Hidráulica Ingeniería Civil

Ing. José Arbulú Ramos Página 1

RESUMEN EJECUTIVO

“CAÍDAS VERTICALES Y

CAÍDAS INCLINADAS”

INTEGRANTES:

ARAUJO TORRES MAX ANDERSON

GARCÍA QUIÑONES, DAVID

MONTALVO MALCA, WILLIAN

RAMOS VILCARROMERO, GREYSSI

MILAGROS

ÍNDICE:

I. CAÍDAS VERTICALES

1.1. GENERALIDADES 1.3. CRITERIOS DE DISEÑO

II. CAÍDAS INCLINADAS 2.1. GENERALIDADES 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO

III. BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFIA

SALTOS DE AGUA

Son obras proyectadas en un canal, para salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo.

CAÍDAS

Las caídas son estructuras que sirven para transportar el agua de un nivel superior a otro nivel inferior y que al hacerlo se disipe la energía que se genera. Existen de varios tipos y estos dependen de la altura y del caudal del agua que se transporta.

Las caídas son utilizadas ampliamente como estructuras de disipación en irrigación, abastecimiento de agua y alcantarillado; son también necesarias en presas, barrajes y vertederos.

I. CAÍDAS VERTICALES

1.1. GENERALIDADES

Las caídas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.

Donde:

d1= Tirante normal en el canal superior, m.

hv1= Carga de velocidad en el canal superior, m.

D1= Desnivel entre el sitio donde comienza el abatimiento y la sección de control, cuyo valor se desprecia por pequeño, m.

hvc= Carga de velocidad en la sección de control, m.

dc= Tirante critico, m.

he= Suma de las perdidas ocurridas entre las dos secciones, m.

Una sección adecuada y más sencilla de calcular es la rectangular, esto se logra haciendo los taludes verticales. Del régimen crítico para secciones rectangulares se tiene:

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√

Donde:

dc = Tirante critico, m.

Q = Caudal que circula por la sección, m3/s.

B = Plantilla de la sección, m.

g = Aceleracion de la gravedad, 9.81 m2/s.

La carga de velocidad en la sección critica esta dada por las siguientes ecuaciones:

Para canales trapeciales:

Donde:

hvc = Carga de velocidad en la sección critica, m.

A = Área de la sección, m2.

T = Ancho de la superficie libre del agua, m.

Para canales rectangulares:

Obtención de la longitud del colchón, en

relación al perfil de la caída, se tiene la

distancia Xn, a la cual va a caer el chorro;

es conveniente que este caiga al centro de

un colchón de agua que favorezca la

formación de un salto hidráulico, por lo

que este colchón tendrá una longitud de L

= 2*Xn, en la figura siguiente se muestra el

perfil de una caída:

Xn se determina de acuerdo a las formulas de caída libre.

Donde: F = Distancia vertical entre las rasantes del canal aguas arriba y aguas debajo de la caída, m.

P = Profundidad del colchón, m.

La profundidad del colchón se obtiene con

la expresión:

Donde: L = Longitud del colchón, m.

1.2. CRITERIOS DE DISEÑO DE CAÍDAS VERTICALES

Se construyen caídas verticales, cuando se

necesitan salvar un desnivel de 1 m como

máximo, solo en casos excepcionales se

construyen para desniveles mayores.

SINAMOS, recomienda que para caudales

unitarios mayores a 3000 lt/seg.*m de

ancho, siempre se debe construir caídas

inclinadas, además manifiesta que la

ejecución de estas obras debe limitarse a

caídas y caudales pequeños,

principalmente en canales secundarios

construidos en mampostería de piedra

donde no se necesita ni obras de

sostenimiento ni drenaje.

Cuando el desnivel es 0.30 m y el caudal 300 lt/seg.*m de ancho de canal, no es necesario poza de disipación.

El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula con la fórmula para caudal unitario “q”.

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Siendo el caudal total:

√

La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.

Por debajo de la lámina vertiente en la caída se produce un depósito de agua de altura Yp que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo.

Rand (1955) citado por ILRI (5) Pag. 209, encontró que la geometría del flujo de agua en un salto vertical, puede calcularse con un error inferior al 5 %, por medio de las siguientes funciones:

Donde:

Que se le conoce como numero de salto y

√

Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cámara indicada en la figura 1. El cual se debe reemplazar para evitar la cavitación o resonancia sobre toda la estructura.

Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes:

Contracción lateral completa en cresta vertiente, disponiéndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire de la lamina vertiente.

Agujero de ventilación, cuya capacidad de suministro de aire en m3/seg.*m de ancho de cresta de la caída, según ILRI(5) Pag. 210, es igual a:

( )

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Donde:

Suministro de aire por metro de ancho de cresta

Tirante normal aguas arriba de la caída

Máxima descarga unitaria sobre la caída

(

)

Donde:

Baja presión permisible debajo de la lámina vertiente, en metros de columna de agua. (Se puede suponer un valor de 0.04 m. de columna de agua)

Coeficiente de pérdida de entrada. (Usar Ke = 0.5)

Coeficiente de fricción en la ecuación de Darcy – Weisbach.

Longitud de la tubería de ventilación, m.

Diametro del agujero de ventilación, m.

Coeficiente de perdida por curvatura. (Usar Kb = 1.1)

Coeficiente de perdida por salida (Usar Kex = 1.0)

Velocidad media del flujo de aire a través de la tubería de ventilación.

⁄ aproximadamente 1/830 para aire a 20°C.

II. CAÍDAS INCLINADAS

2.1. GENERALIDADES

Estas estructuras se proyectan en

tramos cortos de canal con pendientes

fuertes, siendo la velocidad de flujo en

la caída siempre mayor que la del

propio canal, causando serios daños

por erosión si no se pone un

revestimiento apropiado.

Una caída inclinada se divide desde

arriba hacia abajo en las siguientes

partes:

Transición de entrada con sección

de control

Caída propiamente dicha

Colchón

Transición de salida

En algunos casos la caída propiamente

dicha y el colchón, pueden ser de

sección rectangular o trapezoidal, la

sección depende de las condiciones

locales y en todo caso del criterio del

diseñador.

SECCIÓN DE CONTROL.- La sección de

control consiste en una variación de la

sección del canal en el punto donde se

inicia la caída o en una rampa en contra

pendiente, de manera que la energía en

el canal aguas arriba sea igual a la

energía en el punto donde se inicia la

caída.

CONDUCTO INCLINADO: El piso del

canal superior se une con el del inferior

siguiendo un plano con talud igual al de

reposo del material que conforma el

terreno (1.5:1), obteniéndose economía

en el proyecto, al necesitarse solo un

revestimiento de 10 a 15 cm de

espesor.

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Se procura que los taludes del canal

sigan las mismas inclinaciones que en la

sección de control, debiendo tener la

parte revestida suficiente altura para

que el agua no brinque arriba de ella.

COLCHÓN: El segundo problema que se

presenta es el paso del régimen rápido

en la caída, al tranquilo en el canal de

salida, aprovechándose la tendencia

que existe de producir el Salto

Hidráulico en este lugar, que es el sitio

con que se cuenta para la disipación de

energía, favoreciendo su formación en

el lugar deseado.

2.2. CRITERIOS DE DISEÑO

CRITERIOS DE DISEÑO EN CAÍDAS INCLINADAS: SECCIÓN RECTANGULAR

1. La rampa inclinada en sentido

longitudinal de la caída en sí, se recomienda en un valor de 1.5:1 a 2:1, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material confinado.

2. El ancho de la caída B es igual a:

QB

q

Donde: 3

21.71q H

q Valor conocido

3

22

23

gH

0.58 (Valor promedio aceptado

en este caso)

3. Es muy importante tener en cuenta la subpresión.

III. BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFIA

BIBLIOGRAFÍA

Manual : CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRÁULICAS PARA LA FORMULACIÓN DE PROYECTOS HIDRÁULICOS - ANA

Hidraúlica II - Pedro

Rodriguez R.

MANUAL DE DISEÑO HIDRÁULICO DE CANALES Y OBRAS DE ARTE. Ing. Elmer García Rico. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología – CONCYTEC. Consejo Consultivo Departamental de Lambayeque. Abril 1987.

LINKOGRAFIA

www.cepes.org.pe/pdf/OCR/.../guia_practica_infraestructura1.pdf

http://foros.construaprende.com/como-diseno-caidas-verticales-inclinadas-y-rapidas-vt5747.html

http://civilgeeks.com/tag/diseno-de-caidas-hidraulicas-verticales-y-inclinadas/