.5 ¿ ¿ 2 ¿ ∗0.0002

1/ 2

1.5

1/ 2

3

( 1.5∗d )∗¿ 0.6=¿

Enton-e7: "8ego:

d = d 0 =0.7586 !

0 =1.5∗d =1.139 P!= 2 d + 1.5 =3.018

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +

/ 0 =

0.6 Q = =0.527 ! / " 0 1.139

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION 5h=

∗d = 0.3772 2 d + 1.5 1.5

5re80 4$ =

/

√

g∗ 0 &

=

√

0.527

9.81

∗1.139

= 0.1931

1.5

4$ =0.1931 < 1

/.F

Mlujo subcritico

ANC%O DE CA4DA

(or la Horm8la tenemo7: B=

18.78 √ Q 10.11

+Q

=

18.78 √ 0.6 10.11

+ 0.6

=1.358 !

-.F(ARA#ETROS EN "A SECCION C SECCION CRITICAF Ca80al 8nitario en la 7e--i9n 0e -a0a: q <@B/ <*.5B*.A52 < 4.*2 mABm

(arámetro7

√ √ 2

dc =

3

q 3 0.4418 = g g

2

/ 6 =

= 0.271 !

q 0.4418 = =1.63 ! / " Y 6 0.271

5re80 4$ =

/ 1.63 = =0.9997 =1 √ g∗d 6 √ 9.81∗0.271

4$ =1

Mlujo critico )comprobado+

d.+ TRANSICI;N DE ENTRADA O DE SA"IDA. %a longitud de transici"n de entrada es3



¿=

& 0 −& 6

− = 1.5 1.358 =0.32 ! 2∗#g ( 12.5 ) 2∗#g ( 12.5 )

e.F

SECCI;N DE CONTRO"

"a longit80 0e la 7e--i9n 0e -ontrol e7: '"c= 3.5∗dc =3.5∗0.271 =0.95 !

So/re eleva-i9n 0el Hon0o  D

7h ¿

e igualan las energías en la secci"n > W $

1 0 = 16 + 7h

1 0 =

/ 0

2

2g

+ d 0 =

0.527 2g

2

+ 0.759=0.7732

1.63

¿ ¿ ¿2 ¿ 2

/c 1c = + dc =¿ 2g

Remplazando. 1 0 − 16 = 7h 7h =0.7732 − 0.4065 =0. 3667 !

f.+ %OX6Y:-( (E% :>X@-E >UOR:Y6->(OR. % < 5 a 1 )dF Id*+

Cal-8lo 0e lo7 tirante7 -on,8ga0o7 Sacemos3 1c = 1 1

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +<


1c =

/ c

2

2g

+ d c + Z c =

1.63 2

2

+ 0.271 + 2+ P =2.406 + P

∗9.81

2

2

2

2

/ 1 / / / + d 1 + Z 1 + h . = 1 + d 1+ 0 + 10 1 =1.1 1 + d 1 11= 2g 2g 2g 2g

%uego3 1c = 1 1

2.406

+ P=1.1

/ 1

2

2g

+ d

1

?ero3 q / 1= d1

2

/ 1=

q

2 2

d1

2

2 / 1 q + d 1=1.1 + d1 2.406 + P=1.1 2 2g 2 g d1

2

P=1.1

q

2

2 g d1

+ d1 −2.406

88888.)*+

:ambi#n tenemos3 P=1.15∗d 2−d n

d 2=

P + d n P + 0.759 1.15

=

888888888.. )F+

1.15

W d 2=

−d 2

1

+

√

2

d1 4

+

2

∗/ ∗ d

2

1

1

g d 2=

−d 2

1

+

√

2

d1 4

∗ + q g∗d 2

2

8888888)A+ 1

Minalmente para hallar los posibles tirantes conjugados, tenemos la siguiente hoja de cálculo, resuelto por tanteos.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +=

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION %o que nos interesa en la siguiente tabla es encontrar valores apro&imadamente iguales de las ecuaciones )F+ y )A+. Wa que es

d2

(e la tabla se concluye que los datos )tirantes conjugados y la profundidad del colch"n+ supuestos son correctos, entonces3

 :irantes conjugados3 d* < 4.471* y dF < 4.1A1  ?rofundidad del colch"n < ? < 4.40* < 4.* $alculo de3

/ 1=

Entonces Mreud.

q 0.4418 = = 6.59 ! / " d 1 0.0671

4$ =

/ 6.59 = =8.12: !ayo$ qe 1 √ g∗d 1 √ 9.81∗0.0671

Cal-8lo 0e la longit80 0e la *o!a % < 5 a 1 )dF Id*+ % < 7 )4.1A1 I4.471*+

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +>

DISEÑO DE CAIDAS IRRIGACION % < .4F m > $OX:YX->$YOX E (E>RRO%%>R> E% ?RO/%EU> >X:ERYOR EX ?RO6R>U> (E $OU?-:O )Rápidas ;*.4+.

UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. +?






3. CONC"USIONES UNI)ERSIDAD NACIONA" DE CAJA#ARCA *ág. 6+

INFORME -CAIDAS

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