RÁPIDAS ESCALONADAS

8/12/2019 RPIDAS ESCALONADAS

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06/06/2014 NESTOR RAUL GARCA T. 1

RPIDAS ESCALONADAS(STEPPED SPILLWAYS)

NESTOR RAUL GARCA T.


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INTRODUCCIN

Nuevos diseos y tcnicas de construccin para facilidadesde vertimiento y segura disipacin de energa.

Un diseo de vertedero escalonado incrementa la tasa deenerga disipada y elimina la necesidad de poner un grandisipador de energa en el pie del vertedero

En las ltimas dos dcadas las rpidas escalonadas hangenerado popularidad.


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RESEA HISTRICA (1)

El desarrollo histrico de las rpidas escalonadas tieneaproximadamente 3000aos.

La ms antigua rpida escalonada en el mundo espresumiblemente el vertedero Akarnania, Grecia.


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RESEA HISTRICA (2)

Sistemas de riego en Yemen y Per incluan escalones paraasistir en la disipacin de energa.

Del siglo XVI al XVIII, grandes rpidas escalonadas fueronconstruidas en Europa e India.

Desde principios del siglo XX, vertederos escalonados hansido diseados para disipar energa.


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RESEA HISTRICA (3)

New Croton Dam


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DISIPACIN DE ENERGA (1)

En una rpida escalonada existen 2 tipos de flujo:

1. Flujo de escaln en escaln (Nappe Flow)

Se presenta para caudales bajos y escalonesrelativamente altos.

La cabeza de prdida en cada escaln es igual a lacabeza de altura.

Este patrn de flujo ocurre para:

h: altura del escaln dc: profundidad crtica l: long. escaln


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NAPPE FLOW


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2. Flujo rasante (Skimming Flow)Para pequeos escalones y grandes caudales, el aguausualmente pasa rozando los bordes de los escalones.

Transicin entre Nappe y Skimming Flow.

2003)Hagery(Boestan14.091.0 s

hc

hc: Profundidad crtica s: Altura escaln

= ngulo del vertedero


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SKIMMING FLOW


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CONFIGURACIN DE LAAIREACIN (1)

Elevadas presiones negativas pueden producir deteriorosen la estructura de cavitacin.Introducir aire en el flujo de agua.

Comienzo de la aireacin en una rpida escalonada


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La gran turbulencia produce choques y despegues con losescalones que favorecen la entrada de aire en los mismos,


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Determinacin del comienzo de la aireacin.

L: diferencia entre cotas entre la coronacin del

vertedero y el punto medio de este escaln.H: Altura de los escalones.

q: Caudal unitario.


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Efectos de la entrada del aire.

C: % concentracin de aire. Y: Profundidad del canal.

Y90: Profundidad caracterstica de C=90%.

D:factor adimensional de la difusibilidad turbulenta.


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DISEO (1)

Chanson (1999) propuso un mtodo de prediseo.Fig1. Velocidad residual aguas abajo al final de un vertedero

escalonado con flujo rasante. Comparacin con canales lisos.

cd

Hvs

V

V 1

max

H1: Cabeza total aguas arriba

dc: Profundidad crtica

Vmax: velocidad terica aguas abajo

V: Velocidad media del flujo.


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DISEO (3)

Diseo hidrulico propuesto por Boes y Hager (2003)


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DISEO (4)

Se tiene: Hdam, b, ,Qd, material, espesor escaln.Seleccin de ancho de la rpida.

b= Ancho del ro aguas abajo.

Se tiene: Hdam, b, ,Qd, material, espesor escaln.Seleccin de ancho de la rpida.

b= Ancho del ro aguas abajo.

Seleccin de la altura del escaln (s) y rgimen de flujo.b

Q

q d

d

tan14.091.0 s

hc


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DISEO (6)

Concentracin de aire promedia para flujo uniforme.

Obtencin del flujo uniforme

Energa disipada

1. Para flujo uniforme

Fb: factor de friccin

u

uw

u

h

hC

,90

,1

3/2, )(24 senh

H

c

udam

3/21/3b

c

dammax

)8(

2cos)

8.sen

F(F

h

H

F

sen

F

FH

H

b

res

cdam

reshH

H

H5.1H

max

max


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DISEO (7)

Dh,w: Dimetrohidrulico = 4hw,u: Coeficiente de correccin de

energa = 1.1

2. Para flujo no uniforme:

Dh,w=4hw,e

hw,e: Prof. De agua claraequivalente requerida en elvertedero.

c

dam

wh

res

h

Hsen

D

k

H

H])()(045.0exp[ 8.01.0

,max


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DISEO (8)

Diseo de los muros laterales

hd= h90,u: Factor de seguridad=

1.2 presas de concreto sin problemas de erosin.

1.5 presas de terraplen con problemas de erosin.

hd: Altura de los muros.


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MEDIDA DE VELOCIDADES(1)

Rpida prepara medida de velocidades


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Modelo de ms de 7m de altura para estudio de rpidas escalonadas


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Mtodo de filmar mediante cmara de alta velocidad deobturacin.La rpida se divide en tramos equidistantes y conocida la

velocidad de filmacin, se obtiene el tiempo que tarda cadaindicador en recorrer cada tramo.

V: velocidad de referencia h: altura vertido

A OC A S


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Curvas de velocidades-alturas en una rpida escalonada

OBTENCIN DE LAS


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OBTENCIN DE LASPRDIDAS DE ENERGA

dc: Profundidad crtica H: Altura del escaln


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RPIDAS ESCALONADAS ENPRESAS DE TIERRA (1)

Le Grande


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Ingenieros soviticos fueron los primeros en proponer undiseo de vertedero escalonado de concreto en la caraaguas abajo de presas de tierra.

El sistema de bloques de concreto tiene flexibilidad en lacama del canal escalonado y corto tiempo de construccinin situ .

Los bloques descansan sobre un filtro y una capa que

protege contra la erosin.Drenes son colocados en reas de presin negativa.


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Consideraciones de diseo:

Flujo rasante en un vertedero prismtico recto.Las tpicas pendientes de los muros laterales con

1V:3H.

La calidad del drenaje es muy importante.

La pendiente de la cama es moderada (


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Zarays dam


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Melton dam


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Salado


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FOTO 2.Rpida prepara para medida

de velocidades.FOTO 3.Modelo de ms de 7 m de altura

para esturio de rpidas escalonadas

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