27
SALTOS DE AGUA 1. INTRODUCCION Muchas veces en los proyectos hidráulicos como canales, se requiere salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo, es aquí donde se requiere de los llamados “saltos de agua”, que son estructuras de caída. Una estructura de caída es una estructura de regulación que disminuye el nivel del agua a lo largo de su curso. En general, la pendiente de un canal es más moderada que la del terreno, como resultado de lo cual un canal construido en corte en su cabecera, pronto superará la superficie del terreno. Para evitar rellenos excesivos, el nivel del lecho del canal aguas abajo se disminuye y los dos tramos se conectan mediante una estructura de caída apropiada Gómez Navarro hace una diferenciación de estas obras y conviene en llamarles caídas cuando los desniveles son ¡guales o menores a 4m. Para desniveles mayores a 4.0m la estructura toma el nombre de rápida y en estos casos es conveniente un estudio económico entre rápida o una serie de caídas, denominadas gradas. En el presente trabajo de investigación, se presentara los saltos de agua como: caídas verticales, caídas inclinadas. Así como los criterios necesarios para el diseño hidráulico de las mismas, así mismo se presentara ejemplos de aplicación a manera de la mejor comprensión del tema. Página 1

Caidas!

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Caidas!

SALTOS DE AGUA

1. INTRODUCCION

Muchas veces en los proyectos hidráulicos como canales, se requiere salvar

desniveles bruscos en la rasante de fondo, es aquí donde se requiere de los

llamados “saltos de agua”, que son estructuras de caída.

Una estructura de caída es una estructura de regulación que disminuye el nivel

del agua a lo largo de su curso.

En general, la pendiente de un canal es más moderada que la del terreno,

como resultado de lo cual un canal construido en corte en su cabecera, pronto

superará la superficie del terreno. Para evitar rellenos excesivos, el nivel del

lecho del canal aguas abajo se disminuye y los dos tramos se conectan

mediante una estructura de caída apropiada

Gómez Navarro hace una diferenciación de estas obras y conviene en

llamarles caídas cuando los desniveles son ¡guales o menores a 4m.

Para desniveles mayores a 4.0m la estructura toma el nombre de rápida y en

estos casos es conveniente un estudio económico entre rápida o una serie de

caídas, denominadas gradas.

En el presente trabajo de investigación, se presentara los saltos de agua

como: caídas verticales, caídas inclinadas.

Así como los criterios necesarios para el diseño hidráulico de las mismas, así

mismo se presentara ejemplos de aplicación a manera de la mejor

comprensión del tema.

Página 1

Page 2: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

2. GENERALIDADES

Se le denomina saltos de agua a las estructuras hidráulicas proyectadas para salvar desniveles, entre

ellas tenemos:

FIGURA: LOCALIZACION DE CAIDAS DE UN CANAL

3. MARCO TEORICO

Página 2

RAPIDAS

GRADAS ESCALONADAS

CAIDAS INCLINADAS

CAIDAS VERTICALES

SALTOS DE AGUA

CAIDAS

Page 3: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

3.1. Caídas.

Son estructuras proyectadas en canales o drenes para salvar desniveles bruscos en la

rasante del fondo. Las caídas se localizan de tal manera que los cortes y rellenos del canal

se equilibren en lo posible. Para controlar la velocidad en tramos de alta pendiente se

pueden utilizar combinaciones entre caídas verticales, escalonadas o rápidas según las

variaciones del terreno. Las caídas del canal pueden utilizarse para desarrollos

hidroeléctricos, utilizando turbinas de tipo propulsión o bulbo. Al hablar sobre caídas se

debe de tener en cuenta el concepto de sección de control; que no es mas que una sección

donde ocurre el tirante crítico y por lo tanto se puede medir el flujo o cantidad de agua que

está circulando, pero no significa que tenga que medirse en forma obligada, ya que una

sección de control siempre va a ocurrir en una caída y el objetivo de la caída no es medir el

flujo, ahora que quiera aprovecharse la ocurrencia de la sección de control para medir el

caudal, es otra cosa, que depende ya de los criterios de planificación del sistema de riego.

3.1.1. Caídas verticales

Las caídas verticales pueden ser de varios tipos y se podría decir que no tienen limitaciones

en cuanto al caudal y altura de caída, sin embargo, es recomendable su uso hasta desniveles

de 1.0 m y solo cuando la naturaleza del problema así lo exija, se construirán para

desniveles mayores a 1.0 m.

Existen ciertas limitaciones de orden técnico, que impiden el uso de una caída vertical.

a) El asentamiento inaceptable del canal en la parte superior de la caída ocasionando por

la excavación para construir la poza de disipación.

b) Problemas de tubificación debido a la remoción del material para la construcción de la

caída.

c) Al ser la longitud total de la caída vertical menor que la longitud total de una caída

inclinada, resulta un gradiente hidráulico más fuerte, en el caso de la caída vertical, el

chorro cae con más fuerza siendo necesario ventilar el vacío que se forma debajo del

chorro de caída.

3.1.1.1. Elementos de una caída vertical

En el diseño de una caída, se pueden distinguir los siguientes elementos:

Página 3

Page 4: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

ELEMENTOS DE UNA CAIDA VERTICAL

Transición de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la sección del canal superior con la sección de control.

Sección de control: es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas.

Caída en sí: la cual es de sección rectangular y puede ser vertical o inclinada.

Poza o colchón amortiguador: es de sección rectangular, siendo su función la de absorber la energía cinética del agua al pie de la caída.

Transición de salida, une la poza de disipación con el canal aguas abajo.

3.1.1.2. Clasificación

A continuación presenta una diferenciación entre los tipos de caídas más usuales:

1. Caída con poza de disipación de sección rectangular, que puede ser.

a) De poza con obstáculos para el choque

b) De poza con obstáculos para el choque - tipo SAF

2. caída vertical con muro de mamposteria de piedra y poza rectangular sin obstáculos

3. caída vertical con poza de disipación de sección trapezoidal.

3.1.1.3. Criterios de diseño

1. Se construyen caídas verticales, cuando se necesitan salvar un desnivel de 1m

como máximo, solo en caso excepcionales se construyen para desniveles

mayores.

2. Se recomienda que para caudales unitarios mayores a 300 l/seg. x m de ancho,

siempre se debe construir caídas inclinadas, además manifiesta que la

Página 4

Page 5: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

ejecución de estas obras debe limitarse a caídas y caudales pequeños,

principalmente en canales secundarios construidos en mamposteria de piedra

donde no se necesita ni obras de sostenimiento ni drenaje.

3. Cuando el desnivel es < 0.30m y el caudal < 300 l/seg. x m de ancho canal, no

es necesario poza disipación.

4. El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula con la formula

para caudal unitario °q":

q=1.48 H 3 /2

Siendo el caudal total:

Q=23

μ∗B∗√2 g H 3/2

Dónde:

μ=0.50

B=anchode la caida.

5. La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte

sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.

6. 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.

7. Rand (1955) , 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:

Ld∆ Z

=4.30∗D 0.27

Y P

∆ Z=1.00∗D0.22

Y 1

∆ Z=0.54∗D1.425

Y 2

∆ Z=1.66∗D0.27

Lj=6.9(Y 2−Y 1)

Dónde:

D= q2

g∗∆ Z3

Que se le conoce como numero de salto y:

Cosθ= 1.06

√ ∆ ZYc

+32

Página 5

Page 6: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

FIGURA: CARACTERISTICAS DE UNA CAIDA VERTICAL

8. Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad de aire dela cámara

indicada en la figura anterior la cual se debe reemplazar para evitar la

cavitación o resonancias sobre la estructura.

9. Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones

siguientes:

a) Contracción lateral completa con cresta vertiente, disponiéndose de este

modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lámina

vertiente.

Página 6

Page 7: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

b) Agujeros de ventilación, cuya capacidad de suministro de aire en m3/s x

m de ancho de cresta de la caída, es igual a:

qa=0.1∗qw

( YpY

)1.5

Dónde:

qa=¿Suministro de aire por metro de ancho de cresta

Y=¿Tirante normal aguas arriba de la caída

qw=¿Maxima descarga unitaria sobre la cresta.

( Ppϑ )= ρa

ρw

(Ke+ flD

+ Kb+Kex )V a

2

2 g

Dónde:

( Ppϑ )=¿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)

Ke=¿Coeficiente de perdida de entrada (Usar Ke=0.5)

f= coeficiente de fricción en la ecuación de Darcy Weisbach.

h f=f

LD

∗V 2

2 g

L=¿Longitud de la tubería de ventilación (m)

D=¿Diametro del agujero de ventilación (m)

Página 7

Page 8: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

Kb=¿Coeficiente de perdida por curvatura (usar Kb=1.1)

Kex=¿Coeficiente de perdida por salida (Kex=1.0)

Va=¿Velocidad media del flujo de aire a través de la tubería de

ventilación.

ρa

ρw

=¿Aproximadamente 1/830 par aire a 20°C.

3.1.1.4. Procedimiento para el diseño de una caída sin obstáculos

1. Diseño del canal, aguas arriba y aguas abajo de la caída Utilizar las

consideraciones prácticas que existen para el diseño de canales.

2. Cálculo del ancho de la caída y el tirante en la sección de control

En la sección de control se presentan las condiciones críticas. Para una

sección rectangular las ecuaciones que se cumplen son las siguientes:

Se puede asumir que Emin, = En (energía específica en el canal), para inicio

de lo.s cálculos y realizar la verificación.

También se puede suponer un ancho en la sección de control de la caída,

calcular el tirante crítico y por la ecuación de la energía calcular el tirante al

inicio de la transición.

Existen fórmulas empíricas para el cálculo del ancho de la rápida, las cuales son:

De acuerdo a Dadenkov, puede tomarse:

Otra fórmula empírica:

Por lo general el ancho de solera con esta última fórmula, resulta del mayor

magnitud que con la fórmula de Dadenkov.

3. Diseño de la transición de entrada

Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es:

Página 8

Page 9: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

T1 = espejo de agua en el canal

T2 = b = ancho de solera en la caída

4. Cálculo de la transición de salida

Se realiza de la misma forma que la transición de entrada

5. Dimensiones de la caída

Caídas pequeñas: De acuerdo con los diseños realizados por el SENARA, en

canales con caudales menores o iguales que 100 l.p.s (Q < 0.1 m3/s), se tiene:

Dónde:

y

3.1.1.5. Proceso de cálculo de una caída sin obstáculos

El proceso de cálculo para caídas verticales sin obstáculos es como sigue:

Calcular el número de caída utilizando la siguiente relación:

; sabiendo: q=Q

b

Donde:

D= numero de la caida

yc=tirante critico de la seccion de control

h=desnivel

q= caudal unitario.

Calcular los parámetros de la caída vertical, Estos parámetros, según Rand

(1955), se calculan con un error inferior al 5 %, con las siguientes

ecuaciones:

Página 9

Page 10: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

yp es la altura que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de

agua marche hacia abajo.

CAIDA VERTICAL SIN OBSTACULOS

Calcular la longitud del resalto, se puede calcular con la formula se Sieñchin:

Calcular la longitud total del colchón, la cual será:

Debe evitarse que en la cámara de aire se produzca vacio, por que esto

produce una succión que puede destruir la estructura por cavitación, para

evitar esto se puede hacer agujeros en las paredes laterales o incrementar en

la poza 10 o 20 cm a ambos lados.

Para filtraciones que se producen en la pared vertical se recomienda hacer

lloraderos (drenes de desagüe).

3.1.1.6. Caídas verticales con obstáculos para el choque

El bureau of reclamation, ha desarrollado para saltos pequeños, un tipo de

caída con obstáculos donde choca el agua de la lámina vertiente y se ha

obtenido una buena disipación de energía para una amplia variación de la

profundidad de la lámina aguas abajo, a tal punto que puede considerarse

independiente del salto

Página 10

Page 11: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

FIGURA: CAIDA VERTICAL CON OBSTACULOS PARA EL CHOQUE

Anchura y espaciamiento de los obstáculos =0.4Yc,

Longitud mínima de la cubeta = Ld+2.55Yc

Ld=4.30∗D 0.27∗H

D= q2

g H 3

q=QB

Con contracciones laterales

Q=C∗L∗H 3 /2

Sin contracciones laterales

Q=23∗B∗h

32 (0.605+ 1

1050 h−3+0.08

hP∗√2g)

Dónde:

B = Ancho de la caída

Q = Caudal en vertedero o caudal de la caída

P = El mínimo valor de P, será la diferencia de energías aguas arriba de la cresta y en la cresta donde se produce Yc

h = Carga sobre cresta

Se calcula primeramente B, puesto que “Q” es el caudal en el canal y por lo tanto es ya conocido. La anchura y espaciamiento entre los obstáculos será aproximadamente 0.4 Yc.

3.1.2. Caídas rectangulares inclinadas

Una caída rectangular inclinada es una estructura de forma rectangular y de ancho constante que lleva agua de un lugar alto a uno de menor elevación. La altura de la caída puede estar comprendida entre 90 cm y 4,5 m. Estas caídas no sólo conducen agua, sino también aquietan el agua una vez que llega a la parte inferior de la estructura, disipando el exceso de energía. La estructura de ingreso debe servir de control para regular el tirante aguas arriba de la caída.

Página 11

Page 12: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

Las caídas rectangulares inclinadas son de fácil diseño, construcción y operación. Las entradas y salidas pueden ser fácilmente adaptadas a canales de tierra o con recubrimiento. Las entradas pueden ser hechas para incluir una estructura de control, inspección (check), o un vertedero.

Los principales elementos hidráulicos de una caída rectangular inclinada son, la transición de aguas arriba, la entrada, el canal inclinado, el cuenco disipador, la salida y la transición de aguas abajo.

Página 12

Page 13: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

Página 13

Page 14: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

3.1.2.1. Elementos:

Transición de aguas arriba: La transición de aguas arriba produce un cambio gradual en la velocidad desde el canal a la estructura.

Cuando se usa un control de entrada no hay un cambio en la elevación del fondo del canal y la transición de entrada usualmente debe proveer un decrecimiento gradual de la elevación de solera desde el canal a la abertura de la estructura. La pendiente de fondo de un control de entrada no debe ser mayor que 4:1. Una transición de tierra puede requerir una protección contra la erosión.

Entrada: la entrada a una caída rectangular inclinada puede ser alguna de las que se describe a continuación:

1) Sección de control por tirante crítico (control): en un canal de tierra que no requiere una estructura de control, la entrada a la caída debe ser diseñada para proveer una sección de control, la cual prevendrá la aceleración de la corriente aguas arriba y la erosión del canal. La entrada debe ser diseñada entonces para la máxima capacidad de descarga de la caída con tirante normal en el canal.

La entrada debe ser simétrica con respecto al eje, y siempre que sea posible, a una distancia suficiente de una curva horizontal aguas arriba tal que limite la acción indeseable de las ondas debido al flujo asimétrico. El control de tirante crítico trapezoidal debe guardar una proporción entre el ancho de fondo y la pendiente del talud para una variación del flujo de diseño a uno del 20% del caudal de diseño. Para cualquier flujo dentro de este rango la muesca hace que el tirante del canal aguas arriba sea o esté muy cerca del tirante normal. Esto también puede ser regulado para controlar sólo una descarga específica.

Las paredes laterales de sobre-flujo, (figuras 12 y 13) son lo suficientemente largas como para permitir que el flujo de diseño vaya encima de las paredes laterales con la muesca completamente bloqueada. El fondo de la estructura de entrada (El. B, figuras 12 y 13) se sitúa lo suficientemente bajo como para que el flujo al principio de la inclinación no afecte al flujo que atraviesa la muesca de control. Expresado de otra manera, la elevación B se sitúa lo suficientemente baja como para prevenir que el flujo en la sección inclinada controle el nivel del agua en el canal. La estructura de entrada además tiene muros de ala y obturadores con el fin de contener el terraplén del canal y para reducir la filtración en el mismo.

2) Inspección (check): Las estructuras de inspección están habitualmente combinadas con la entrada de las caídas. Las inspecciones en estos casos son utilizadas como un control para prevenir la aceleración de la corriente de agua aguas arriba de la entrada, además de la función usual de levantar el nivel del agua para permitir la desviación a través de ella aguas arriba durante los períodos de flujo parcial en el canal. Las

Página 14

Page 15: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

inspecciones deben además ser usadas para interrumpir el flujo del canal si existe algún desperfecto tal como una pérdida aguas arriba para permitir que el flujo del canal se derive hacia otra parte. Esta interrupción en la entrada puede proveer un aislamiento de la extensión del canal en caso de falla de almacenamiento o para propósitos de mantenimiento. El área de la apertura de la entrada debe estar proporcionada para limitar la velocidad del flujo de diseño aproximadamente a 1 m/s. Esta velocidad es considerada como la máxima deseable para un fácil manejo de la barrera de tablas. El ancho es usualmente el mismo que el determinado como ancho requerido para el cuenco disipador. La elevación de la apertura de entrada puede ser la misma o más baja que la del fondo del canal, pero nunca mayor. Las compuertas de deslizamiento pueden ser operadas automáticamente.

3) Vertedero: algunas veces es necesario poner a la entrada de una caída rectangular inclinada un vertedero de medición. Para un canal revestido, generalmente la revancha mínima en la entrada debe ser la misma que para el resto del canal con recubrimiento.

Para canales sin recubrimiento con capacidades mayores que 2,7 m³/s, la mínima revancha debería ser de 15 cm para tirantes de agua de 37,5 cm, 22,5 cm para tirantes de 38 cm a 60 cm, 30 cm para tirantes de 61 cm a 1,50 m, 37,5 cm para tirantes de 1,51 m a 2,10 m, y de 45 cm para tirantes de 2,11 m a 2,7 m.

Canales rectangulares inclinados: el canal es de sección rectangular, y esto es usualmente práctico para hacer el mismo ancho de base que el requerido por la pileta o por la sección de entrada. La altura vertical delas paredes deben ser determinadas computando el tirante en la sección con velocidad teórica y agregando una revancha de 30 cm para flujos por arriba de 2,7 m³/s. La parte inclinada puede tener una pendiente de 1½:1 pero es usual 2:1. Las caídas rectangulares inclinadas con flujos de más de 2,7 m³/s no requieren trayectorias curvadas, por lo tanto la inclinación interceptara el nivel de fondo en la entrada, y también el nivel de fondo de la pileta.

Cuenco disipador: los cuencos disipadores para saltos hidráulicos están ubicados en la parte más baja del final de las caídas rectangulares inclinadas para obtener las pérdidas de energía requeridas entre la parte más baja del canal inclinado y la pileta aguas abajo. La transición de salida, aguas abajo del cuenco disipador, reduce la velocidad y la turbulencia del agua, minimizando la erosión en el canal aguas abajo.

Los distintos tipos de disipadores de energía se ven en la sección correspondiente.

1) Salida: la salida de una caída rectangular inclinada conecta el cuenco disipador con un canal de tierra, un canal recubierto de hormigón, o un canal natural y previene o disminuye la erosión aguas abajo. Algunos de los tipos de salida más utilizados son: las transiciones de espaldón quebrado, muros divergentes verticales curvos o rectos, y un canal rectangular recto con paredes verticales cuya altura disminuye desde la altura de las paredes del cuenco hasta la altura del canal aguas abajo. Una porción de la

Página 15

Page 16: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

transición debe ser hecha de tierra procurando que la velocidad en el final no sea demasiado grande para el suelo. En la sección de transición con la tierra se usa piedra bola o grava como protección.

3.1.2.2. Procedimiento de cálculo

Los datos que se deben conocer son:

El caudal (Q), la elevación aguas arriba de la caída (ElA), la elevación aguas abajo de la caída (ElD), la geometría y propiedades hidráulicas del canal.

Los pasos para la resolución son los siguientes:

Datos del canal:

1. Tipo de canal, se debe conocer el tipo de revestimiento del canal.

2. Determinación del tipo de transición a ser utilizado aguas arriba de la estructura de caída y de la protección necesaria si el canal es de tierra.

3. Determinación de las propiedades hidráulicas del canal, tirante normal (dn), velocidad (V), altura de velocidad (hvC).

4. Determinación del tipo de estructura a realizar.

5. Determinación del nivel de la superficie de agua, aguas arriba de la caída (punto A).

NS A A=E I A +dn

6. Determinación de la altura de energía aguas arriba de la caída (punto A).

EA=NS A A+h v A

7. Determinación de la elevación del borde del canal.

8. Determinación del nivel de la superficie de agua, aguas abajo de la caída (punto D).

NS A D=E I D+dn

9. Determinación de la altura de energía aguas abajo de la caída (punto D).

ED=NS AD+h vD

10. Determinación del tipo de estructura de entrada a utilizar.

Determinación de las dimensiones de la estructura de entrada:

11. Determinación del ancho de base de la caída y de la estructura de entrada.

Página 16

Page 17: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

b (m )=18.46∗√Q( m3

s)

Q(m3

s )+9.91

Las dimensiones estándar se obtienen de la tabla 2 y 3, en función del caudal. Estas dimensiones son: ancho de base de la caída (b), longitud de la estructura de control (Lo), altura de las paredes de la estructura de control (Ho), altura de las paredes a la entrada de la caída (HF), muro de ala a la entrada de la caída (a).

12. Si se utiliza a la entrada una estructura de control, se procederá como se explica a continuación.

Un control es una estructura constituida por una caja de hormigón con una ranura en forma trapezoidal ubicada aguas arriba. Esta estructura se exige para minimizar la erosión en el canal para flujos que van desde el caudal de diseño al 20% de este. Se determina la altura de energía para el caudal de diseño (E1=dn+hv) y la altura de energía para el 20% del caudal de diseño (E2=d20%+hv20%).

Para determinar el tipo de control adecuado, se utiliza el grafico 21 del anexo, se selecciona la figura que tiene el valor de P más pequeño que abarca el rango lleno de descarga del caudal de diseño y del 20% de dicho caudal. Luego se entra al grafico con el valor de la energía (E1), se mueve verticalmente hasta la intersección con la línea horizontal correspondiente al caudal de diseño y se lee el valor de S de la curva que esté ubicada a la derecha del punto. Posteriormente se verifica de la misma manera (se entra al gráfico con el valor de la energía, E2, se mueve verticalmente hasta la intersección con la línea horizontal correspondiente al caudal del 20% del de diseño y se lee el valor de S de la curva que está ubicada a la derecha del punto) para ver si la misma curva controlará al 20% del caudal de diseño. Si la curva de pendiente (S) no es la misma para los dos rangos de caudales, se vuelve a repetir el procedimiento expuesto para los próximos valores mayores de P hasta que se verifica que la misma curva controla los dos rangos de caudales.

Una vez que esto sucede se obtiene de la figura correspondiente los siguientes valores:

Ancho de base de la ranura de control (P).

Pendiente de la ranura de control (S).

Altura de la muesca del control (T): T ≥ dn.

Página 17

Page 18: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

Ancho de boca del control (N): N = P + 2 �S �T(U. S. Bureau of Reclamation, 1978)

Luego se verifica la altura de las paredes de la estructura de control: Ho>T.

Altura de las paredes a la entrada a la caída: HF = Ho + 0,45m.

Ancho de base mínimo de la estructura de control:

bmín = N + 2—0,075m (se adopta el mayor valor de b calculado).

Determinación de la elevación de la muesca:

Elevación de muesca = Elevación A + T

Determinación de la elevación del piso del control (punto B):

Elevación de B = Elevación de la muesca – Ho.

13. Si se utiliza a la entrada una estructura de inspección (check), el procedimiento para determinar sus dimensiones es el siguiente.

Una inspección es una estructura tipo caja, cuyo ingreso esta constituido por una abertura prevista para la instalación de una compuerta o barreras.

Determinación de la altura máxima de las paredes:

Altura máx = NSAA

Determinación de la elevación del piso del chequeo (punto B):

Elevación de B = NSAA – Ho (mínimo) < Elevación A.

Determinación de las dimensiones de la compuerta: el tamaño de la compuerta, la altura del marco y el número de plataformas se obtienen en función del caudal de diseño.

Diseño hidráulico de la estructura de disipación.

14. Determinación de la mínima energía en el punto D (E’D).

El mínimo gradiente de energía aguas abajo se calcula mediante el uso de un valor de n reducido (n’). Esta reducción debe ser del 80% del valor de n de Manning asumido para el diseño del canal. Esta reducción se realiza como factor de seguridad por si el nivel de agua en el canal es inferior al indicado por el valor de rugosidad n.

Página 18

Page 19: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

Con n’=80%—n se calcula mediante la fórmula de Manning, el tirante normal (dn’), la velocidad (V’) y la altura de velocidad (hv’).

E’D = Elevación D + dn’ + hv’

15. Determinación del desnivel.

Desnivel (H): H = EA – E’D.

De las tablas 2 y 3 del anexo, se obtienen en función del caudal y el desnivel, las dimensiones de la caída rectangular inclinada y de la pileta de aquietamiento.

Longitud de la estructura de entrada a la caída (LF).

Longitud desde el inicio de la estructura de disipación hasta la primera hilera de bloques (LB).

Longitud de la estructura de disipación (Lp).

Altura de las paredes de la estructura de disipación (Hp).

(d2 + hv2).

Altura de los bloques (h).

Longitud del bloque (1,25—h).

Ancho del bloque = 0,20 m.

Espesor de las paredes de la estructura de disipación (t).

Espesor de la losa de la estructura de disipación (t’).

Longitud a la salida de la estructura de disipación (LT).

Número de bloques en la estructura de disipación (c).

Distancia del primer bloque a las paredes (d).

Ancho de base a la salida de la estructura de disipación (bT).

Número de drenes.

Armadura transversal.

Armadura longitudinal en la losa.

Armadura longitudinal en las paredes.

16. Elevación al inicio y final de la estructura de disipación (punto C).

Elevación C = Elevación D – (d2+hv2)

Página 19

Page 20: Caidas!

SALTOS DE AGUA - RAPIDAS DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

17. Determinación del tipo de transición a ser utilizado aguas debajo de la estructura de disipación y de la protección necesaria.

BIBLIOGRAFIA

MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO: AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA.

SALTOS DE AGUA Y PRESAS DE EMBALSE : GOMEZ NAVARRO Y ARACIL

Página 20