Libro EH HC

DISEÑO DE TAPA

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El Ing. Edgar Vidal Hurtado Cháve! na"i# en Puno! "iudad del lago! e$ Ingeniero "ivil egre egre$a $ado do de la Univ Univer er$i $ida dad d %a"i %a"ion onal al San San Antonio A&ad del Cu$"o! 'gS" en E"ono()a "on 'en"i 'en"i#n #n en Pro*e Pro*e"to "to$$ de Inver$ Inver$i#n i#n!! e$ di+lo i+lo(a (ado do en ,e$ti e$ti#n #n De(o" e(o"rá rátti"a i"a del Territorio! egre$ado del do"torado de Cien"ia! Te"nolo Te"nolog)a g)a * 'edio 'edio A(&iente A(&iente.. E$ Ar&itro Ar&itro del Centro de Ar&itra-e de la Cá(ara de Co(er"io * la Produ""i#n de Puno! ,erente P&li"o de SERVIR. E$ do"ente A$o"iado en la E$"uela Pro/e$ Pro/e$ion ional al de Ingen Ingenier ier)a )a Civil Civil donde donde di"ta di"ta "ur$o$ del 0rea de O&ra$ Hidráuli"a$! 'edio A(&iente * O&ra$ O&ra$ Viale$. En $u vida +ro/e$ional ha de$e(+e1ado dive diver$ r$o$ o$ "arg "argo$ o$ +&l +&li" i"o$ o$!! ha&i ha&ien endo do $ido $ido Dire"tor Dire"tor de O&ra$ O&ra$ 2Su& Regi#n Puno34556 Puno345567! 7! Dire"tor Su&3regional de Cir"ula"i#n Terre$tre 2455 245587 87!! ,ere ,erent nte e Regi Region onal al de O+er O+era" a"io ione ne$$ 2Regi#n 'o9uegua3Ta"na3Puno 34558 * 455:7! Su+er Su+ervi$ vi$or or de Planta Planta 2;O%CO 2;O%CODE DES34 S3455< 55<7! 7! Su+ervi$or de O&ra$ Hidráuli"a$ 2PRO 2PRORR RRID IDRE RE34 3455 55=34 =3455 55>7 >7!! ,ere ,erent nte e Zona Zonall 2SE%CICO3455:3?6687! ! ,erente Regional de In/rae$tru"tura 2Regi#n Puno3?6687! @e/e Zonal A*a"u"ho A*a"u"ho 2PROVIAS RURA3?66=3?66>7! RURA3?66=3?66>7! ,ere ,erent nte e de In/r In/rae ae$t $tru ru"t "tur ura a 2'un 2'uni" i"i+ i+al alid idad ad Provin"ia Provin"iall de Puno3?66 Puno3?66:7! :7! Coordinado Coordinadorr Zonal Zonal Puno 2PROVIAS 2PROVIAS DESCE%TR DESCE%TRAIZ AIZADO3 ADO3?66B3 ?66B3 ?6657! Pre$idente de Dire"torio 2E'SAPU%O SA3?6467. En $u a"tividad a"ad(i"a ha $ido Dire"tor de Inve$t Inve$tiga iga"i# "i#n n 2;ICA3 2;ICA3?66 ?6647! 47! ! Dire"t Dire"tor or de E$tudio$ 2;ICA3EPIC3?66<7! 2;ICA3EPIC3?66<7! @e/e del Area * del a&oratorio de O&ra$ Hidráuli"a$ 2?6653?64?7! a"tual(ent a"tual(ente e e$ Coordinad Coordinador or de Inve$tiga" Inve$tiga"i#n i#n ;ICA ;ICA ?64? ?64?3? 3?64 64<. <. Ha inte integr grad ado o dive diver$ r$a$ a$ "o(i$ (i$ion ione$ en varia$ o+ortunidade$! Pre$ident Pre$idente e del 0rea "urri"ular "urri"ular de Hidráuli" Hidráuli"a! a! Pre$id Pre$ident ente e de "o(i$i "o(i$ione one$$ de Evalua Evalua"i# "i#n n de +rá"ti"a$ +re3+ro/e$ionale$! Pre$idente * -urado de Su$tenta"i#n de Te$i$! entre otro$ "argo$ a"ad a"ad( (i" i"o$ o$.. E$ do"en o"ente te en el áre área de hidráu hidráuli" li"a a en la Unive Univer$i r$idad dad Andin Andina a %$tor %$tor Cá"ere$ Velá$9ue 2?6643?66< * ?6463?6447.

Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ CHAVEZ

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El Ing. Edgar Vidal Hurtado Cháve! na"i# en Puno! "iudad del lago! e$ Ingeniero "ivil egre egre$a $ado do de la Univ Univer er$i $ida dad d %a"i %a"ion onal al San San Antonio A&ad del Cu$"o! 'gS" en E"ono()a "on 'en"i 'en"i#n #n en Pro*e Pro*e"to "to$$ de Inver$ Inver$i#n i#n!! e$ di+lo i+lo(a (ado do en ,e$ti e$ti#n #n De(o" e(o"rá rátti"a i"a del Territorio! egre$ado del do"torado de Cien"ia! Te"nolo Te"nolog)a g)a * 'edio 'edio A(&iente A(&iente.. E$ Ar&itro Ar&itro del Centro de Ar&itra-e de la Cá(ara de Co(er"io * la Produ""i#n de Puno! ,erente P&li"o de SERVIR. E$ do"ente A$o"iado en la E$"uela Pro/e$ Pro/e$ion ional al de Ingen Ingenier ier)a )a Civil Civil donde donde di"ta di"ta "ur$o$ del 0rea de O&ra$ Hidráuli"a$! 'edio A(&iente * O&ra$ O&ra$ Viale$. En $u vida +ro/e$ional ha de$e(+e1ado dive diver$ r$o$ o$ "arg "argo$ o$ +&l +&li" i"o$ o$!! ha&i ha&ien endo do $ido $ido Dire"tor Dire"tor de O&ra$ O&ra$ 2Su& Regi#n Puno34556 Puno345567! 7! Dire"tor Su&3regional de Cir"ula"i#n Terre$tre 2455 245587 87!! ,ere ,erent nte e Regi Region onal al de O+er O+era" a"io ione ne$$ 2Regi#n 'o9uegua3Ta"na3Puno 34558 * 455:7! Su+er Su+ervi$ vi$or or de Planta Planta 2;O%CO 2;O%CODE DES34 S3455< 55<7! 7! Su+ervi$or de O&ra$ Hidráuli"a$ 2PRO 2PRORR RRID IDRE RE34 3455 55=34 =3455 55>7 >7!! ,ere ,erent nte e Zona Zonall 2SE%CICO3455:3?6687! ! ,erente Regional de In/rae$tru"tura 2Regi#n Puno3?6687! @e/e Zonal A*a"u"ho A*a"u"ho 2PROVIAS RURA3?66=3?66>7! RURA3?66=3?66>7! ,ere ,erent nte e de In/r In/rae ae$t $tru ru"t "tur ura a 2'un 2'uni" i"i+ i+al alid idad ad Provin"ia Provin"iall de Puno3?66 Puno3?66:7! :7! Coordinado Coordinadorr Zonal Zonal Puno 2PROVIAS 2PROVIAS DESCE%TR DESCE%TRAIZ AIZADO3 ADO3?66B3 ?66B3 ?6657! Pre$idente de Dire"torio 2E'SAPU%O SA3?6467. En $u a"tividad a"ad(i"a ha $ido Dire"tor de Inve$t Inve$tiga iga"i# "i#n n 2;ICA3 2;ICA3?66 ?6647! 47! ! Dire"t Dire"tor or de E$tudio$ 2;ICA3EPIC3?66<7! 2;ICA3EPIC3?66<7! @e/e del Area * del a&oratorio de O&ra$ Hidráuli"a$ 2?6653?64?7! a"tual(ent a"tual(ente e e$ Coordinad Coordinador or de Inve$tiga" Inve$tiga"i#n i#n ;ICA ;ICA ?64? ?64?3? 3?64 64<. <. Ha inte integr grad ado o dive diver$ r$a$ a$ "o(i$ (i$ion ione$ en varia$ o+ortunidade$! Pre$ident Pre$idente e del 0rea "urri"ular "urri"ular de Hidráuli" Hidráuli"a! a! Pre$id Pre$ident ente e de "o(i$i "o(i$ione one$$ de Evalua Evalua"i# "i#n n de +rá"ti"a$ +re3+ro/e$ionale$! Pre$idente * -urado de Su$tenta"i#n de Te$i$! entre otro$ "argo$ a"ad a"ad( (i" i"o$ o$.. E$ do"en o"ente te en el áre área de hidráu hidráuli" li"a a en la Unive Univer$i r$idad dad Andin Andina a %$tor %$tor Cá"ere$ Velá$9ue 2?6643?66< * ?6463?6447.


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DISEÑO DE ORAS HIDRAUICAS

DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS Edgar Vidal HURTADO HURTADO

CHAVEZ

<

Derechos Reservados: © 2012 [email protected] PRIMERA EDII!"

Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ


=

DEDICATORIA: A Dios, el Gran Arquitecto de Universo. A mi amilia, !or ser el im!ulso diario que me !ermite vivir " tra#a$ar !or ellos, iluminando siem!re la senda !or la que camino. A los estudiantes de %ngenier&a Civil, que ortalecen mi es!&ritu " !ermiten que mis ense'an(as sean !arte de su !re!araci)n !ara la vida.

>


PROO,O El presente texto de carácter universitario, es producto de la enseñanza del curso de Irrigaciones en la Escuela Profesional de Ingeniería Civil de la UNA PUNO,  precisa!ente !e !otiva "acerlo por la reducida infor!aci#n $ue al respecto de diseño de siste!as de riego se encuentran en las li%rerías universitarias& 'e allí $ue el enfo$ue $ue se da al presente texto, es para la co!prensi#n de estudiantes  profesionales de diferentes escuelas profesionales $ue estudian  aplican el riego por gravedad co!o parte de su aprendiza(e, para posterior!ente, en su e(ercicio profesional, contri%uan al desarrollo de nuestro país& El texto enfoca inicial!ente, los conceptos %ásicos de riego, el uso eficiente del agua, el cuidado del !edio a!%iente  las pautas %ásicas para el desarrollo de perfiles  proectos de riego& )uego se estudia la evapotranspiraci#n de las plantas co!o un !edio para "allar la de!anda de agua para riego  final!ente el caudal de captaci#n o diseño& Especial cuidado se tiene en el diseño de canales de riego  final!ente en el diseño de un tipo de siste!a de captaci#n con presa derivadora& *e conclue el texto con algunos procedi!ientos constructivos de siste!as de riego por gravedad& Para lograr un proceso eficiente de aprendiza(e, se plantean talleres de diseño, $ue concluirán con e(ecutar un proecto de riego por gravedad+ siendo lo !ás i!portante, $ue el texto se enfoca de acuerdo al desarrollo de capacidades  a la estructura educativa de la Universidad Nacional de Altiplano& uiero cul!inar -ste pr#logo, incidiendo $ue -ste texto solo persigue el logro de conoci!ientos de !is $ueridos estudiantes, por$ue creo $ue un aporte co!o -ste, contri%uirá a la !e(ora de su calidad profesional a los $ue $uedo profunda!ente agradecido& Edgar .idal /U01A'O C/A.E2

:


!"#E"ID! API#$%! I: I"#R!D$I!" A% DI&E'! DE E&#R$#$RA& (IDRA$%IA& 4.4 4.? 4.8 4.< 4.= 4.>

,eneralidade$ E"ua"ione$ &á$i"a$ de la hidráuli"a$ ;lu-o$ Vertedero$ Re$alto hidráuli"o

API#$%! II: E&#R$#$RA& DE RE)$%AI!" * MEDII!" ?.4 ,eneralidade$ ?.? De$arenadore$ ?.8 Vertedero$ ?.< A/oradore$ API#$%! III: E&#R$#$RA& DE R$E 8.4 ,eneralidade$ 8.? Al"antarilla$ 8.8 A"uedu"to$ 8.< Si/#n Invertido 8.= API#$%! I+: E&#R$#$RA& DE PA&E * DE&"I+E% <.4 Canoa$ <.? Ca)da$ <.8 Rá+ida$ API#$%! +: !,RA& !MP%EME"#ARIA& =.4 Di$i+adore$ de energ)a =.? Tran$i"ione$ =.8 O&ra$ de +rote""i#n =.<

B



5

I I"#R!D$I!" A% DI&E'! DE !,RA& (IDRA$%IA& 1.1

)E"ERA%IDADE& En general! la$ e$tru"tura$ hidráuli"a$ $on la$ o&ra$ de ingenier)a ne"e$aria$ +ara lograr el a+rove"ha(iento de lo$ re"ur$o$ h)dri"o$ * "ontrolar $u a""i#n de$tru"tiva. Por $u$ "ara"ter)$ti"a$ de di$e1o! tra&a-an en la (a*or)a de lo$ "a$o$ en "o(&ina"i#n "on ele(ento$ * e9ui+o$ (e"áni"o$. Sie(+re ha* 9ue tener +re$ente 9ue en el di$e1o de una o&ra hidráuli"a! $e de&e &u$"ar (ai(iar $u u$o +ara lograr un (a*or &ene/i"io! no $olo e"on#(i"o en lo$ diver$o$ $e"tore$ de la +rodu""i#n! $ino +arti"ular(ente en el de$arrollo $o"ial. a utilia"i#n de la$ o&ra$ hidráuli"a$ $e da en lo$ $iguiente$ $e"tore$ +rodu"tivo$ * e"on#(i"o$F •

Hidroenerg)aF Gue +er(ite el u$o de la energ)a de la$ agua$ /luviale$ o (ar)ti(a$! en la genera"i#n de energ)a el"tri"a.

•

Tran$+orte a"uáti"oF Gue e$ el u$o de la$ agua$ /luviale$! de lago$ * (are$ +ara la navega"i#n.


46

•

Riego * drena-eF Vin"ulado a la utilia"i#n de agua$ +ara irriga"i#n de tierra$ * +ara la etra""i#n! eli(ina"i#n o deriva"i#n de agua$ en e"e$o de tierra$ $o&re$aturada$ ha"ia "ur$o$ de agua.

•

A&a$te"i(iento de agua +ara "on$u(o hu(anoF Per(itiendo a&a$te"er de agua +ota&iliada a la$ grande$ * +e9ue1a$ ur&e$ * "entro$ +o&lado$! garantiando la $alud de la +o&la"i#n.

•

Control de avenida$ e inunda"ione$F Por la "on$tru""i#n de o&ra$ 9ue regulen * "ontrolen lo$ nivele$ de avenida de lo$ "au"e$.

•

Re"rea"i#nF Co(o +e$"a! "anota-e! nata"i#n! et".

•

U$o +rodu"tivo * "o(+le(entarioF Co(o +or e-e(+lo! "r)a de +e"e$! etra""i#n de (inerale$! $ale$! alga$! et".

•

Control de "onta(ina"i#n a(&ientalF Por el e(+leo de t"ni"a$! +ro"edi(iento$ * nor(atividad en el di$e1o! garantiando un &uen (ane-o a(&iental.

Para un (e-or entendi(iento de la$ e$tru"tura$ hidráuli"a$! $e han "la$i/i"ado $ta$! en +e9ue1a$ o&ra$ hidráuli"a$ 9ue "ara"terian a o&ra$ 9ue $on "o(+le(entaria$ o "u(+len /un"ione$ $e"undaria$ dentro del di$e1o de grande$ o&ra$ hidráuli"a$ o $i$te(a$ hidráuli"o$. En $ta "la$i/i"a"i#n tene(o$ +or e-e(+lo! la$ o&ra$ de regula"i#n! de (edi"i#n! de drena-e * de tran$i"i#n. Por otro lado! la$ grande$ o&ra$ hidráuli"a$ 9ue! $on la$ o&ra$ +rin"i+ale$! 9ue (u* a +arte de $u gran ta(a1o! $on la &a$e de /un"iona(iento del $i$te(a hidráuli"o. A9u) tene(o$ la$ grande$ +re$a$! $ean de regula"i#n! al(a"ena(iento o deriva"i#n! (u* a+arte de lo$ (ateriale$ 9ue utilian +ara $u "on$tru""i#n.

El $ervi"io %a"ional de 'eteorolog)a SE%A'HI! e$ el organi$(o en"argado de "entraliar la$ a"tividade$ (eteorol#gi"a$ na"ionale$ * de e/e"tuar la (edi"i#n de "audale$ de lo$ +rin"i+ale$ r)o$ o$ +rin"i+ale$ r)o$ +eruano$ $e lo"alian en tre$ "uen"a$ hidrográ/i"a$ 9ue $onF •

a vertiente del Pa")/i"o "on un total de =8 r)o$.

•

a vertiente del Atlánti"o "on << r)o$ *

•

a del Titi"a"a "on un total de 5 r)o$

Del "on-unto de e$ta"ione$ hidro(tri"a$ in$talada$ el SE%A'HI "ontrola B6 e$ta"ione$! e 3 Ele"tro+er a+roi(ada(ente ?= * otro$ organi$(o$ otra$ ?6! lo "ual indi"a 9ue en nu(ero$o$ r)o$ no ei$ten regi$tro$ de a/oro$ ni (edi"i#n de "audale$ +or otro (edio$.

44


Con lo anterior di"ho $e de(ue$tra la di/i"ultad 9ue tienen lo$ Ingeniero$ +ara deter(inar el ta(a1o * la u&i"a"i#n de lo$ +ro*e"to$ de a+rove"ha(iento$ h)dri"o$. o$ tr(ino$F "audal! ga$to! de$"arga $on $in#ni(o$. A-orar: Signi/i"a (edir "audale$. Descarga: Se de/ine "o(o el volu(en de agua 9ue +a$a en una $e""i#n +or una unidad de tie(+o 2(8$eg7. Descarga or metro li/eal : e$ el volu(en 9ue +a$a +or una unidad/ de tie(+o en un (etro lineal de $e""i#n 2(8$eg(l7. Re/dimie/to Medio: "on$iderada 2lt$eg(?7.

e$ la rela"i#n entre el "audal * el área de la "uen"a

Modulo de u/a secci/: "on$iderado.

1.2

Caudal (edio del +eriodo anterior al a1o

Ecuacio/es sicas de la hidrulica

1.2.1 Ecuaci/ de co/ti/uidad E$ta e"ua"i#n e$ una "on$e"uen"ia del +rin"i+io de "on$erva"i#n de la (a$a a+li"ada a lo$ /luido$ en (ovi(iento! * di"e 9ueF la "antidad de /luido 9ue entra +or la $e""i#n de un "ondu"to e$ igual a la "antidad de /luido 9ue $ale +or la otra $e""i#n! $ie(+re * "uando no ei$tan a+orte$ o /uga$! e$ de"ir! 9ue el /lu-o $ea +er(anente.

4

Su+er/i"ie de "ontrol V4 A4

?

V? A? J4A4V4 K J ? A?V?


4?

Co(o el l)9uido 9ue "ir"ula en el "ondu"to e$ el (i$(o! enton"e$ $u den$idad e$ "on$tante *! +or lo tanto! la e"ua"i#n anterior $e $i(+li/i"a de la $iguiente (aneraF A4V4 K A?V? Al +rodu"to del área +or la velo"idad $e le lla(a ga$to! el "ual $e denota "on la letra G. G K VA En dondeF

G K ,a$to! "audal o de$"arga 2(8$7

1.2.2 Ecuaci/ de la e/erg3a o de ,er/oulli

a e"ua"i#n de la energ)a e$tá /unda(entada en la e* de la "on$erva"i#n de la energ)a! La energ)a no $e "rea ni $e de$tru*e! $ola(ente $e tran$/or(aM. En todo $i$te(a hidráuli"o ei$ten tre$ ti+o$ de energ)aF energ)a de +o$i"i#n! energ)a de +re$i#n * energ)a de velo"idad! $i $e analian $e +uede en"ontrar "ada uno de lo$ tr(ino$ 9ue integran la e"ua"i#n. U?4?g

H/ 43? U?4?g

U?4?g P?*

P4*

P4*



?

4

4

6 1.2.3 E/erg3a ci/5tica

a e"ua"i#n de la energ)a "inti"a e$F

E c

=

1 2

mv 2

48


a /#r(ula del +e$o e$F

= mg

W

Al de$+e-ar la (a$a $e o&tieneF

m =

W g

Su$titu*endo en la$ e"ua"ione$ anteriore$F

E c

=

WV

2

2 g

Si $e "on$idera 9ue N e$ un +e$o unitario! enton"e$ $e tieneF

E c

=

V 2 2 g

Carga o energ)a de velo"idadF V

2

2 g

1.2.4 E/erg3a de resi/ Con &a$e en la e"ua"i#n /unda(ental de la hidro$táti"a +ode(o$ deter(inar e$te ti+o de energ)a. P = γ * h

h =

P γ

Carga de +re$i#nF

P γ

1.2.6 E/erg3a ote/cial Para la deter(ina"i#n de la energ)a +oten"ial de un "uer+o $e (ulti+li"a el +e$o del "uer+o +or una altura "on re$+e"to a un +lano de re/eren"ia. N


4<

 PHC E p

= W * Z

= Z

E p

Carga o energ)a de +o$i"i#nF

Z

Al $u(ar "ada uno de lo$ tr(ino$ anteriore$ * a+li"arlo$ de una $e""i#n a otra $e o&tieneF

Z 1

+

P 1

γ

2

+

V 1

2 g

Carga$ o energ)a$ de +o$i"i#nF

= Z 2 + Z4 *

P 2

γ

2

+

V 2

2 g

+ h f 1−2

Z?

Carga$ o energ)a$ de +re$i#nF

P 1

P 2

γ

γ

Carga$ o energ)a$ de velo"idadF

V 12

V 22

2 g

2 g

Prdida de energ)a de la $e""i#n 4 a la $e""i#n ?F 1.7

h/ 43?

8lu9os e/ ca/ales aiertos El di$e1o de un "anal a&ierto! de+enderá del "o(+orta(iento del /lu-o 9ue va +or l. Igual(ente in"idirá en $u (anteni(iento * "on$erva"i#n! a$) tene(o$F

1.7.1 8lu9o erma/e/te  /o erma/e/te E$ta "la$i/i"a"i#n o&ede"e a la utilia"i#n del tie(+o "o(o varia&le. El /lu-o e$ +er(anente $i lo$ +ará(etro$ 2tirante! velo"idad! área! et".7! no "a(&ian "on re$+e"to al tie(+o! e$ de"ir! en una $e""i#n del "anal en todo$ lo$ tie(+o$ lo$ ele(ento$ del /lu-o +er(ane"en "on$tante$. 'ate(áti"a(ente $e +uede re+re$entarF

∂v ∂ A ∂ y = 0; = 0 ; = 0 ; 2/lu-o +er(anente7 ∂t ∂t ∂t

4=


∂ y ∂v ∂ A ≠ 0 ; ≠ 0 ; ≠ 0 ; 2/lu-o no +er(anente7 ∂t ∂t ∂t 1.7.2 8lu9o u/i-orme  variado El /lu-o e$ uni/or(e $i lo$ +ará(etro$ 2tirante! velo"idad! área! et".7! no "a(&ian "on re$+e"to al e$+a"io! e$ de"ir! en "ual9uier $e""i#n del "anal lo$ ele(ento$ del /lu-o +er(ane"en "on$tante$. 'ate(áti"a(ente $e +uede re+re$entarF

∂ y ∂ A ∂v = 0 ; 2/lu-o uni/or(e7 =0; =0; ∂l ∂l ∂l

∂ y ∂v ∂ A ≠ 0 ; 2/lu-o variado7 ≠ 0; ≠ 0; ∂l ∂l ∂l El /lu-o variado $e +uede a $u ve "la$i/i"ar en gradual * rá+ida(ente variado. El /lu-o gradual(ente variado e$ a9uel en el "ual lo$ +ará(etro$ "a(&ian en /or(a gradual a lo largo del "anal! "o(o e$ el "a$o de una "urva de re(an$o +rodu"ida +or la inter$e""i#n de una +re$a en el "au"e +rin"i+al elevándo$e el nivel del agua +or en"i(a de la +re$a. El /lu-o rá+ida(ente variado e$ a9uel en el "ual lo$ +ará(etro$ var)an in$tantánea(ente en una di$tan"ia (u* +e9ue1a! "o(o e$ el "a$o del re$alto hidráuli"o. 1.7.7 8lu9o lami/ar  turule/to El "o(+orta(iento de /lu-o en un "anal e$tá go&ernado +rin"i+al(ente +or e/e"to$ de la$ /uera$ vi$"o$a$ * de gravedad en rela"i#n "on la$ /uera$ de iner"ia interna$ del /lu-o. En rela"i#n "on el e/e"to de la vi$"o$idad! el /lu-o +uede $er la(inar! de tran$i"i#n o tur&ulento. En /or(a $e(e-ante al /lu-o en "ondu"to$ /orado$! la i(+ortan"ia de la /uera vi$"o$a $e (ide a trav$ del n(ero de Re*nold$ 2R7! 9ue rela"iona /uera$ de iner"ia de velo"idad "on /uera$ vi$"o$a$! de/inida$ en e$te "a$o "o(oF Re =

DondeF

R K V K υ K

VR υ

Radio hidráuli"o de la $e""i#n tran$ver$al! en (etro$ 2(7 Velo"idad (edia en (etro$ +or $egundo$ 2($7 Vi$"o$idad "ine(áti"a del agua! en (?$

En lo$ "anale$ $e han "o(+ro&ado re$ultado$ $e(e-ante$ a /lu-o$ en tu&er)a$! +or lo 9ue re$+e"ta a e$te "riterio de "la$i/i"a"i#n. Para +ro+#$ito$ +rá"ti"o$! en el "a$o de un "anal! $e tieneF


4>

Flujo laminar para R e<580 F En e$te e$tado la$ /uera$ vi$"o$a$ $on

relativa(ente (á$ grande$ 9ue la$ /uera$ de iner"ia. Flujo de transición para 580 ≤ 750 F E$tado (ito entre la(inar * tur&ulento. Flujo turbulento para R e > 750 F En e$te e$tado la$ /uera$ vi$"o$a$ $on d&ile$

"o(+arada$ "on la$ /uera$ de iner"ia. 1.7.4 8lu9o cr3tico< sucr3tico  suercr3tico En rela"i#n "on el e/e"to de la gravedad! el /lu-o +uede "r)ti"o! $u&"r)ti"o * $u+er"r)ti"o la i(+ortan"ia de la /uera de gravedad $e (ide a trav$ del n(ero de ;roude 2;7! 9ue rela"iona /uera$ de iner"ia de velo"idad! "on /uera$ gravitatoria$! de/inida$ en e$te "a$o "o(oF

F = DondeF

V K g K ( K A K T K

V g y

Ym =

A T

Velo"idad (edia de la $e""i#n! en ($ A"elera"i#n de a gravedad! en ($? Tirante (edio del "anal 0rea hidráuli"a E$+e-o del agua

Enton"e$! +or el n(ero de ;roude! el /lu-o +uede $erF Flujo subcrítico si F <1 ! en e$te e$tado la$ /uera$ de gravedad $e ha"en

do(inante$! +or lo 9ue el /lu-o tiene &a-a velo"idad $iendo tran9uilo * lento. E e$te ti+o de /lu-o! toda $ingularidad! tiene in/luen"ia$ ha"ia agua$ arri&a. Flujo crítico si F = 1! en e$te e$tado! la$ /uera$ de iner"ia * gravedad e$tán en

e9uili&rio. Flujo supercrítico si F>1! en e$te e$tado la$ /uera$ de iner"ia $on (á$

+ronun"iada$! +or lo 9ue el /lu-o tiene una gran velo"idad! $iendo rá+ido o torrento$o. En e$te ti+o de /lu-o! toda $ingularidad! tiene in/luen"ia ha"ia agua$ a&a-o.


4:

,R0;ICOF REPRESE%TACIO% D E OS DIVERSOS ;U@OS E% C A%AES AIERTOS

Fig Flujos en canales abiertos

1.4

+ertederos

1.4.1 1.4.2 1.6

Resalto hidrulico

1.6.1 Resalto hidrulico e/ ca/ales El re$alto hidráuli"o e$ el a$"en$o &ru$"o del nivel del agua 9ue $e +re$enta en un "anal a&ierto a "on$e"uen"ia del retardo 9ue $u/re una "orriente de agua 9ue /lu*e a elevada velo"idad! generando un e$tado de /uera$ en e9uili&rio! "a(&iando violenta(ente el rgi(en de /lu-o de $u+er"r)ti"o a $u&"r)ti"o. El e$9ue(a 9ue +re"ede! re$u(e $te /en#(enoF

!n la sección 1" act#an las $uer%as &idrost'tica F 1& ( din'mica F 1d ) en $orma similar pero en sentido contrario en la sección *" F *& ( F *d  !n ambas secciones la sumatoria de $uer%as da como resultado F1 ( F* respecti+amente !n el estado de e,uilibrio" ambas $uer%as tienen la misma magnitud pero dirección contraria -la $uer%a F 1& es menor a F *&" in+ersamente F 1d es ma(or a F *d . /ebido a la posición de las $uer%as resultantes" ambas est'n espaciadas una distancia d" lo cual genera un par de $uer%as de la misma magnitud pero de sentido contrario !n ra%ón a la condición de lí,uido" las partículas ,ue la componen ad,uirir'n la tendencia de $luir en la dirección de las $uer%as predominantes" present'ndose la me%cla del agua con líneas de $lujo super$iciales mo+indose en sentido contrario a la dirección de


4B

$lujo ( de manera in+ersa en la %ona cercana a la solera !l repentino encuentro entre las masas de lí,uido ( el ine+itable c&o,ue entre partículas" pro+ocan la generación de un medio lí,uido de gran turbulencia ,ue da lugar a la absorción de aire de la atmós$era" dando como resultado un medio me%cla aguaaire

El análi$i$ del re$alto $e +lantea +ara el e$"urri(iento de una (a$a de /luido en un (etro de an"ho de un "anal! +or unidad de tie(+o. E$e i(+ul$o de&erá e$tar en e9uili&rio "on la$ /uera$ re$ultante$. Utiliando! la e"ua"i#n de "ontinuidad! eli(inado 9 * v? $e o&tiene el tirante "on-ugado agua$ a&a-o del re$altoF

− y1 ± y 2

=

y1

2

+

8 g

. y1 .v1

2

 * "on la e+re$i#n de ;roudeF Fr 1

2

=

v1 g . y1

Se llega a la e+re$i#n adi(en$ional de tirante$ "on-ugado$F

y1 .v1 g

 y1  1 = v1 .v1  = ( y 2 − y1 )  y 2  2

a$ "ara"ter)$ti"a$ del re$alto hidráuli"o han $ido a+rove"hada$ +ara redu"ir la$ velo"idade$ de /lu-o en "anale$ a valore$ 9ue +er(itan el e$"urri(iento $in o"a$ionar ten$ione$ de "orte $u+eriore$ a lo$ l)(ite$ +er(itido$ +or lo$ (ateriale$ 9ue "o(+onen el +er)(etro (o-ado. El lugar geo(tri"o en el 9ue $e +re$enta el re$alto $e deno(ina colc"#n "idráulico&

Se han inve$tigado di/erente$ /or(a$ de "ol"hone$ hidráuli"o$ "on el o&-eto de lograr una (e-or di$i+a"i#n de energ)a en una (enor longitud. El ureau o/ Re"la(ation inve$tig# di/erente$ ti+o$ de re$alto hidráuli"o en "anale$ horiontale$! "u*a &a$e de "la$i/i"a"i#n e$ el n(ero de ;roude! "o(o $e a+re"ia en el "uadro ad-untoF Cuadro3 1ipos de resalto "idráulico N4!ero de 5roude

;r 4 K 4 ;r 4 K 4 a : ;r 4 K 4.: a ?.= ;r4 K <.= a 6.5 ;r4  5

'escripci#n

/lu-o "r)ti"o! +or lo 9ue no $e /or(a ningn re$alto. a $u+er/i"ie de agua +re$enta la tenden"ia a la /or(a"i#n de ondula"ione$. Re$alto hidráuli"o ondular. El ondula(iento de la $u+er/i"ie en el tra(o de (e"la e$ (a*or * agua$ a&a-o la$ +ertur&a"ione$ $u+er/i"iale$ $on (enore$. Re$alto hidráuli"o d&il. Re$alto +lena(ente /or(ado! "on (a*or e$ta&ilidad * el rendi(iento e$ (e-or! +udiendo variar entre <= Q a :6 Q Re$alto hidrali"o +er(anente. Re$alto "on gran di$i+a"i#n de energ)a 2ha$ta B6 Q7! gran ondula"i#n de la $u+er/i"ie "on tenden"ia de tra$lado de la ona de rgi(en $u+er"r)ti"o ha"ia agua$ a&a-o.


45

8ue/te: Ma/ual de (idrulica (.=. >i/g 8. ,rater. Ed. $teha M5?ico 12

En la +rá"ti"a! $e re"o(ienda (antener el re$alto hidráuli"o en la "ondi"i#n de re$alto o$"ilante! +or "uanto $e trata de un re$alto &ien /or(ado * a""e$i&le en la$ "ondi"ione$ de /lu-o reale$! $i &ien la di$i+a"i#n 9ue $e logra no al"ana lo$ (e-ore$ nivele$. En lo$ "a$o$ de re$alto$ +er(anente * /uerte! la$ "ondi"ione$ hidráuli"a$ agua$ a&a-o $on (u* eigente$ * di/)"ile$ de "u(+lir en la +rá"ti"a. 1.5.2 DiseBo del colch/ hidrulico

Para el di$e1o de "ol"hone$ hidráuli"o$ $e "on$ideran lo$ $iguiente$ a$+e"to$F o

o

o

P5rdida de e/erg3a: Se de/ine "o(o la di/eren"ia de energ)a$ e$+e")/i"a$ ante$ * de$+u$ del re$alto.

E-icie/cia: Se de/ine la e/i"ien"ia de un re$alto hidráuli"o "o(o la rela"i#n de energ)a e$+e")/i"a de$+u$ * ante$ del re$alto. Por lo 9ue $e +uede advertir! la e/i"ien"ia de un re$alto hidráuli"o de+ende ni"a(ente del n(ero de ;roude ante$ del (i$(oF

%o/gitud del resalto hidrulico: De/ine la ne"e$idad de in"or+orar o&ra$ "o(+le(entaria$ +ara redu"ir e$ta longitud *o a+li"ar (edida$ de +rote""i#n de la $u+er/i"ie +ara in"re(entar $u re$i$ten"ia a la$ ten$ione$ de "orte. El ureau o/ Re"la(ation! da lo$ $iguiente$ re$ultado$F


?6

o

o

Per-il de la suer-icie de resalto: E$te dato tiene utilidad +ara el di$e1o de la$ +arede$ laterale$ de la o&ra! tanto en lo 9ue $e re/iere a $u altura "o(o a $u e$ta&ilidad. ah(ete// * 'ate! en"ontraron 9ue el +er/il de la $u+er/i"ie de un re$alto hidráuli"o! $e +uede re+re$entar +or "urva$ adi(en$ionale$ en /un"i#n de ;r 4! "o(o $e (ue$tra en el $iguiente grá/i"oF

%ocaliCaci/ del resalto: a u&i"a"i#n del re$alto hidráuli"o de+ende de la$ "ondi"ione$ de /lu-o tanto agua$ arri&a "o(o agua$ a&a-o. El $iguiente grá/i"o +er(ite una e+li"a"i#n ade"uadaF


?4

2onsiderando el $lujo a tra+s de un conducto in$erior" a manera de un des$ogue de $ondo 3guas abajo" el ni+el de agua es in$luenciado por alg#n elemento de control" como por ejemplo una estructura trans+ersal 4or un lado" el tirante alcan%a su mínimo +alor inmediatamente despus de la compuerta" este se incrementa gradualmente en rgimen supercrítico en dirección aguas abajo 4or otro lado el tirante aguas abajo se desarrolla a tra+s de una cur+a de depresión increment'ndose &acia aguas arriba en rgimen subcrítico !n alguna sección 3" el c&orro ,ue se despla%a desde la compuerta" tiene un tirante & 13 ( re,uiere" para la $ormación del resalto" un tirante conjugado &*3" sin embargo el tirante real en esa sección es menor al re,uerido ajo estas condiciones el c&orro lí,uido contin#a su mo+imiento &acia aguas abajo" incrementando el tirante ( por lo tanto reduciendo su energía cintica !n una sección 6 el tirante conjugado re,uerido & *3 alcan%ar' una magnitud e,ui+alente al tirante eistente" present'ndose las condiciones para la $ormación de un resalto &idr'ulico

II E&#R$#$RA& DE !"#R!% * MEDII!" 2.1 )e/eralidades 2.1.1 2.1.2


??

2.2 Desare/ador 2.2.1 o/ceto o$ de$arenadore$ $on o&ra$ hidráuli"a$ 9ue $irven +ara $e+arar o de"antar (aterial $#lido de arra$tre * en $u$+en$i#n 9ue lleva el agua de un "anal! re(ovindolo ha"ia un "au"e natural. o$ de$arenadore$ general(ente tran9uilian el /lu-o horiontal ha"iendo 9ue el "audal de $alida $ea igual al de entrada e$ de"ir de /lu-o "ontinuo. El (aterial $#lido tran$+ortado +or el agua! de+endiendo de la o&ra! +uede o"a$ionar $erio$ da1o$! "o(o +or e-e(+loF •

En o&ra$ de riego! el (aterial $#lido va de+o$itándo$e en el /ondo de lo$ "anale$ di$(inu*endo $u $e""i#n e in"re(entando lo$ "o$to$ de (anteni(iento. Sin e(&argo ha* 9ue "on$iderar 9ue el (aterial en $u$+en$i#n +uede $er &ene/i"io$o +or in"re(entar (aterial orgáni"o! * li(o$ a lo$ "a(+o$ de "ultivo.

•

En o&ra$ de hidroenerg)a! la arena arra$trada +or el agua en lo$ "anale$! +a$a a la$ tur&ina$ de$ga$tándola$ rá+ida(ente! en /un"i#n de la velo"idad * "a)da.

2.2.2 lases de desare/adores a E/ -u/ci/ de su oeraci/: •

Desare/adores de lavado co/ti/uo! e$ a9uel en el 9ue la $edi(enta"i#n * eva"ua"i#n $on do$ o+era"ione$ $i(ultánea$.

•

Desare/adores de lavado disco/ti/uos i/termite/te< 9ue al(a"ena * luego e+ul$a lo$ $edi(ento$ en (ovi(iento $e+arado$.

 E/ -u/ci/ de la velocidad de escurrimie/to: • •

De &a-a velo"idadF v  4 ($ 26.?6 . 6.>6 ($7 De alta velo"idadF v  4 ($ 24.66 . 4.=6 ($7

c Por la disosici/ de los Desare/adores: • •

E/ serie! /or(ado +or do$ o (á$ de+#$ito$ "on$truido$ uno a "ontinua"i#n del otro. E/ aralelo! /or(ado +or do$ o (á$ de+#$ito$ di$tri&uido$ +aralela(ente * di$e1ado$ +ara una /ra""i#n del "audal derivado.

2.2.7 Desare/adores de lavado disco/ti/uo Son el ti+o (á$ "o(n * la o+era"i#n de lavado $e +ro"ura realiar en el (enor tie(+o +o$i&le "on el o&-eto de redu"ir al ()ni(o la$ +rdida$ del agua.

?8


8igura 01: Isometr3a de u/ desare/ador co/ ca/al directo

2.2.4

8ases de desare/amie/to • •

;a$e $edi(enta"i#n ;a$e de +urga 2eva"ua"i#n7

2.2.6Eleme/tos de u/ desare/ador El de$arenador $e "o(+one de lo$ $iguiente$ ele(ento$F 6& 1ransici#n de entrada, la cual u/e el ca/al co/ el desare/ador. 7& Cá!ara de sedi!entaci#n" en la "ual la$ +arti"ular $#lida$ "aen al

/ondo! de&ido a la di$(inu"i#n de la velo"idad +rodu"ida +or el au(ento de la $e""i#n tran$ver$al. Du&uat! .,. 24:::7! "on$ider# 9ue la$ velo"idade$ l)(ite$ +or de&a-o de la$ "uale$ el agua "e$a de arra$trar diver$a$ (ateria$ $onF 4ara arcilla 4ara arena $ina 4ara arena gruesa

0081 ms 0190 ms 0*19 ms

De a"uerdo a lo anterior! la $e""i#n tran$ver$al de un de$arenador! $e di$e1a +ara velo"idade$ 9ue var)an entre 6.4 ($ * 6.< ($! "on una +ro/undidad (edia de 4.= ( * < (. O&$ervar 9ue +ara una velo"idad elegida * un "audal dado! una (a*or +ro/undidad i(+li"a un an"ho (enor * vi"ever$a. a /or(a de la $e""i#n tran$ver$al +uede $er "ual9uiera aun9ue general(ente $e e$"oge una re"tangular o una tra+eoidal $i(+le o "o(+ue$ta. a +ri(era $i(+li/i"a "on$idera&le(ente la "on$tru""i#n! +ero e$ relativa(ente "ara +ue$ la$ +arede$ de&en $e $o+ortar la +re$i#n de la tierra eterior * $e di$e1an +or lo tanto "o(o (uro$ de $o$teni(iento. a $egunda e$ hidráuli"a(ente (á$ e/i"iente * (á$ e"on#(i"a +ue$ la$ +arede$ tra&a-an


?<

"o(o $i(+le reve$ti(iento$. Con el o&-eto de /a"ilitar el lavado "on"entrando la$ +art)"ula$ ha"ia el "entro "onviene 9ue el /ondo no $ea horiontal $ino 9ue tenga una "a)da ha"ia el "entro. a +endiente tran$ver$al u$ual(ente e$"ogida e$ de 4F= a 4FB. 8& .ertedero" al /inal de la "á(ara $e "on$tru*e un vertedero $o&re el "ual

+a$a el agua li(+ia ha"ia el "anal. a$ "a+a$ $u+eriore$ $on la$ 9ue +ri(ero $e li(+ian e$ +or e$to 9ue la $alida del agua de$de el de$arenador $e ha"e +or (edio de un vertedero! 9ue ha$ta donde $ea +o$i&le de&e tra&a-ar "on de$"arga li&re. Ta(&in (ientra$ (á$ +e9ue1a e$ la velo"idad de +a$o +or el vertedero! (eno$ tur&ulen"ia "au$a en el de$arenador * (eno$ (ateriale$ en $u$+en$i#n arra$tran. Co(o (ái(o $e ad(ite 9ue e$ta velo"idad +uede llegar a v K 4 ($. De la e"ua"i#n de un vertedero re"tangular $in "ontra""ione$F 3

Q = CLh 2

DondeF

G

K Caudal 2(8$7 C K 4.B< 2vertedero "re$ta aguda7! ?.6 2vertedero +er/il Creager7  K ongitud de la "re$ta 2(7 H K Carga $o&re el vertedero 2(7 Si el área hidráuli"a $o&re vertedor e$F

3 = : & 3

a velo"idad $eráF

v

=

Q A

=

CLh 2 Lh

1

= Ch 2

 la "arga $o&re el vertederoF 2

 v  h =    C 

De donde +ara lo$ valore$ indi"ado$ de + * 2 ! $e +uede "on"luir 9ue el (ái(o valor de & no de&erá +a$ar de ?= "(. Ca$i $ie(+re el an"ho de la "á(ara del de$arenador no e$ $u/i"iente +ara "on$truir el vertedero re"to * +er+endi"ular(ente a la dire""i#n del agua. Por e$to $e le u&i"a en "urva 9ue "o(iena en uno de lo$ (uro$ laterale$ * "ontina ha$ta "er"a de la "o(+uerta de de$/ogue. E$ta /or(a /a"ilita el lavado +er(itiendo 9ue la$ arena$ $igan tra*e"toria$ "urva$ * al (i$(o tie(+o el /lu-o e$+iral 9ue $e origina! la$ ale-a del vertedero. 9& Co!puerta de lavado" $irve +ara de$alo-ar lo$ (ateriale$ de+o$itado$

en el /ondo. Para /a"ilitar el (ovi(iento de la$ arena$ ha"ia la "o(+uerta! al /ondo del de$arenador $e le da una gradiente /uerte del ?Q al >Q. El


?=

in"re(ento de la +ro/undidad o&tenido +or e/e"to de e$ta gradiente no $e in"lu*e en el tirante de "ál"ulo! $ino 9ue el volu(en adi"ional o&tenido $e lo to(a "o(o de+#$ito$ +ara la$ arena$ $edi(entada$ entre do$ lavado$ $u"e$ivo$. E$ ne"e$ario ha"er un e$tudio de la "antidad * ta(a1o de $edi(ento$ 9ue trae el agua +ara a$egura una ade"uada "a+a"idad del de$arenador * no ne"e$itar lavarlo "on de(a$iada /re"uen"ia$. Para lavar una "á(ara del de$arenador $e "ierran la$ "o(+uerta$ gran velo"idad arra$trando la (a*or +arte de $edi(ento$. Entre tanto el "audal nor(al $igue +a$ando al "anal $ea a trav$ del "anal dire"to o a trav$ de otra "á(ara del de$arenador. Una ve 9ue e$ta va")a la "á(ara! $e a&re +ar"ial(ente la$ "o(+uerta$ de ad(i$i#n * el agua 9ue entra "ir"ula "on gran velo"idad $o&re lo$ $edi(ento$ 9ue han 9uedado! ero$ionándolo$ * "o(+letando el lavado. ,eneral(ente! al lavar un de$arenador $e "ierran la$ "o(+uerta$ de ad(i$i#n. Sin e(&argo! +ara "a$o$ de e(ergen"ia el de$arenador de&e +oder va"iar$e in"lu$ive "on e$ta$ "o(+uerta$ a&ierta$. Por e$te (otivo la$ "o(+uerta$ de lavado de&en di$e1ar$e +ara un "audal igual al tra)do +or el "anal (á$ el lavado 9ue $e o&tiene dividiendo el volu(en del de$arenador +ara el tie(+o de lavado. Ha* 9ue a$egurar$e 9ue el /ondo de la o la$ "o(+uerta$ e$te (á$ alto 9ue el +unto del r)o al "ual $e "ondu"en la$ agua$ del lavado * 9ue la gradiente $ea $u/i"iente +ara o&tener una velo"idad "a+a de arra$trar la$ arena$. Se "on$ideran 9ue +ara 9ue el lavado +ueda e/e"tuar$e en /or(a rá+ida * e/i"a e$ta velo"idad de&e $er de 8 3 = ($. 'u"ha$ ve"e$ e$ta "ondi"i#n ade(á$ de otra$ +o$i&le$ de )ndole to+ográ/i"a! i(+ide "olo"ar el de$arenador in(ediata(ente de$+u$ de la to(a! 9ue e$ la u&i"a"i#n ideal! o&ligando de$+laarlo agua$ a&a-o en el "anal. :& Canal directo" +or el "ual $e da $ervi"io (ientra$ $e e$ta lavando el

de$arenador. El lavado $e e/e"ta general(ente en un tie(+o "orto! +ero +or $i "ual9uier (otivo! re+ara"i#n o in$+e""i#n! e$ ne"e$ario $e"ar la "á(ara del de$arenador! el "anal dire"to 9ue va +or $u "ontorno! +er(ite 9ue el $ervi"io no $e $u$+enda. Con e$te /in a la entrada $e "olo"an do$ "o(+uerta$! una de entrada al de$arenador * otra al "anal dire"to. En el "a$o de $er el de$arenador de do$ o (á$ "á(ara$! el "anal dire"to *a no e$ ne"e$ario +ue$ una de la$ "á(ara$ tra&a-a "on el "audal total (ientra$ la otra $e lava. 2.2.6

o/sideracio/es ara el diseBo hidrulico


?>

2.2..1

lculo del dimetro de las art3culas a sedime/tar •

Se +lantea un de$arenador +ara "audale$ (a*ore$ a 6.46 ( 8$! $olo $erá ne"e$ario en "audale$ (enore$ "uando lleva (u"ho $edi(ento.

•

a $e""i#n del de$arenador de&e de tener un ()ni(o de > ve"e$ la $e""i#n re"ta del "anal de u$o. El /ondo del de$arenador de&e "u(+lir "onF "on +endiente (ái(a del ?6Q * "o(o +endiente ()ni(a del ?Q

•

a "o(+uerta de li(+ia de&e de u&i"ar$e en la +arte (a$ &a-a del de$arenador * de +re/eren"ia en el $entido del /lu-o.

•

a$ +endiente$ tran$ver$ale$ de&en $er 4F< ! 4F:

•

En el de$arenador de&e li(itar$e el rango de velo"idade$ de a"uerdo al ta(a1o de la$ +art)"ula$ 9ue de-an de de"antar "on la velo"idad de /lu-o en el "anal.

•

a velo"idad de agua dentro del de$arenador de&e "on$iderar$e +ara +rodu"ir de"anta"i#n de una +art)"ula 9ue no $ea +o$i&le $er +ue$ta en (ovi(iento en el "anal +or arra$tre.

•

Se re"o(ienda 9ue no $e +rodu"a tur&ulen"ia$! 9ue lo$ de"antadore$ $ean relativa(ente an"ho$ * +o"o +ro/undo$ a /in de dar una +endiente +ara /a"ilitar el arra$tre de $#lido$ de+o$itado$ dentro del de"antador al (o(ento de realiar la li(+iea.

•

o$ de$arenadore$ $e di$e1an +ara un deter(inado diá(etro de +art)"ula! e$ de"ir! 9ue $e $u+one 9ue toda$ la$ +art)"ula$ de diá(etro $u+erior al e$"ogido de&en de+o$itar$e. Por e-e(+lo! el valor del diá(etro (ái(o de +art)"ula nor(al(ente ad(itido +ara +lanta$ hidroel"tri"a$ e$ de 6.?= ((. En lo$ $i$te(a$ e riego general(ente $e a"e+ta ha$ta un diá(etro de 6.= ((.

•

Se de&e tener en "uenta el u$ar "onveniente(ente la "urva granulo(tri"a re+re$entativa del (aterial en $u$+en$i#n * /ondo +ara un +eriodo de retorno e9uivalente a "riterio del di$e1ador 2$e $ugiere =6 a1o$7. In/or(a"i#n &á$i"a ne"e$aria +ara deter(inar la "á(ara de "ol(ata"i#n! deter(ina"i#n del +eriodo de +urga * el +or"enta-e de (aterial en $u$+en$i#n 9ue no +odrá $er retenido.

•

Para el u$o de agua en agri"ultura! el diá(etro ()ni(o de la +art)"ula a eli(inar $eria de 6.= ((! * +ara energ)a 6.? ((. Para +ro*e"tar la de"anta"i#n del (aterial de (aterial $#lido de diá(etro (enor! el di$e1ador de&erá utiliar otra$ t"ni"a$ $o&re la &a$e de e+erien"ia$ 9ue +er(itan garantiar la e/i"ien"ia en la reten"i#n.

•

Ta(&in $e de&e +rever a 9ue lugare$ $e va a orientar o de+o$itar lo$ (ateriale$ de"antado$.

?:


•

a $e""i#n (á$ e/i"iente +ara de"antar! re$ulta $er la "o(+ue$ta +or +arede$ verti"ale$ en la +arte $u+erior * tra+e"ial en la +arte in/erior.

•

Alguna$ rela"ione$ geo(tri"a$ a $er "on$iderada$ $on la$ $iguiente$F o

o

o

o

o

•

%a relaci/ lo/gitud a a/cho: Será "on el /in de a+roi(ar$e lo (á$ +o$i&le al /lu-o. Se re"o(ienda un tan9ue re"tangular "on una rela"i#n de longitud a an"ho 2A7 entre 84 * =4. Pro-u/didad m3/ima  m?imaF a +ro/undidad ()ni(a e$+e"i/i"ada e$ de 4.=6 (etro$ * la (ái(a de <.=6 (etro$. Pro-u/didad de almace/amie/to de lodos: Se ado+ta una +ro/undidad (ái(a de 6.<6 (etro$. a$ +endiente$ del /ondo de&en de e$tar "o(+rendida$ entre el 4Q * el BQ "on el /in de 9ue lo$ lodo$ rueden /á"il(ente * la la&or de li(+iea (anual $ea $egura +ara lo$ o+erario$. Periodos de rete/ci/ hidrulicos: El tie(+o 9ue tarde una +art)"ula de agua en entrar * $alir del de$arenador de&e de e$tar "o(+rendido entre 6.= hora$ * < hora$ arga hidrulica suer-icial: a "arga hidráuli"a $u+er/i"ial! de/inida "o(o el "audal +ue$to +or unidad de área $u+er/i"ial! de&e e$tar entre 4= * B6 (8(?

En $i$te(a$ hidroel"tri"o$ el diá(etro +uede "al"ular$e en /un"i#n de la altura de "a)da "o(o $e (ue$tra en la ta&la 4! o en /un"i#n del ti+o de tur&ina "o(o $e (ue$tra en la ta&la ?. Ta&la 4F Diá(etro de +art)"ula$ en /un"i#n de la altura de "a)da Diá(etro de +art)"ula$ 2d7 9ue $on

Altura de "a)da 2H7 2(7

retenida$ en el de$arenador 2((7 0.

100 F 200

0.6

200 F 700

0.7

700 F 600

0.1

600 G 1000

Ta&la ?F Diá(etro de +art)"ula$ en /un"i#n del ti+o de tur&ina$

2.2..2

Diá(etro de +art)"ula$ 2d7 a eli(inar en el de$arenador 2((7

#io de turi/a

1F7

>ala/

0.4 F 1

8ra/cis

0.2 G 0.4

Pelto/

lculo de la velocidad del -lu9o v e/ el ta/Hue


?B

a velo"idad en un de$arenador $e "on$idera lenta! "uando e$tá "o(+rendida entre 6.?6 ($ a 6.>6 ($. a ele""i#n +uede $er ar&itraria o +uede realiar$e utiliando la /#r(ula de Ca(+. V = a d

DondeF

2.2..7

2"($7

d K diá(etro 2((7 a K "on$tante en /un"i#n del diá(etro A

dmm

61

 0.10

44

0.1 F 1

7

J1

lculo de la velocidad de ca3da ; e/ aguas tra/Huilas Para e$te a$+e"to! ei$ten varia$ /or(ula$ e(+)ri"a$! ta&la$ * no(ogra(a$! alguna$ de la$ "uale$ "on$ideranF Pe$o e$+e"i/i"o del (aterial a $edi(entar$eF Pe$o e$+e"i/i"o del agua tur&iaF

ρ s gr"(8 2(edi&le7 ρ ; gr"(8 2(edi&le7

ArKha/gelsKi< di$e1# una ta&la 2Ta&la 87 9ue +er(ite "al"ular ; 2"($7 en /un"i#n del diá(etro de +art)"ula$ d 2en ((7F #ala 7. +elocidades de sedime/taci/ ; calculado or ArKha/gelsKi 176 e/ -u/ci/ del dimetro de art3culas d2((7 0.06 0.10 0.16 0.20 0.26 0.70 0.76 0.40 0.46 0.60 0.66 0.0 0.0 0.N0 1.00 2.00 7.00 6.00

= cmLs 0.1N 0.2 1.60 2.10 2.00 7.240 7.N0 4.720 4.N0 6.400 6.40 .4N0 .720 N.00 .44 16.2 1.26 24.0

&ellerio +or $u +arte de$arrolla un no(ogra(a 2ver ;ig. <7! 9ue +er(ite "al"ular ; 2en "($7 en /un"i#n del diá(etro d 2en ((7.

?5


Figura  !periencia de ellerio

!Oe/s! +ro+one la $iguiente /#r(ulaF w = k d ( ρ s

− 1)

DondeF  K d K ρ s K

Velo"idad de $edi(enta"i#n 2($7 Diá(etro de +art)"ula$ 2(7 Pe$o e$+e"i/i"o del (aterial 2g"(87



Con$tante 9ue varia de a"uerdo "on la /or(a * naturalea de lo$ grano$! $u$ valore$ $e (ue$tran en la Ta&la <.

K

#ala 4. +alores de la co/sta/te K K ;or(a * %aturalea Are/a es-5rica

.76

)ra/os redo/deados

N.26

)ra/os cuarCo dJ7 mm

.12

)ra/os cuarCo d0. mm

1.2N

&udr! de$arrolla un no(ogra(a 2ver ;ig. 6=7! 9ue +er(ite "al"ular la velo"idad de $edi(enta"i#n  2en ($7 en /un"i#n del diá(etro 2en ((7 * del +e$o e$+e"i/i"o del agua 2 ρ  en gr"(87.


86

5igura :3 .elocidad de sedi!entaci#n de granos de arena en agua&

&cotti G 8olglie/i! de$arrolla la $iguiente /#r(ulaF w = 3.8 d + 8.3d

DondeF  K velo"idad de $edi(enta"i#n 2($7 d K diá(etro de la +art)"ula Para el "ál"ulo de ; de di$e1o $e +uede o&tener el +ro(edio de lo$ ; s "on lo$ (todo$ enun"iado$ anterior(ente. 2.2..4

lculo de las dime/sio/es del ta/Hue v h 

A

&

Figura 9 !s,uema del tan,ue del desarenador de per$il ( $rente

Se +ueden dar do$ +o$i&ilidade$ de "ál"uloF

84


a Desrecia/do el e-ecto del -lu9o turule/to sore la velocidad de sedime/taci/: En &a$e a la$ $iguiente$ rela"ione$F Q = bhv

CaudalF

h

Tie(+o de "a)daF

w =

Tie(+o $edi(enta"i#nF

v = L h

Igualando tie(+o$ tF

w

=

t

t

Q

de$+e-ando &F

b =

de$+e-ando tF

t = h

de$+e-ando tF

t = L

hv

w

v

L v

De$+e-ando  2longitud del tan9ue7 en a+li"a"i#n de la teor)a de $i(+le $edi(enta"i#nF L =

hv w

 o/sidera/do los e-ectos retardatorios de la turule/cia: Con el agua en (ovi(iento! la velo"idad de $edi(enta"i#n e$ (enor a igual a ;; 1! donde ; 1 e$ la redu""i#n de la velo"idad +or e/e"to$ de la tur&ulen"ia. El de"antador de&e de tener un largo LM $u/i"iente +ara 9ue la +art)"ula en la $u+er/i"ie de entrada tenga tie(+o de de$"ender al /ondo. Por tanto!  $eráF L =

DondeF

; 1 K ; = + & :

K K =

hv w−w

1

redu""i#n de velo"idad de&ido a la tur&ulen"ia 2 ($7 Velo"idad de de"anta"i#n +ara el diá(etro de la +art)"ula. velo"idad del agua dentro del de"antador 2($7 +ro/undidad del de+o$ito 2(7 ongitud del de"antador

Al +rodu"ir$e la redu""i#n de la velo"idad! e$ o&vio 9ue la longitud del tan9ue au(enta. EghiaCaro-- ! e+re$# la redu""i#n de velo"idad de /lu-o -debido a la turbulencia ,ue retrasa el descenso de las partículas7 "o(oF w1

=

v 5.7 + 2.3h

-ms.

%evi/! rela"ion# la redu""i#n de la velo"idad de /lu-o "on un "oe/i"ienteF


8?

1

w

= α v

2ms7

,estelli et al! "on$idera 9ue el "oe/i"iente e$F α =

0.132

Donde &! $e e+re$a en (.

h

En el "ál"ulo de de$arenadore$ de &a-a$ velo"idade$ $e +uede realiar una "orre""i#n! (ediante el "oe/i"iente  2ver Ta&la 6=7! 9ue var)a de a"uerdo a la$ velo"idade$ de e$"urri(iento en el tan9ue, es decir: L = K

hv w

#ala 6. oe-icie/te ara el clculo de desare/adores de a9a velocidad Velo"idad de e$"urri(iento 2($7

>

0.2

1.26

0.7

1.60

0.6

2

En lo$ de$arenadore$ de alta$ velo"idade$! entre 4 ($ a 4.=6 ($! Mo/tagre! +re"i$a 9ue la "a)da de lo$ grano$ de 4 (( e$tán +o"o in/luen"iado$ +or la tur&ulen"ia. 2El valor de  en tr(ino$ del diá(etro! $e (ue$tran en la Ta&la >7. #ala . oe-icie/te ara el clculo de desare/adores de alta velocidad

Dimensiones de las partículas a eliminar d (mm)

>

1

1

0.6

1.70

0.26 G 0.70

2

#ala : +elocidades de deca/taci/ e/ -u/ci/ al dimetro de las art3culas Diá(etro de grano$ 2((7 6.?6 6.86 6.<6 6.=6 6.>6 6.:6 6.B6 6.56 4.66 4.=6 ?.66 ?.=6 8.66

6.555 ?.5 <.> =.5 :.6 B.? 5.6 46.6 44.6 44.B 4=.6 4:.: ?6.= ??.=

Velo"idad de de"anta"i#n 2"($7 2Sa7 Pe$o e$+e")/i"o del agua 4.688 4.6>< 4.466 ?.> 4.5 4.8 <.6 8.< ?.= =.= <.5 <.6 >.: >.6 =.6 :.B :.6 =.5 B.B :.5 >.: 5.: B.> :.< 46.> 5.< B.6 44.8 46.4 B.: 4<.> 48.= 44.= 4:.? 4>.= 4<.4 ?6.6 45.6 4>.5 ??.= ?4.B 45.=

4.4=6 6.5 4.> ?.= 8.> <.? <.: =.4 =.= =.5 :.B 5.B 44.: 48.=

88


2. 2.2. 2.. .66

alc a lcul ulo o de de las las dime dime/s /sio io/e /es s del del ta/H ta/Hue ue:: El +ro"e$o de "ál"ulo $e +uede realiar de la $iguiente (aneraF Asumie/do u/a ro-u/didad: 2+or e-e(+lo h K 4.=6 (7 Aplicando la teoría de si!ple sedi!entaci#n3

•

ongitud del tan9ueF

L =

hv

b =

Q

• An"ho del de$arenadorF

t = =

w

hv h

•

Tie(+o de $edi(enta"i#nF

•

Volu(en Volu(en de agua "ondu"ido en el tie(+o t 2de $edi(enta"i#n7F

w

V = Qt •

V = bhL

Veri/i"a"i#n Veri/i"a"i#n de la "a+a"idad del tan9ueF

Considerando los efectos retardatorios de la tur%ulencia3

0.13 132 2

•

Cál"ulo de α, $egn e$telli et alF

α =

•

Cál"ulo de ; 1 ! $egn evinF

w

= α v

•

Cal"ulo de ; 1 ! $egn Eghiaaro//F

=

v

•

Cál"ulo de la longitud :F

L =

•

Cál"ulo de la longitud : "orregidaF

L = K

1

w1

h

5.7 + 2.3h hv w − w1

hv w

De lo$ valore$ de : o&tenido$! $e elige uno de ello$. De/inido &" b * : $e tienen la$ di(en$ione$ del tan9ue de$arenador. Para /a"ilidad del lavado! al /ondo del de$arenador $e le dará una +endiente del ?Q "u*a in"lina"i#n "o(enará "o(enará al /inaliar la tran$i"i#n.


8<

2. 2.2. 2.. .

lcu l culo lo de la lo/ lo/gi gitu tud d de de tra/ tra/si sici ci/ / a tran$i"i#n de&e $er he"ha lo (e-or +o$i&le! +ue$ la e/i"ien"ia de la $edi(enta"i#n de+ende de la uni/or(idad de la velo"idad en la $e""i#n tran$ver$al! +ara el di$e1o $e +uede utiliar la /#r(ula de /ind F L = DondeF

2. 2.2. 2.. .

T 2

− T 1

2.tg 12.5º

T4 K e$+e-o de agua en el "anal T? K e$+e-o de agua en el de$arenador

lcu l culo lo de la lo/ lo/gi gitu tud d del del ver verte tede dero ro Al /inal de la "á(ara $e "on$tru*e un vertedero $o&re el "ual +a$a el agua li(+ia ha"ia el "anal. 'ientra$ (á$ +e9ue1a e$ la velo"idad de +a$o +or el vertedero! (eno$ tur&ulen"ia "au$a en el de$arenador * arra$tra (eno$ (ateriale$ en $u$+en$i#n. Co(o (ái(o $e ad(ite 9ue e$ta velo"idad +ueda llegar a v K 4 ($ * "o(o "o(o $e indi indi"# "# ante anteri rior or(e (ent nte! e! e$ta e$ta velo" velo"id idad ad +one +one un l)(it l)(ite e al valor valor (ái(o de la "arga $o&re el vertedero "! el "ual e$ de 6.?= (. •

lculo de % Para un h K 6.?= (! C K ? 2+ara un +er/il Creager7 o C K 4.B< 2+ara un +er/il de "re$ta aguda7! * el "audal "ono"ido G! $e de$+e-a ! la "ual e$F L =

Q Ch

3/ 2

Por lo general la longitud del vertedero ), e$ (a*or 9ue el an"ho del de$arenador %! +or lo 9ue $e de&e u&i"ar a lo largo de una "urva "ir"ular! 9ue "o(iena en un de lo$ (uro$ laterale$ * "ontina ha$ta la "o(+uerta de lavado! "o(o $e (ue$tra en la ;igura :.

Figura 7: Esquema del desarenador

8=


•

lculo del /gulo ce/tral del vertedero

 el radio R co/ Hue se traCa la lo/gitud

1. lculo de ? πR 3 8>6

Se $a&e 9ueF



3 α

de dondeF

L =

2π Rα

De$+e-ando R

R =

180 L

360

=

π Rα

180

πα

cosα =

De la /igura 6:! el triángulo OA! rela"ionaF

R =

De$+e-ando RF

2. 7.

1 − cos α

= 180 L πα

180 L

C =

;inal(ente $e tendráF

f (α ) =

π b α 1 − cosα

− C

$e hallará +or tanteo$ "on la anterior e"ua"i#n. R =

lculo de R:

180 L πα

alcul al culo o De De la la lo/gi lo/gitud tud de la ro roecci ecci/ / del verted vertedero ero % 1: s!α =

4.

1 − cos cos α

Si ) * % "ono"ido$! enton"e$ C -cte.F

El valor de

R

b

b

Igualando a(&o$ RF

R − b

L1

L1

R

llculo  culo de la lo/g lo/git itu ud ro rome medi dio o L

prom

:? = t W : W : prom

):

= Rs!α


8>

DondeF

T K ongitud total t

K ongitud de tran$i"i#n de entrada



K ongitud del tan9ue

+ro( K ongitud Pro(edio 2.2. 2.2.. .NN

llculo  culos s coml comlem eme/ e/ta tari rio os 1.lculo de la ca3da de -o/do

∆ Z = L * Z DondeF

∆Z

K di/eren"ia de "ota$ del /ondo del del de$arenador



K T 3 t

S

K +endiente del /ondo del de$arenador 2?Q7

2.lculo de la ro-u/didad del desare/ador: desare/ador: " = h + ∆ Z

DondeF

H K Pro/und undidad dad del de$arenado ador /rente a la "o(+u o(+ue erta de lavado h K +ro/undidad de di$e1o del de$arenador

∆Z

K di/eren"ia de "ota$ del /ondo del de$arenador

7.lculo de altura de cresta del vertedero co/ resecto al -o/do: h" K H . 6.?= h" K altura de "re$ta del vertedero "on re$+e"to al /ondo 4.lculo de las dime/sio/es de comuerta de lavado: Su+oniendo una "o(+uerta "uadrada de lado l ! el área $erá A < l 7 . a "o(+uerta /un"iona "o(o un ori/i"io! $iendo $u e"ua"i#nF Q = C d A0 2 gh

DondeF

G K "audal a de$"argar +or el ori/i"io Cd K

"oe/ "oe/i" i"ie ient nte e de de$"a de$"arg rga a 26.> 26.>6 6 +ara +ara ori/ ori/i" i"io io de +ared delgada7

8:


A6 K área del ori/i"io 2área A de la "o(+uerta7 h K "arga "arga $o&re $o&re el ori/i" ori/i"io io 2de$de 2de$de la $u+er/ $u+er/i"i i"ie e del agua ha$ta el "entro del ori/i"io7 g K a"elera"i#n de la gravedad! 5.B4 ($? 6.lculo de la velocidad de salida or la comueerta v =

Donde ondeFF

v

Q A0

K Velo"i lo"ida dad d de $ali alida +or +or la "o( "o(+uer +uertta 2de 8 a = ($! ($! +ara el "on"reto! el l)(ite ero$ivo e$ de > ($7

G K Caudal de$"argado +or la "o(+uerta A K

0rea del ori/i"io 2igual al al área A de la "o(+uerta7.

O@O REVISARF Para deter(inar la velo"idad de $alida +or la "o(+uerta de li(+ia $e "al"ula utiliando el Teore(a Teore(a de ernoulli 2

" = d +

v2

2 g

1

v2

= (2 g ( " − d )) 2

V? K velo"idad de $alida

C v

= 0.96 + 0.0976

d y1↓

Cv K "oe/i"iente de de velo"idad velo"idad D K altura del ori/i"io 2.2.. 2.2. . E9emlo E9emlo de diseBo diseBo de desare/ado desare/adorr ver A/e?o A/e?o 01


8B

2.7

+ertederos

2.7.1 )e/eralidades En general! deno(inado$ ta(&in aliviadero$! $on e$tru"tura$ 9ue tienen +or o&-eto eli(inar en el tie(+o (á$ &reve +o$i&le! la$ de$"arga$ de "audal o eventual(ente de avenida$ 9ue $u+eran el "audal de di$e1o! tanto en grande$ +re$a$ "o(o en +e9ue1a$ o&ra$ hidráuli"a$ * an "anale$! evitando 9ue $ta$ o&ra$ $ean da1ada$ +or re&o$e o de$&orde$. a "ota del vertedero o aliviadero! $e /i-a "on el nivel nor(al del al(a"ena(iento 2en el "a$o de +re$a$7 o el tirante nor(al 2en "anale$7! e$ de"ir "on el volu(en (ái(o del e(&al$e o "on el "audal de di$e1o. El e"e$o a eli(inar$e! de&e de$"argar en "au"e$ naturale$ o 9ue&rada$! evitando en lo +o$i&le! o&ra$ adi"ionale$. a "a+a"idad de de$"arga de e$ta$ o&ra$! de+enden de la (ái(a avenida +revi$ta +ara un tie(+o de retorno +revi$to +ara el ti+o de o&ra hidráuli"a o +or el "riterio del +ro*e"ti$ta. Puede "o(+le(entar$e el vertedor (ediante "o(+uerta$ (#vile$ * /i-a$ +ara elevar adi"ional(ente el re+re$a(iento! +ero de&e a$egurar$e $u o+era"i#n. o$ ti+o$ de vertedero en +re$a$ de e(&al$e 2+ara "entrale$ hidroel"tri"a$! de al(a"ena(iento o reguladora$7! $on lo$ $iguiente$F •

Vertedero de "re$ta li&re.


85

Vertedero$ de "anal lateral. Vertedore$ de +oo.

• •

En el "a$o de "anale$ de riego $e tienenF Vertedero lateral

•

Para el di$e1o de $ta$ o&ra$! $e e/e"tan +rin"i+al(ente e$tudio$ hidrol#gi"o$ +ara deter(inar la (ái(a de$"arga * /i-ar la "a+a"idad de eva"ua"i#n del vertedor. Son ne"e$ario$ análi$i$ e$tru"turale$ del vertedor +ara a$egurar $u e$ta&ilidad * en el "a$o de $er ne"e$aria una rá+ida de&e ta(&in a$egurar$e $u e$ta&ilidad * eli(ina"i#n de la$ e"eden"ia$. 2.3.2 +ertederos laterales

a

!9eto  -i/alidad Para "ontrolar en "audal en lo$ "anale$ * evitar +o$i&le$ de$&orde$ 9ue +uedan "au$ar da1o$! $e re"o(ienda "on$iderar la "on$tru""i#n de re&o$e$ en todo$ a9uello$ lugare$ donde ei$ta +eligro. Un vertedero lateral e$ una $olu"i#n e"on#(i"a * de /á"il "on$tru""i#n. E$ta$ e$tru"tura$ "on$i$ten en e$"otadura$ 9ue $e ha"en en la +ared o talud del "anal +ara "ontrolar el "audal! evitándo$e +o$i&le$ de$&orde$ 9ue +odr)an "au$ar $erio$ da1o$! +or lo tanto! $u u&i"a"i#n $e re"o(ienda en todo$ a9uello$ lugare$ donde ei$ta e$te +eligro. o$ "audale$ de e"e$o a eli(inar$e! $e originan alguna$ ve"e$ +or /alla$ del o+erador o +or a/luen"ia$! 9ue durante la$ lluvia$ el "anal re"i&e de la$ 9ue&rada$. E$+e")/i"a(ente $e re"o(ienda la "on$tru""i#n de aliviadero$ laterale$ en lo$ $iguiente$ "a$o$F •

To(a$! deriva"ione$ de r)o$ o e$tero$ de "audal varia&le +re"i$an un re&o$e +ara "ontrolar la "antidad de agua 9ue entra al "anal en el +eriodo de "re"ida$. An al "ontar "on "o(+uerta$ 9ue +er(itan regular el ga$to de agua de&e in"luir$e un vertedero +ara "ontrarre$tar "ual9uier /alla! error o negligen"ia del o+erador.

•

Cuando durante lluvia$ en "anal re"i&e agua de 9ue&rada$! de&e +ro*e"tar$e un aliviadero lateral.

•

Para +revenir de$&orde$ +or o&$tru""ione$ en el "anal $e re"o(iendan vertedero$ laterale$ 2ante$ de e$tre"ha(iento "o(o entrada a tu&er)a$! et".7.

•

Para dar $alida al e"e$o de agua 9ue llega a una tur&ina! igual(ente de&e "on$iderar$e un re&o$e.


<6

En re$u(en "ual9uier +arte donde +ueda +rodu"ir$e un de$&orde de&e "ontar "on un aliviadero. 

8orma del aliviadero

&e uede/ asumir los siguie/tes er-iles: PER8I%

c

8!RMA

µ

A/cho< ca/tos regulares

0.4G0.60

A/cho< ca/tos redo/deados

0.6G0.66

A-ilado< co/ aireaci/ /ecesaria

0.4

E/ -orma de techo co/ coro/a redo/deada

0.

&ituaci/  uicaci/ %a osici/ del vertedero es aralelo a la direcci/ del movimie/to del agua. El lugar dee elegirse de tal ma/era Hue el agua evacuada se ueda descargar co/ u/ m3/imo de oras de arte a sea a u/a Huerada o al lecho del r3o e/ caso de toma. &iemre dee/ uscarse cauces /aturales ara evitar oras adicio/ales como ridas o saltos.

d riterios de diseBo •

El "audal de di$e1o de un aliviadero $e +uede e$ta&le"er "o(o a9uel 9ue "ir"ula en el "anal +or en"i(a de $u tirante nor(al! ha$ta el nivel (ái(o de $u "a-a hidráuli"a o ha$ta el nivel 9ue o"u+a en el "anal! el "audal "on$iderado "o(o de (ái(a avenida.

•

El aliviadero lateral no +er(ite eli(inar todo el e"edente de "audal! $ie(+re 9uedará un e"edente 9ue "orre$+onde te#ri"a(ente a uno$ 46 "(. en"i(a del tirante nor(al.

•

a altura del vertedor o di/eren"ia entre la "re$ta de $te * el /ondo del "anal "orre$+onde al valor de n.

<4


•

Para di(en$ionar el aliviadero ei$ten gran variedad de /#r(ula$! toda$ ella$ e(+)ri"a$! +ero a &a$e de e+eri(ento$ $e e$ta&le"i# la $iguiente rela"i#nF 2;or"hherner7.

Q=−

2 3

3

µ

2 g Lh 2

DondeF µ K Coe/i"iente

de "ontra""i#n  K ongitud del vertedero. h K Carga +ro(edio en"i(a de la "re$ta El /lu-o del "anal de&erá $ie(+re $er $u&"r)ti"o! enton"e$F h?h4.

h=

hh

+ hh 2

h4 K 6.Bh? h K6.5h? a /#r(ula de ;or"heiner da re$ultado$ "on $u/i"iente a+roi(a"i#n $i $e "u(+len la$ $iguiente$ "ondi"ione$F a7 El "o"iente entre la velo"idad del agua 2V47 * la ra) "uadrada del +rodu"to de la +ro/undidad del agua ante$ del vertedero 247 * la a"elera"i#n de la gravedad! de&e $er (enor 9ue el n(ero de ;roude K 6.:=. &7 a di/eren"ia entre h? * h4 de&e $er (enor a la di/eren"ia entre ? * n. E+re$ando la$ do$ "ondi"ione$ en /#r(ula$ tene(o$F

V 1 gY 1

≤ 0.75

h2

− h1 ≤ Y 2 − Y 1

•

Para (e-orar la e/i"ien"ia de la "re$ta $e $uele utiliar di/erente$ valore$ µ $egn la /or(a 9ue ado+te la "re$ta! $to$ valore$ /ueron dado$ l)nea$ arri&a "uando $e de$"ri&i# /or(a del aliviadero.

•

o$ ti+o$ 247 * 2?7 $e u$an "uando el "audal 9ue $e e$tá eli(inando +or la ventana o e$"otadura del "anal! "rua un "a(ino! /re"uente(ente $e utilian "uando $e +ro*e"tan &adene$! "uando e$to no e$ ne"e$ario * el "audal del vertedero $e +uede eli(inar al +ie del (i$(o! $e utilian lo$ ti+o$ 287 # 2<7.


•

o$ aliviadero$ laterale$ +ueden de$"argar a trav$ de un vertedero "on "ol"h#n al +ie 2de$nivele$ +e9ue1o$7 o (ediante una al"antarilla "on una +antalla di$i+adora de energ)a al /inal 2de$nivele$ grande$7.

e Determi/aci/ del er-il del aliviadero De$de 4BB> ha$ta4BBB ain hio la +ri(era inve$tiga"i#n "o(+leta en la&oratorio $o&re la /or(a de "re$ta 9ue "oin"ide "on la $u+er/i"ie in/erior de una na+a aireada $o&re un vertedero de "re$ta delgada. De$de 458? ha$ta 45
# !

= K * "d ! −1Y

DondeF

X *  $on la$ "oordenada$ del +er/il de la "re$ta "on $u origen en el +unto (á$ alto de $ta . Hd K E$ la altura de di$e1o  * n K Son +ará(etro$ 9ue de+enden de la +endiente de la "ara agua$ arri&a. o$ valore$ de  * n $on lo$ $iguiente$F Pe/die/te de la cara Aguas arria

>

/

+ertical

2.000

1.N60

7

7 e/ 1

1.7

1.N7

4

7 e/ 2

1.7

1.N10

6

7 e/ 7

1.N7

1.

Para +endiente$ inter(edia$! lo$ valore$ a+roi(ado$ de  * n +ueden o&tener$e gra/i"ando lo$ anteriore$ valore$ "ontra la$ +endiente$ "orre$+ondiente$ e inter+olando en la grá/i"a lo$ valore$ re9uerido$ +ara "ual9uier +endiente dentro del rango gra/i"ado.

<8


2.7.7 +ertederos de demas3as Cuando en la (adre de una "orriente $e e$ta&le"e un di9ue! $e eleva el nivel de agua$ arri&a del (i$(o * el "audal $e vierte +or en"i(a de l. Segn 9ue el nivel de agua$ a&a-o e$t (á$ &a-o o (á$ alto 9ue el u(&ral del di9ue! $e di"e 9ue el vertedero e$ "o(+leto o in"o(+leto. 2.7.7.1 +ertederos comletos Para "al"ular el ga$to de un vertedero "o(+leto! $e "on$idera una /a-a horiontal de an"hura  * de altura dh! $ituada a una +ro/undidad h  V??g +or &a-o de la l)nea de "arga hidrodiná(i"a +or ella /lu*e un "audalF Q

=

2 3

µ $

3 3   2 2 2   V  2  V    −   2 g   h + 2 g  2 g       

En e$ta$ e"ua"ione$ Y e$ un "o"iente 9ue de+ende de la /or(a de la $e""i#n del vertedero * 9ue $e o&tiene e+eri(ental(ente. a velo"idad de llegada V??g! $uele $er +e9ue1a! de $uerte 9ue e$ +o$i&le +re$"indir de ella! * el "ál"ulo del ga$to $e ha"e +or la $en"illa /#r(ulaF

Q

=

2 3

3

µ $

2 g h 2

a altura h del vertedero de&e (edir$e (á$ arri&a de la de+re$i#n $en$i&le de la $u+er/i"ie li&re! "uando (eno$ a una di$tan"ia ?h de la +re$a la regla! (u* en &oga! de to(ar la altura un (etro agua$ arri&a del vertedero e$ "o(+leta(ente ar&itraria * $#lo e$ l)"ita +ara altura$ in/eriore$ a 6.=6 (. El "oe/i"iente de ga$to Y de+ende! "o(o di-i(o$! de la $e""i#n del vertedero e$ en general! tanto (a*or "uanto (e-or redondeada e$tá la "re$ta del (i$(o . o$ vertedero$ de u(&ral agudo! +ara lo$ "uale$ $on (á$ ea"to$ lo$ valore$ de Y! $olo $e a+li"an +ara a/oro$. Th. Reh&o" ha o&tenido lo$ valore$ de Y +ara un gran n(ero de vertedero$ redondeado$ en la /or(a del e$9ue(a de la /igura 64! "on +ara(ento interior verti"al * +ara(ento eterior "on talud de 4F6.>:! * ha hallado +ara ello$ la /#r(ulaF

1

 "   2   "  µ = 0.312 + 0.30 − 0.01*  5 −   + 0.09 *   r     w    2

Válida (ientra$

w ≥ 0.02m*

  6.6? (. * H  r2>3?6r28r77



" ≤ r  6 −

20r w + 3r

 

Si la altura H del vertedero e$ (a*or! la lá(ina vertiente $e $e+ara de la +ared de a9uel * Y $e ha"e de re+ente nota&le(ente (enor. Para r $e tieneF


<<

 4.57  α + − 0.573  ( 2α + 1) 20 

r = b 

$iendo  la ra#n entre lo$ $e(ie-e$ de la eli+$e 9ue /or(a el u(&ral! o $eaF  K a& * la /#r(ula $irve +ara todo valor de  9ue "u(+la "on la "ondi"i#n 6.=>.6 Para un vertedero "on "re$ta $e(i"ir"ular de radio R * a(&o$ +ara(ento$ verti"ale$! E. raner o&tuvoF Y K 4.6? [ 4.64=2HR?.6B7  \6.6<2HR6.457?  6.6??8]R 2   R "   µ = 1.02 − +  0.04 + 0.19  + 0.0223  " + 2.08    R   w    R 

1.015

Cuando el agua no llega nor(al(ente a la +re$a! "o(o o"urre en lo vertedero$ o&li"uo$! "urvo$ o 9ue&rado$! 9ue $e a+li"an +ara au(entar la an"hura de la lá(ina vertiente "on deter(inada an"hura del "au"e! no $on válida$ la$ /#r(ula$ dada$ +ara el "oe/i"iente de derra(e. O. ,. Ai"hel ha llevado a "a&o e+erien"ia$ "on vertedero$ de e$te ti+o * ha o&tenido 9ue en lo$ o&li"uo$ 9ue /or(an un ángulo agudo ^ "on el e-e de la "orriente! lo ga$to$ "orre$+ondiente$ a un vertedero nor(al han de (ulti+li"ar$e +or el "oe/i"ienteF _ K 4 [ HJ o$ valore$ de J $onF

Angulo

`K

4=

 K 6.?= (.  K 6.=6 (. PK

6.86=

6.8>?

6.=8?

6.:66

6.B58

4.?=6

?.?:=

4.5?8

>.=:5

bK

86

<=

>6

:=

56


>.=:5

<=

c

c

El ga$to de un vertedero "urvo! "u*a$ tangente$ etre(a$ /or(an un ángulo $u+erior a <= e$ "a$i igual al de un vertedero o&li"uo 9ue /or(e el (i$(o ángulo "on el e-e del "au"eF Una +re$a e(+edrada ha$ta el u(&ral da un ga$to 4.== ve"e$ (a*or 9ue otra "on $u+er/i"ie de tierra de igual altura H. El "oe/i"iente de derra(e +ara "re$ta$ an"ha$ de+ende en alto grado de la rela"i#n de la altura H del vertedero a la an"hura  de $u u(&ral! +or9ue $egn $ea e$ta rela"i#n var)a la /or(a de la lá(ina vertiente. a /igura 6? re+rodu"e en$a*o$ e/e"tuado$ +ara deter(inar "oe/i"iente$ de derra(e! lo$ "uale$ (ani/ie$tan "lara(ente 9ue ha (edida 9ue au(enta la altura del vertedero va de$a+are"iendo la in/luen"ia de la an"hura de la "re$ta. Co(o valor del "oe/i"iente de ga$to $e tieneF Y K 6.>4 2H76.? válido $ie(+re 9ue 6.=H=.6 Claro 9ue e$to$ u(&rale$ de gran an"hura $olo $e "on$tru*en en "a$o$ de gran ne"e$idad +or e-e(+lo! $on inevita&le$ en +re$a$ auto(áti"a$. Pero en e$ta$ la e+erien"ia ha de(o$trado 9ue +uede (e-orar$e el "oe/i"iente de derra(e "uando la$ ala$ no e$tán horiontale$ $i no algo in"linada$ agua$ arri&a. a hi+#te$i$ &a$tante generaliada! de 9ue la lá(ina vertiente tiene $o&re un u(&ral an"ho un e$+e$or igual a lo$ do$ ter"io$ de la altura del vertedero! no ha $ido $an"ionada +or la e+erien"ia. o$ en$a*o de la /igura 68 $e hi"ieron de (odo 9ue e$tuviera aireado al e$+a"io in/erior a la lá(ina vertiente a +e$ar de ello el nivel dl agua $e levant# (u"ho * /ue +re"i$o +ara re&a-arlo in*e"tar aire "o(+ri(ido. Al e$ta&le"er de nuevo la "o(uni"a"i#n "on el aire eterior! vuelve a elevar$e el nivel del agua * $ale aire +or el tu&o de ventila"i#n! +rue&a de 9ue la eleva"i#n del nivel no e$ de&ida a la &a-a +re$i#n! "o(o ha (enudo $e $o$tiene. Gue el nivel &a-o de la lá(ina ha de $er (á$ elevado 9ue delante de ella re$ulta una $en"illa "on$idera"i#n. Si o&$erva(o$ un "a(&io de dire""i#n de la lá(ina en el /ondo eento de toda +rdida de "arga! el teore(a de lo$ i(+ul$o$ eige una +re$i#n horiontal dirigida de dere"ha a i9uierda! 9ue ha de $u/rir el agua in/erior a la lá(ina. Si la lá(ina vertiente tiene una $e""i#n ; * un e$+e$or H * llega "on la velo"idad (edia U al /ondo! $e tiene a+roi(ada(enteF g GU 243"o$ 7 K  ;2H [H7 o! $iendo G K U;F H [ H K U? g 243 "o$ 7


<>

uego! en el "a(&io de dire""i#n $in +rdida de "arga! el nivel &a-o la lá(ina $e elevará en e$ta (agnitud. 2.3.3.2 +ertedero i/comleto2Pre$a $u(ergida7

Cuando el nivel de agua$ a&a-o e$ (á$ elevado 9ue el u(&ral $e tiene un vertedero in"o(+leto el "ál"ulo del (i$(o no e$ +o$i&le ha"erlo "on $eguridad! +or 9ue an no $e han he"ho en$a*o$ "on l. Siguiendo a . ,. Du uat! $e "on$idera el vertedero in"o(+leto 2/igura 6<7 "o(+ue$to de un vertedero "o(+leto de altura 2H4 [ H?7 * de un de$ague $u(ergido +or la a&ertura  H? "on una "arga 2H4 [ H?  U? ?g7 de $uerte 9ue el ga$to ha de $erF G K ?8 YI 2?g74? \2H4 [ H?  U? ?g78? 3 2U? ?g78? ]  YII 2?g74? H? \2H4[H? U? ?g74? Donde YI * YII $on "oe/i"iente$ e+eri(entale$! "u*o valor ea"to $e ignora en general! $e to(a YI K YII K 6.>= VERTEDERO ATERA o$ vertedero$ 9ue $e derra(an "a$i +aralela(ente a la "re$ta de la +re$a $e lla(an vertedero$ laterale$ 2aliviadero$ de $u+er/i"ie7. Si a lo largo del vertedero tiene el "anal una an"hura  uni/or(e! una $e""i#n (edia ; * un radio (edio hidráuli"o R! * /lu*e ha"ia el aliviadero el "audal G * $e vierte +or el el Go! la varia"i#n de "arga hidrodiná(i"a a lo largo del vertedero $eráF hg K 2U4? [ Uo? 7?g f 2G4? [ Go? 7?g;?  el nivel $e elevará $en$i&le(ente hg a "on$e"uen"ia del retra$o 9ue i(+li"a el derra(e +or el vertedero lateral. A+li"ando la /#r(ula de velo"idad de ;or"hhei(er! la regula"i#n del (ovi(iento en el "anal a lo largo del aliviadero re9uiere una +endiente (ediaF @ K U? n? R4.< K 2G4 [ Go?;7? n?  R4.< Gue "orre$+onde a un de$"en$o de nivel! en la longitud  del vertedero! hr K 2G4 [ Go?;7? n?  R4.<  $i la "re$ta tiene la in"lina"i#n i 2ver /igura 7 $e "u(+le la rela"i#nF Z4 [ hr K Zo [ hg [ i  de la "ual re$ulta Zo [ Z4 K hg  i  [ h r ;inal(ente de la +ri(era /or(ula * la $iguiente $e dedu"eF


<:

Zo [ Z4 K 2G4? [ Go? 7?g;?  i  3 2G4 [ Go?;7? n?  R4.<  Por el vertedero lateral de longitud  $e derra(a el "audal G [ Go de$de una altura (edia 9ue! a+roi(ada(ente vale! 2Zo [ Z47 ?! $iendo +or "on$iguienteF G4 [ Go K ?8 Y  2?g74? \2Zo  Z47 ? ]8?  de ella dedu"i(o$F Zo  Z4 K ?\2G4 [ Go7?8 Y  2?g74?]?8 ;#r(ula$ "on la$ "uale$ e$ +o$i&le "al"ular "on $u/i"iente ea"titud un vertedero lateral.

Criterio$ de di$e1o 4. El "audal de di$e1o de un vertedero $e +uede e$ta&le"er "o(o a9uel "audal 9ue "ir"ula en el "anal +or en"i(a de $u tirante nor(al! ha$ta el nivel (ái(o de $u "a-a hidráuli"a o ha$ta el nivel 9ue o"u+a en el "anal! el "audal "on$iderado "o(o de (ái(a avenida. ?. El vertedero lateral no +er(ite eli(inar todo el e"edente de "audal! $ie(+re 9uedará un e"edente 9ue "orre$+onde te#ri"a(ente a uno$ 46 "(. en"i(a del tirante nor(al. 8. a altura del vertedor o di/eren"ia entre la "re$ta de $te * el /ondo del "anal! "orre$+onde al valor *n <. Para di(en$ionar el vertedero ei$ten gran variedad de /#r(ula$! a "ontinua"i#n $e de$"ri&e la /#r(ula de ;or"hhei(er

G K  ?8 Y 2?g74?  h8?

DondeF  K 6.5=

Y K Coe/i"iente de "ontra""i#n  K ongitud del vertedero h K Carga +ro(edio en"i(a de la "re$ta


El /lu-o del "anal! de&erá $ie(+re $er $u&3"r)ti"o! enton"e$ h?  h4 h K 2h?  h4 7? h4 K 6.Bh? h K 6.5h? a /or(ula da &uena a+roi(a"i#n "uando $e "u(+leF V4  2g 4 74?  6.:= h?  h4  ? 3 n =. Para (e-orar la e/i"ien"ia de la "re$ta del vertedero $e $uele utiliar di/erente$ valore$ Y $egn la /or(a 9ue a"o+le la "re$ta

;OR'A  a. An"ho$ de "anto$ re"tangulare$ &. An"ho de "anto$ redondeado$ ". A/ilado "on aerea"i#n ne"e$aria d. En /or(a de te"ho "on "orona redondeada

6.<5 [ 6.=4

6.=6 [ 6.>= 6.>< 6.:5

>. El ti+o a * & $e utilian "uando el "audal 9ue $e e$tá eli(inando +or la ventana o e$"otadura del "anal! "rua un "a(ino! /re"uente(ente $e utilian "uando $e +ro*e"tan &adene$! "uando e$to no e$ ne"e$ario * el "audal del vertedero $e +uede eli(inar al +ie del (i$(o! $e utilian lo$ ti+o$ " o d. :. o$ aliviadero$ laterale$ +ueden de$"argar a trav$ de un vertedero "on "ol"h#n al +ie 2de$nivele$ +e9ue1o$7 o (ediante una al"antarilla "on una +antalla di$i+adora de energ)a al /inal 2de$nivele$ grande$7 Pro&le(a Un "anal tra+eoidal de rugo$idad 6.64< "on talude$ 4F4 +lantilla 4(. * +endiente 4 666! re"i&e en +o"a$ de "re"ida$ un "audal de 5 (8$ ! el "anal ha $ido "on$truido

<5


+ara < (8$ +ero +uede ad(itir un "audal de > (8$. Cal"ular la longitud del aliviadero +ara eli(inar el e"e$o de agua. 4.

Cál"ulo de lo$ tirante$ (á K 4.:4 (

?.

8.

n

K 4.4: (

?

K 4.
Cál"ulo de h h?

K 6.?= (

h4

K 6.B  h? K 6.? (

h

K 26.?6.?=7? K 6.??= (

Caudal a eva"uar G

<.

K 8 (8$

Cál"ulo de  Para Y K 6.=6 * a+li"ando la e"ua"i#n  K 8G2?  Y 2?g74? h8?

2.4 A-oradores 2.4.7 2.4.4 2.6

 K ?6 (

=6


III E&#R$#$RA& DE R$E


7.1

=4

A%A"#ARI%%A&

7.1.1 )e/eralidades a$ al"antarilla$ $on o&ra$ hidráuli"a$ 9ue en general! +er(iten "ondu"ir agua$ +roveniente$ de 9ue&rada$! ria"huelo$ o r)o$! "anale$ de riego o drena-e! +or de&a-o de un "ru"e de "a(ino u otro "anal de riego o drena-e. Se "ara"terian +or $er "ondu"to$ "errado$ de $e""i#n "ir"ular! &#veda u ovalado$! o de (ar"o 2$e""i#n "uadrada o re"tangular7. Pueden "ondu"ir agua$ a tu&o lleno o +ar"ial(ente lleno! de+endiendo +rin"i+al(ente del "audal a eva"uar! del diá(etro de di$e1o! longitud! * de +ará(etro$ hidráuli"o$ "o(o la rugo$idad del (aterial de la al"antarilla! la +endiente! el área hidráuli"a * la velo"idad tanto a la entrada "o(o a $u $alida. a al"antarilla! +or $u$ "ara"ter)$ti"a$ hidráuli"a$! general(ente redu"e el "au"e de la "orriente de agua! o"a$ionando e(&al$e a la entrada! au(entando la "arga hidráuli"a! * +or "on$iguiente! el au(ento de la velo"idad en el "ondu"to * a la $alida. E$to$ /a"tore$ $e tienen en "uenta en el di$e1o! tanto en la ra$ante "o(o en la +ro+ia al"antarilla. a de"i$i#n de a$u(ir el di$e1o de una al"antarilla! +uente o +ont#n! de+enderá de /a"tore$ "o(oF •

Altura de la ra$ante del "a(ino o "anal en rela"i#n a la +ro/undidad de la 9ue&rada o /ondo del "au"e 2teniendo en "uenta 9ue la di/eren"ia ()ni(a entre la ra$ante * la al"antarilla de&e $er de un (etro! +ara diluir el e$/uero +or i(+a"to! generado +or el +a$o de lo$ veh)"ulo$7.

•

El "audal de avenida 9ue /luirá +or la e$tru"tura de "ru"e. Para "audale$ (enore$ a 8 (8$! e$ (á$ ade"uado el di$e1o de una al"antarilla! &á$i"a(ente +or $u "o$to.

•

a$ "on$idera"ione$ e"on#(i"a$ en el di$e1o * "on$tru""i#n de la o&ra de "ru"e * rela"i#n a la vida til de la (i$(a.

•

a /a"ilidad en "uanto a $u di$e1o e in$tala"i#n! 9ue redu"e el tie(+o de interru+"ione$ de trán$ito * la utilia"i#n de (ateriale$ de /á"il (ani+ula"i#n e in$tala"i#n.

•

El tie(+o de vida til de la o&ra! +uede deter(inar $u di$e1o * "on$tru""i#n! "on$iderando 9ue +ara una al"antarilla var)a de ?6 a =6 a1o$. En "a(&io +ara un +ont#n o +uente $u+era lo$ =6 a1o$! de+endiendo &á$i"a(ente del grado de da1o$ 9ue +odr)a o"a$ionar una /alla /un"ional de la al"antarilla.

Con$iderando $u /a"ilidad en el di$e1o * en lo$ (ateriale$ de "on$tru""i#n 2general(ente +re/a&ri"ado$7! +er(ite 9ue $ta$ +uedan $er re"ta$ "on una +endiente! tanto en el +lano verti"al "o(o horiontal! o "urva$ "on +endiente$ varia&le$. a$ al"antarilla$ re"ta$ "on una $ola +endiente $e "ara"terian +or tener una +re$i#n hidro$táti"a interna ()ni(a! e$tando la gradiente hidráuli"a +or en"i(a de la +arte $u+erior del tu&o * a ve"e$ dentro del (i$(o tu&o.


=?

7.1.2 #ios de alca/tarillas o$ ti+o$ de al"antarilla$ e$tán en /un"i#n de la$ "ara"ter)$ti"a$ del /lu-o a la entrada * a la $alida de la (i$(a. Una al"antarilla no $e $u(erge $i la "arga a la entrada e$ (enor 9ue un deter(inado valor "r)ti"o 2H7! "u*o valor var)a de 4.? D a 4.= D $iendo D el diá(etro o altura de la al"antarilla. a &eg/ el -lu9o a la e/trada  a la salida 8%$Q! #IP! 1 a de$"arga +or la al"antarilla de+ende en e$te "a$o de la "arga hidráuli"a di$+oni&le! o $ea de la di/eren"ia en nivel entre la eleva"i#n del +elo de agua agua$ arri&a * la eleva"i#n del +elo de agua agua$ a&a-o de la e$tru"tura. Para a$egurar 9ue el tu&o e$t lleno * 9ue $e "u(+lan la$ "ondi"ione$ de e$te "a$o 2va$e ;igura 647! $e re"o(ienda 9ue el nivel del agua e$t a una eleva"i#n jh K 4.=2Vk??g7! +or en"i(a de la al"antarilla. v4? ?g

he

h / h$

V4

P4

V4

d

V4

S K 6.66=

?

v ?g

P?

S K 6.66=

;igura 64F ;AU@O TIPO 4

a +rdida de "arga en el tra(o "u&ierto e$ la +rdida +or /ri""i#n en la $e""i#nF

&$ DondeF

h/ K  K S/ K

= : ⋅ >$

Prdida +or /ri""i#n 2(7 ongitud de la al"antarilla 2(7 Pendiente de la gradiente hidráuli"a 2((7.

a +endiente de la /ri""i#n e$F

>$

=

n

?

⋅ @?

? 3 ⋅ R 8 ?

DondeF

G n A R

K K K K

Caudal 2(8$7 ;a"tor de rugo$idad 26.648 +ara tu&o$ de "on"reto7 0rea (o-ada 2(?7 radio hidráuli"o 2(7.

Condi"ione$ de /lu-o +ara una $alida $u(ergida 2/lu-o lleno en la al"antarilla7F

=8


*4 > d *? > d A$) 9ue la +rdida total en la al"antarilla e$F

htot K he  h/  h$ DondeF

h$ K

+rdida en la $alida 2$7! va$e "riterio$ de di$e1o

a +rdida total de&e $er igual o (enor a la "arga hidráuli"a di$+oni&le en el "a$o "ontrario! ha&rá 9ue in"re(entar la $e""i#n de la al"antarilla. 8%$Q! #IP! 2 El "ál"ulo +ara e$te ti+o e$ idnti"o al "ál"ulo +ara el /lu-o ti+o 4. Condi"ione$ de /lu-oF Salida no $u(ergida *4 > H *t < d ;lu-o lleno en la al"antarilla. H e$ la altura "r)ti"a de agua a la entrada e igual a 4.?d a 4.=d! e(+leándo$e $ta lti(a en tu&er)a$ hidráuli"a(ente larga$. 8%$Q! #IP! 7 En e$te "a$o 28igura 27! el tirante de agua 2*47 en el trao agua$ arri&a de la e$tru"tura de&e $er (a*or de 4.= ve"e$ el diá(etro 2d7 del tu&o # la altura de la al"antarilla. a al"antarilla tra&a-a "o(o ori/i"io! "uando la al"antarilla e$ hidráuli"a(ente "orta! enton"e$! la de$"arga! $e "al"ula $egn la /#r(ula +ara ori/i"io$ 2ver VE% TE CHON! Hidráuli"a de "anale$ a&ierto$ a"á+ite 4:3487F

@ DondeF

C A g *4 vk4

K K K K K

?   A = 2 ⋅ 3 ⋅ ?g  ( 4 + 4  ?g   

Coe/i"iente de de$"arga área de la al"antarilla 2(?7 a"elera"i#n +or gravedad 25.B4 ($?7 tirante agua$ arri&a 2(7 velo"idad del agua "on tirante *4 2($7.

El "oe/i"iente de de$"arga var)a entre 6.<= * 6.:= * de+ende de la$ "ara"ter)$ti"a$ de la entrada! e$ de"ir 9ue el etre(o de la al"antarilla $o&re$alga al talud! 9ue "oin"ida "on un (uro de "a&e"era o 9ue $ea ingleteado o a"ha/lanado "oin"idiendo "on el talud del terra+ln! o 9ue el +er)(etro de la entrada +re$ente ari$ta$ re"ta$ o ligera(ente redondeada$. a$ "ondi"ione$ de e$te "a$o 2*4 4.=d7 $e +re$entan +or lo general en to(a$ "on una al"antarilla 9ue atravie$a la &er(a del "anal.


=<

8igura 2 G 8%$Q! #IP! 7 Condi"ione$ de /lu-oF Salida no $u(ergida 2;lu-o +ar"ial(ente lleno * tu&er)a hidráuli"a(ente "orta7F *4  H ?  d 8%$Q! #IP! 4 * 6 En e$te "a$o 28igura 77 el tirante de agua en el tra(o agua$ arri&a de la e$tru"tura e$ (enor de 4.= ve"e$ el diá(etro del tu&o o la altura de la al"antarilla. a al"antarilla tra&a-a "o(o un vertedor * la de$"arga +uede "al"ular$e "on$iderando e$te "a$o "o(o /lu-o $u&3"r)ti"o a trav$ "on$tri""i#n u$ando la /#r(ula 2VE% TE CHON! O+en Channel H*drauli"$! a"á+ite 4:3>7F

  A ?4    @ = 2 ⋅ 38 ⋅ ?g  ( 4 + − ( 8 − &$    g ?    DondeF

C A8  *8 g *4 V4 h/

K K K K K K K K

Coe/i"iente de de$"arga área (o-ada K &.*8 2(?7 an"ho de la "on$tri""i#n # al"antarilla 2(7 tirante agua$3a&a-o de la al"antarilla 2a7 a"elera"i#n de la gravedad 25.B4 ($?7 tirante agua$ arri&a de la al"antarilla 2(7 velo"idad del agua "on tirante *4 2($7 +rdida +or /ri""i#n en el tra(o "on$iderado 2(7.


==

8igura 7 G 8%$Q!& #IP! 4 * 6 a +rdida +or /ri""i#n $e +uede de$"uidar! +or9ue la longitud de la$ e$tru"tura$ e$ ()ni(a 2(enor de ?6 (7! * "o(o "on$e"uen"ia la +rdida +or /ri""i#n ta(&in. El valor del "oe/i"iente de de$"arga e$tá entre 6.:= * 6.5=. El área (o-ada A e$ di/)"il "al"ular en el "a$o de una al"antarilla "on tu&o$! +ero +uede $er deter(inado "on la a*uda del grá/i"o en la ;igura <. o/dicio/es de -lu9o: Salida no $u(ergida  *4  H  * 8  *" * /lu-o $u&"r)ti"o en el ;U@O < *4  H  * 8  *" * /lu-o $u&"r)ti"o * "ontrol a la $alida en el ;U@O =. o$ ti+o$ 4 * ? "orre$+onden a /lu-o "on/inado en tu&er)a$ * lo$ otro$ ti+o$ a /lu-o en "anale$ a&ierto$.

;igura < EE'E%TOS ,EO'mTRICOS DE U%A SECCIO% CIRCUAR  &eg/ su caacidad


=>

.1 Alca/tarilla de u/ tuo Para "audale$ iguale$ o (enore$ a 4.? (8$

G(á K d? 2(8$7

ongitud de tran$i"ione$F t ≥ < d a tran$i"i#n de entrada no lleva +rote""i#n * la tran$i"i#n de $alida lleva una +rote""i#n de enro"ado "on un e$+e$or de la "a+a igual a 6.?6 (. ongitud d +rote""i#nF + ≥ 8 d Diá(etro interno ()ni(oF d K 6.=4 .2 Alca/tarilla de dos tuos Para "audale$ 9ue o$"ilan entre 6.= (8$ * ?.? (8$ G(á K ? d? 2(8$7 ongitud de la$ tran$i"ione$F t ≥ = d a$ tran$i"ione$ de entrada * $alida llevan +rote""i#n de enro"ado "on un e$+e$or de la "a+a de ro"a de 6.?= ( ha$ta una altura $o&re el /ondo del "anal de 4.? d ongitud de +rote""i#n en la entradaF + ≥ < d ongitud de +rote""i#n en la $alidaF + ≥ = d Diá(etro interno ()ni(oF d K 6.=4 ( .7 Alca/tarilla de dos o9os Para "audale$ 9ue o$"ilan entre 4.= (8$ * <.= (8$ Se""i#n del o-o K an"ho  altura K d  4.?= d Ca+a"idad (ái(a de la al"antarillaF G(á K 8.4 d? 2(8$7 Entrada * $alida "on +rote""i#n de enro"ado * "on e$+e$or de la "a+a de ro"a de 6.?= (. ongitud de la$ tran$i"ione$F t K d  &  donde & K +lantilla del "anal ongitud de +rote""i#n en la entradaF + K 8 d ongitud de +rote""i#n en la $alidaF + K = d Diá(etro interno ()ni(oF d K 6.B6 (. .4 Alca/tarilla de tres o9os Para "audale$ 9ue o$"ilan entre ?.8 (8$ * 46.= (8$ Se""i#n del o-o K an"ho  altura K d  4.?= d Ca+a"idad (ái(a de la al"antarillaF G(á K <.B d? 2(8$7 Entrada * $alida "on +rote""i#n de enro"ado * "on e$+e$or de la "a+a de ro"a de 6.?= (. ongitud de la$ tran$i"ione$F t K d  &  donde & K +lantilla del "anal ongitud de +rote""i#n en la entradaF + ≥ 8 d ongitud de +rote""i#n en la $alidaF + ≥ = d Diá(etro interno ()ni(oF d K 6.B6 (. DIME"&I!"E&:

tu&o

∅

h m

e m

=:


4BM ?4M ?M 6M

4.=? 4.>6 4.>B 4.56 ?.48 ?.>6 ?.B? 8.66 8.=6 8.>=

6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4= 6.4=

1. E9emlos de diseBo E9ercicio 1. Di$e1ar la al"antarilla de la /igura ad-unta! 9ue "rua un "a(ino +ar"elario "on an"ho de =.= (.

aracter3sticas del ca/al aguas arria  aguas aa9o G K 6.: (K 6.6? (8$ 2'ái(o7 Z K 4.= S K 4 ooo n K 6.6?= & K 4.6 ( 4 K ?K 6.=5 ( V K 6.>8 ($ V??gK6.6? ( Solu"i#n El di$e1o $e hará $iguiendo lo$ "riterio$ re"o(endado$ en lo$ )te($ de$"rito$ anterior(ente


=B

7.2

A"!A& Son o&ra$ de arte 9ue +er(iten "ondu"ir "ur$o$ de agua (aterial de arra$tre! $edi(ento$ * hua*"o$! +roveniente$ de una 9ue&rada o de+re$ione$ de (u"ha +endiente! +or $o&re el "anal de riego.

=5


EMBED M!"o#oEd.3

7.2.1riterios de diseBo Se de&e "ontar "on la $iguiente in/or(a"i#n! "o(o ()ni(oF • • • •

0rea tri&utaria de la "uen"a Cara"ter)$ti"a$ del $uelo de la "uen"a Inten$idad (ái(a de +re"i+ita"i#n Cara"ter)$ti"a$ geo(tri"a$ del "anal de riego

a$ "anoa$ $e de&en u&i"ar de (anera tal 9ue no "a(&ie la dire""i#n de /lu-o o avenida +roveniente de 9ue&rada$. a +endiente de la$ "anoa$ de&e $er en lo +o$i&le la +endiente de la 9ue&rada en el $e"tor del "anal. Para el di$e1o e$tru"tural de&e "ono"er$e la$ "ondi"ione$ de la "a+a"idad +ortante del $uelo. 7.2.2lculo de la descarga m3/ima e/ las cue/cas de cruce El (todo ra"ional e$ el (á$ ade"uado +ara "al"ular la$ avenida$ (ái(a$ en "uen"a$ +e9ue1a$. Q

DondeF

G K C K i K

= 0.278.C%A

Caudal (ái(o 2(8$7 Coe/i"iente de e$"urri(iento Inten$idad (edia de +re"i+ita"i#n +ara una dura"i#n igual al tie(+o de "on"entra"i#n de la "uen"a 2((h7


>6

A K

0rea de la "uen"a drenada 2(?7

7.2.7lculo hidrulico de la ca/oa Se de&e di(en$ionar la "anoa en /un"i#n de la avenida (ái(a originada +or la 9ue&rada o ria"huelo 9ue $ta eva"ue. El "ál"ulo $e ha"e +ara la "anoa (á$ "r)ti"a 2de (a*or de$"arga7. •

velocidad de -lu9o sore la ca/oa: Para el e/e"to $e utilia la /#r(ula de 'anningF

V =

1 !

2

1

R 3 & 2

El "oe/i"iente de rugo$idad +ara r)o$ var)a de 6.6< a 6.6>! de+endiendo de la "antidad de $edi(ento$ de arra$tre * de la +endiente de la "uen"a. a +endiente (á$ re"o(enda&le e$ la del "au"e de la 9ue&rada. El radio hidráuli"o e$ el de la 9ue&rada 2una ve hallado el "audal de la 9ue&rada! $e "al"ulan todo$ lo$ +ará(etro$ hidráuli"o$ de la 9ue&rada7 •

Determi/a/do la secci/ de la ca/oa Se "al"ula "on <.A& El "audal e$ el "al"ulado +ara la 9ue&rada. Al "ono"er$e la velo"idad de /lu-o $o&re la "anoa! $e "al"ula el área hidráuli"a "orre$+ondiente a la "a-a de la "anoa.

A =

Q V

Co(o el área e$F A<%= ! $e a$u(e una &a$e % 9ue +er(ita eva"uar $in di/i"ultad el arra$tre de $edi(ento$ * agua de la 9ue&rada * luego $e "al"ula *. Se de&e "uidar 9ue * +er(ita el trán$ito de avenida$ de la 9ue&rada $in 9ue de$&orde. •

#io de -lu9o e/ la ca/oa El "audal unitario $eráF

' = DondeF

G K 9 K  K

El Tirante "r)ti"o $eráF

Q b

Caudal de avenida $o&re la "anoa 2(8$7 Caudal unitario 2(8$(l7 An"ho de la "anoa 2(7

>4


Yc =

DondeF

" K G K , K

'2

3

g Tirante "r)ti"o de la "anoa 2(7 Caudal unitario $o&re la "anoa 2(8$(l7 A"elera"i#n de gravedad 25.B4 ($?7

Por tanto la Velo"idad "r)ti"a $eráF

Vc = DondeF

V" K A" K & K

Q

Ac

Ac

= Yc * b

velo"idad "r)ti"a $o&re la "anoa 0rea "r)ti"a de la "anoa a$e de la "a-a de la "anoa

De&e "u(+lir$e la $iguiente "ondi"i#nF

  " V  V"

%o/gitud de las tra/sicio/es

•

Se a+li"a la $iguiente rela"i#nF

Lt =

T 1

− T 2

2tg DondeF

T4 K T? K

α

α

2

E$+e-o de agua ha"ia la 9ue&rada E$+e-o de agua en la "anoa 2T? K &7 K ángulo de tran$i"i#n

,orde lire

•

El &orde li&re e$ el $o&re alto +or en"i(a del tirante +ara evitar de$&orde$ en la "anoa. Para $u "ál"ulo $e a$u(e 9ue la altura total 2(7! $ea 1.2*< +or tanto el &ordo li&re o &orde li&re 2t7! $eráF

t = " − Y •

%o/gitud de rotecci/ a la e/trada  salida de la ca/oa Se "al"ula +orF Lp

DondeF

+ K

≥ 3Y

ongitud de +rote""i#n 2entrada * $alida7


>?

7.2.4E9emlo de diseBo En el "anal de riego 'atar"o"ha! "rua la 9ue&rada Sa*arina&a(&a "on un área de 8.= ( ?! inten$idad de +re"i+ita"i#n de 4.5 ((h! +endiente de =Q * rugo$idad de 6.6=6 $e a$u(e un "oe/i"iente de e$"urri(iento de 6.>6. Se de$ea di$e1ar una "anoa 9ue +er(ita derivar la$ agua$ de la 9ue&rada! ha"ia la (argen i9uierda del "anal de riego. Se re"o(ienda +rote""i#n de ingre$o * $alida +or tener la 9ue&rada una /uerte +endiente. 7.7

A$ED$#! ! P$E"#E A"A%

7.7.1 )e/eralidades En lo$ "anale$ de "ondu""i#n * an en lo$ de di$tri&u"i#n 2de+endiendo de la (agnitud del $i$te(a de riego7! $e +re$entan diver$o$ a""idente$ to+ográ/i"o$ "o(o de+re$ione$! 9ue&rada$ o "ur$o$ de agua * en (u"ho$ "a$o$! o&ra$ de in/rae$tru"tura "o(o "a(ino$! "anale$ l)nea$ /rrea$! e t". a ne"e$idad de "ruar "on el "anal +or e$to$ Lin"onveniente$M! eige &u$"ar $olu"ione$ "on di/erente$ o&ra$ de arte "o(o $i/one$! al"antarilla$! "anoa$! tnele$ o lo$ deno(inado$ +uente$ "anal o a"uedu"to$. 7.7.2 o/ceto E$ una e$tru"tura arti/i"ial de "ondu""i#n de agua 9ue /lu*e "o(o "anal en"i(a de un +uente * 9ue e$ta di$e1ado atrave$ar una de+re$i#n * "a+a de re$i$tir la$ "arga$ de agua * $u +ro+io +e$o. El tr(ino a"uedu"to e$ ta(&in u$ado +ara e$tru"tura$ a+o*ada$ o enterrada$ 9ue "ondu"en agua. 7.7.7!9etivo El o&-etivo de lo$ a"uedu"to$ e$ $alvar lo$ o&$tá"ulo$ 9ue $e +re$enta en el re"orrido de un "anal. Solo $e utilia un a"uedu"to o +uente "anal "uando el nivel de la ra$ante del "anal * la ra$ante del o&$tá"ulo! +er(ite un e$+a"io lo $u/i"iente(ente grande +ara +er(itir el +a$o de veh)"ulo$ en el "a$o de "a(ino$ o v)a$ /rrea$! el +a$o de agua $i $on "anale$ o avenida$! hua*"o$ o drene$ $i $on 9ue&rada$. 7.7.4lasi-icaci/ •

Por el /omre G Acueducto: Se re/iere a e$tru"tura$ área$ 9ue $e en"uentran a+o*ada$ en un +uente 9ue re$i$te "arga$ de agua * de $u +ro+io +e$o. G oloche: Tr(ino "o(n 9ue $e da a la$ e$tru"tura$ arti/i"iale$ * arte$anale$ de "ondu""i#n de agua en el norte del +a)$ e$tán "on$truida$ "on "ilindro$ o "ala(ina$ "ala/ateada$ "on &rea e$ta&iliado$ "on tierra o &arro.


>8

G a/oa: E$tru"tura 9ue +er(ite el +a$o de agua * drena-e$ +or en"i(a del "anal de riego +or (edio de un +uente "a-#n de &a$e an"ha. •

Por el tio de aoo G Acueducto aoado: E$tru"tura hidráuli"a 9ue $e +ro*e"ta a+o*ada $o&re el terreno natural! $o&re terreno "o(+a"tado o $o&re un "anal 2"anoa7. G Acueducto a5reo: ,eneral(ente $e u&i"an en 9ue&rada$ de "au"e +er(anente o te(+oral! +or la$ 9ue di$"urrirá gran "antidad de agua! lodo * +iedra$ 2en +o"a de lluvia7. Van a+o*ado$ $o&re e$tri&o$! * el alguno$ "a$o$! +or la lu de la 9ue&rada! o+"ional(ente tendrán +ilare$ de a+o*o.

7.7.6 Eleme/tos hidrulicos de u/ acueducto En el di$e1o hidráuli"o de un a"uedu"to de&en "on$iderar$eF •

Un +uente "anal +uede tener una $e""i#n re"tangular de hor(ig#n! o un tu&o. ,eneral(ente! la $e""i#n re"tangular de hor(ig#n e$ u$ada +ara "a+a"idade$ (a*ore$ * un "a1o! +ara "a+a"idade$ (enore$. 'iseño de la conducci#n3

o$ "ondu"to$ de&en $er di(en$ionado$ +ara una velo"idad (ái(a de 8 ($ 2tra&a-ando a $e""i#n llena7! $i $e u$a tran$i"i#n de hor(ig#n a la $alida * +ara 8!> ($ $i $e "olo"a un di$i+ador de +antalla a la $alida. •

Estructura de entrada : la "ota de la entrada al "anal elevado e$tá li(itada

+or tre$ /a"tore$F o

o

o

Su+er/i"ie de agua del "anal a "ruarF a entrada de&e $er lo $u/i"iente(ente alta "o(o +ara +roveer /lu-o a trav$ del "anal +ri$(áti"o! +or en"i(a del nivel de agua del (i$(o. Su(ergen"ia del "ondu"toF Para utiliar "o(+leta(ente la "a+a"idad del tu&o! la $u+er/i"ie del agua en la entrada del +uente "anal de&e $u(ergir la +arte $u+erior de e$te "ondu"to! agua$ arri&a! +or lo (eno$ una ve * (edia la altura de velo"idad. E$to +rovee una +rdida a la entrada igual al =6 Q de la altura de velo"idad * una +rdida en el "a1o igual a la altura de velo"idad. Revan"haF a (ái(a $u+er/i"ie de agua +ara el /lu-o de di$e1o a la entrada del "anal de drena-e de&e $er! "o(o ()ni(o >6 "( (á$ &a-a 9ue la $u+er/i"ie del terreno 2ta+ada ()ni(a7.

Un análisis hidráulico completo, debe hacerse para determinar la ubicación del control hidráulico y la cota del pelo del agua a la entrada. Cuando el canal de drenaje está bien defnido, el ujo a travs del puente canal debe coincidir, en cuanto sea posible, con el escurrimiento natural.


><

Con control de entrada, el nivel aguas arriba, está controlado por la carga re!uerida para la entrada al conducto. Cuando e"iste control de salida, la carga necesaria para producir la descarga de dise#o, es $unción de las prdidas en el sistema %prdidas de entrada, prdidas en el conducto y prdidas de salida).

Estructura de salida  &ebe permitir !ue la salida hacia el canal se realice sin erosión. 'a energ(a a disipar a la salida del puentecanal de sección rectangular, es muchas veces sufciente como para !ue sea necesario una estructura de disipación. 'a transición de salida estándar puede usarse para velocidad de salida de * m+s o menos, dando una protección en esta ona.

7.7. o/sideracio/es de diseBo hidrulico • • •

• • • •

De +re/eren"ia! la $e""i#n del "anal de&e $er re"tangular * "on +endiente$ de 6.664 o (enore$. En "a$o de +ro*e"tar a"uedu"to$ "on "ondu"to$ "ir"ulare$ en lo$ etre(o$ $erá ne"e$ario +ro*e"tar tan9ue$ o "á(ara$. Si $e +ro*e"ta a"uedu"to$ en el "ru"e de v)a$ de tran$+orte 2vial o /erroviaria7! $e de&e "uidar 9ue la ra$ante de la v)a +er(ita una altura li&re +ara el +a$o de veh)"ulo$ de tran$+orte. El a"uedu"to $erá lo $u/i"iente(ente elevado +ara +er(itir 9ue di$"urra la (ái(a avenida en el "au"e 9ue "rua. En lo +o$i&le evitar la "on$tru""i#n de +ilare$! $i a$) /uera! $to$ +rodu"en re(an$o$ * $o"ava"ione$ 9ue "onviene tenerlo$ en "uenta. El di$e1o de+enderá de la to+ogra/)a! a$) "o(o la$ $olu"ione$ e$tru"turale$ 9ue +uedan dar$e al +uente. Para el di$e1o hidráuli"o $e re9uiere la $iguiente in/or(a"i#nF o Cara"ter)$ti"a$ hidráuli"a$ del "anal de riego. o a$ eleva"ione$ del /ondo del "anal de riego tanto agua$ arri&a "o(o agua$ de&a-o de la e$tru"tura. o El /lu-o de agua del "anal al a"uedu"to de&e $er lo (á$ uni/or(e +o$i&le * orientar * alinear el a"uedu"to de tal /or(a 9ue no $ea un o&$tá"ulo ni +ara el "anal 9ue +a$a +or el ni +ara el "anal 9ue lo "rua. o En "a$o de u$ar$e a"uedu"to$ re"tangulare$ $e $ugiere dar a la$ tran$i"ione$ un ángulo de 4?86. o

o

o

a +endiente de&e a-u$tar$e en lo +o$i&le a la +endiente del "anal a /in de evitar "a(&io$ en la ra$ante del /ondo del (i$(o. Si el "a$o lo +er(ite lo$ tirante$ "on lo$ 9ue $e di$e1a de&erán $er lo$ (i$(o$ en el "anal "o(o en el a"uedu"to. a "ondi"i#n de /lu-o de&e $er $u& "r)ti"o tran$i"i#n de entrada

"anal de ingre$o

tran$i"i#n de $alida "ondu"to "anal de $alida

dire""i#n del /lu-o

E$9ue(a en +lanta de un a"uedu"to 4

?

8

<

>=


7.7.DiseBo hidrulico •

lculo de la tra/sici/ de e/trada  salida aguas arria  aguas aa9o a tran$i"i#n agua$ arri&a * a&a-o de&erá +rodu"ir un "a(&io gradual en la velo"idad de agua de$de el "anal ha"ia el a"uedu"to! "a(&iando ta(&in la $e""i#n tra+eoidal a re"tangular. o 9ue $e +er$igue e$ evitar tur&ulen"ia$ en el a"uedu"to.

L = DondeF

 "  Z h

K K K K K

$ $ ( c − (h) − 2 2 tg (12º30$)

ongitud de la tran$i"i#n 2(7. a$e o an"ho del /ondo del "anal 2tra+eoidal7! en (. An"ho o &a$e del /ondo del a"uedu"to 2re"tangular7 en (. Talud del "anal Altura total del "anal 2(7

Ta(&in $e +uede utiliar la $iguiente rela"i#n +ara el "a$o de una tran$i"i#n re"taF

L DondeF •

T4 K T? K

=

T 1

− T 2

2tg 12.5º

E$+e-o de agua en el "anal 2(7 E$+e-o de agua del "anal a"uedu"to 2(7

lculo del co/ducto elevado Por e"ono()a! el an"ho del "anal de&e $er lo (enor +o$i&le! (anteniendo en lo +o$i&le el (i$(o ti+o de /lu-o! de +re/eren"ia $u& "r)ti"o. A /in de 9ue $ean la$ ()ni(a$ +o$i&le$! $e di$e1a +ara "ondi"ione$ "er"ana$ a la$ "r)ti"a$. Para una $e""i#n re"tangular! en "ondi"ione$ "r)ti"a$ $e "u(+len la$ $iguiente$ rela"ione$F

y c

=

2 3

E %i&

y c

=3

Q2 b 2 g

Igualando a(&o$ * de$+e-ando &F

b

=

27Q 2 3 8 E %i& g

omo  e$ "ono"ido 2e$ el "audal de di$e1o7! $e re9uiere "ono"er E (in 2tirante en el "anal a"uedu"to7. Se "on$idera a+roi(ada(ente 9ue E (in e$ igual a E< 2en el "anal de $alida7.


>>

2

E 4

= y4 +

v4

2 g

2

= y! +

v!

2 g

Para lograr un /lu-o $u& "r)ti"o en el "anal del a"uedu"to! $e to(a un valor (a*or al b "r)ti"o "al"ulado. Un an"ho de $olera (a*or redu"e el e/e"to de la "urva de re(an$o 9ue $e origina en el "ondu"to. E$ a"e+ta&le 9ue $ta "urva a/e"te el 46Q del &ordo li&re. •

lculo de la tra/sici/ de salida a$ +rdida$ +redo(inante$ en la$ tran$i"ione$ 2+or $u "orta longitud7 "orre$+onden a la$ +rdida$ +or "a(&io de dire""i#n. Su e"ua"i#n e$F

h1− 2

∆hv =

= K ∆hv

v12 2 g

−

v 22 2 g

< sie/do

v1Jv2 DondeF

h43?  e $

K K K K

Prdida$ +or tran$i"i#n entre 4 * ?. Coe/i"iente de +rdida$ en la tran$i"i#n! +ueden $erF Coe/i"iente de +rdida$ en la tran$i"i#n de entrada Coe/i"iente de +rdida$ en la tran$i"i#n de $alida.

o$ valore$ de e * $! de+enden del ti+o de tran$i"i#n di$e1ada 2ver ta&la 68 * grá/i"o $iguiente7! #ala " 07: +alores de >e  >s seg/ el tio de tra/sici/ #io de tra/sici/ >e >s Curvado 6.46 6.?6 Cuadrante "il)ndri"o 6.4= 6.?= Si(+li/i"ado en l)nea re"ta 6.?6 6.86 )nea re"ta 6.86 6.=6 Etre(o$ "uadrado$ 6.86 6.:=

>:


•

lculo de los e-ectos de la curva de rema/so El e/e"to de la "urva de re(an$o in"ide en lo$ tirante$ de la$ $e""ione$ 4! ?! 8 * < 2ver grá/i"o de a"uedu"to7.

a7 lculo de *7F Se "al"ula a+li"ando la e"ua"i#n de la energ)a entre 8 *
∆ Z 3− 4 + y 3 + DondeF

v3

2 g

2

2

= y 4 +

∆ Z 3− 4 = &L

v4

2 g

+ K s (

v3

2 g

2

−

v4

) 2 g


>B

&7 Cál"ulo de ?F Se a+li"a la e"ua"i#n de energ)a entre la$ $e""ione$ ? * 8! * $e re$uelve +or tanteo$F

∆ Z 2 −3 + y2 +

v22 2 g

= y3 +

v32 2 g

+ hf 2 − 3

DondeF

hf 2 −3

 v! & E =  2   R 3

= & E L

 v 2 + v 3   2  

2

   

 R2 + R3   2  

v=

R = 

"7 Cál"ulo de *4F Se a+li"a la e"ua"i#n de energ)a entre 4 * ?! luego $e re$uelve +or tanteo$F

∆ Z 1− 2 + y1 + DondeF

v12 2 g

= y2 +

v22 2 g

+ K s (

v22 2 g

−

v12

) 2 g

∆ Z 1− 2 = &L

d lculo de la altura de rema/so a altura de re(an$o +rodu"ido $eráF

hrma!s)

= y1 − y 4

E9emlo de diseBo de u/ ue/te acueducto Di$e1ar el a"uedu"to u&i"ado $o&re la 9ue&rada Hua"ra"u"ho! $i la "uen"a tiene un área de 4<.BB ( ? ! la inten$idad de +re"i+ita"i#n e$ de <.B? ((h! el "oe/i"iente de e$"orrent)a CK6.B. Ade(á$ $e $a&e 9ue la$ "ara"ter)$ti"a$ del "anal de riego 2ingre$o7 $onF GK6.?>< (8 $! nK6.64=! $K6.66?! vK4.66 ($! AK6.?> (? ! K6.=! &K6.6(. Se re"o(ienda una $e""i#n re"tangular +ara el "anal del a"uedu"to! en "on"reto ar(ado.


7.4

>5

DiseBo de ca3das verticales

7.4.1)e/eralidades 'os di$erentes tipos de ca(das !ue pueden ser usados son verticales, con dados disipadores, rectangulares, inclinados y en tuber(as. 'as ca(das con dados disipadores pueden ser usadas para casi cual!uier disminución en la elevación de la superfcie del agua donde la distancia horiontal para realiar la ca(da es relativamente corta. 'as mismas son particularmente adaptables para la situación donde la elevación de la superfcie del agua aguas abajo puede variar por causa tales como degradación o superfcies del agua no controladas.


:6

'as ca(das rectangulares inclinadas y las ca(das en tuber(a son usadas cuando la di$erencia de altura esta en el orden de - cm. a /,0 m en una distancia relativamente corta. 'a decisión de usar una ca(da rectangular inclinada o en tuber(a se basa en un análisis económico. Usualmente las tuber(as serán seleccionadas para ujos más pe!ue#os en tanto !ue las ca(das rectangulares inclinadas son seleccionadas para ujos más grandes. 1i la ca(da atraviesa otro canal o carretera es probable !ue sea más económico usar tuber(as. 'as rápidas usualmente son usadas cuando la di$erencia de altura es mayor a /,0 metros y el agua es transportada una larga distancia y a lo largo de pendientes !ue pueden ser menos empinadas !ue las de ca(das pero lo sufciente como para mantener la velocidad supercr(tica. 'a decisión de usar una rápida o una serie de ca(das estará basada en un estudio hidráulico y económico de ambas alternativas. &esde un punto de vista hidráulico, las ca(das no deber(an estar tan pró"imas como para evitar !ue se produca ujo uni$orme entre la entrada y la salida de estructuras consecutivas, particularmente cuando no se utilian en las entradas estructuras de regulación. 2l peligro es !ue no e"ista el sufciente tirante para producir los saltos hidráulicos en los cuencos disipadores, y as( se puede desarrollar un ujo interrumpido en la serie de ca(das y posiblemente da#ar el canal. 3eneralmente el m(nimo entre estructuras de entrada y salida en ca(das consecutivas puede ser *m.

7.4.2De-i/ici/ a$ Ca)da$ $on e$tru"tura$ utiliada$ en a9uello$ +unto$ donde e$ ne"e$ario $alvar de$nivele$ &ru$"o$ en la ra$ante del "anal +er(ite unir do$ tra(o$ 2Uno$ $u+erior * otro in/erior7 de un "anal +or (edio de un +lano v erti"al +er(itiendo 9ue el agua $alte li&re(ente * "aiga en el tra(o de a&a-o! di$i+ando la energ)a generada +or e$ta di/eren"ia de nivele$. a di/eren"ia de nivel en /or(a de una "a)da $e introdu"e "uando e$ ne"e$ario redu"ir la +endiente de una "anal. a$ Ca)da$ +ueden $er de una grada o de varia$ grada$ 7.4.7Partes de u/a ca3da vertical •

#ra/sici/ de E/tradaF Une +or (edio de un e$tre"ha(iento +rogre$ivo la $e""i#n del "anal $u+erior "on la $e""i#n de "ontrol

•

&ecci/ de o/trol: E$ la $e""i#n "orre$+ondiente al +unto donde $e ini"ia la "a)da! "er"ano a e$te +unto $e re+re$enta la$ "ondi"ione$ "riti"a$

•

a3da: a "ual e$ de $e""i#n re"tangular * +uede $er verti"al o in"linada

•

PoCa o colch/ amortiguador: E$ de $e""i#n re"tangular $iendo $u /un"i#n la de a&$or&er la energ)a "inti"a del agua al +ie de la "a)da

:4


•

Tran$i"i#n de SalidaF une la +oa de di$i+a"i#n "on el "anal agua$ a&a-o

8ig. 01: aracter3sticas de la ca3da vertical 7.4.4riterios de diseBo a7

Se "on$tru*en "a)da$ verti"ale$! "uando $e ne"e$ita $alvar un de$nivel de 4( "o(o (ái(o! $#lo en "a$o$ e"e+"ionale$ $e "on$tru*en +ara de$nivele$ (a*ore$.

&7

Se re"o(ienda 9ue +ara "audale$ unitario$ (a*ore$ a 866 l$( de an"ho! $e de&en "on$truir "a)da$ in"linada$.

"7

a e-e"u"i#n de e$ta$ o&ra$ de&e li(itar$e a "audale$ +e9ue1o$.

d7

Cuando el de$nivel e$  6.86 ( * el "audal 866 l$( de an"ho de "anal! no e$ ne"e$ario +oa de di$i+a"i#n.

e7

El "audal vertiente en el &orde $u+erior de la "a)da $e "al"ula "on la /#r(ula +ara "audal unitario L9M. 3

' = 1.48" 2 Siendo el "audal totalF

Q DondeF /7

=

µ K  K

2 3

3

µ . $

2 g " 2

2;#r(ula de Nei$&a"h7

6.=6 An"ho de la "a)da

Por de&a-o de la lá(ina vertiente en la "a)da $e +rodu"e un de+#$ito de agua de altura > p 9ue a+orta el i(+ul$o horiontal ne"e$ario +ara 9ue el "horro de agua (ar"he ha"ia a&a-o.


:?

g7

Al "aer la lá(ina vertiente etrae una "ontinua "antidad de aire de la "á(ara indi"ada en la ;ig. 4! el "ual $e de&e ree(+laar +ara evitar la "avita"i#n o re$onan"ia$ $o&re toda la e$tru"tura.

h7

Rand4 245==7! +ro+one 9ue la geo(etr)a del /lu-o en la$ e$tru"tura$ de "a)da verti"al $e +uede de$"ri&ir en /un"i#n de un +ará(etro adi(en$ional 2"on un error in/erior al =Q7! deno(inado n#mero de caída! 9ue $e "al"ula "on la $iguiente e+re$i#nF

*c

=

'

2

g .∆Z 3

Siendo la$ $iguiente$ rela"ione$ geo(tri"a$ 9ue $on a+li"a&le$ al "a$o +arti"ular de no ero$i#n al +ie de la "a)daF

Ld

∆ Z Y p

∆ Z Y 1

∆ Z

= 1.00 +*c 0.22

= 0.54 +*c 0.425

Y 2

∆ Z DondeF

= 4.30 +*c 0.27

= 1.66 +*c 0.27 D" G ,

K K K

d + 4 ?

K K K K

∆ Z

%(ero de "a)da! adi(en$ional ,a$to unitario! en (8$( A"elera"i#n de la gravedad! en ($ K Altura de "a)da del $alto! en ( ongitud del /o$o al +ie de la "a)da! en ( Tirante al +ie de la e$tru"tura! en ( Con-ugado (enor en la &a$e de la "a)da Pro/undidad del re(an$o! en (

El ángulo de "a)da del "horro e$F

C)sθ =

1

1.06

 hc + 2     Yc 2 

Rand ,W," Fl o wg eome t r yats t r ai ghtd r opsp i l l wa y s" ,p aper791,Pr oc eedi ngsAmer i c an

Soc i et yofCi v i l Engi neer s ,v ol 81,pp113,s ep1955,

:8


a longitud del /o$o de di$i+a"i#n :c e$ /un"i#n de la tra*e"toria del "horro * de la longitud del re$alto hidráuli"o li&reF

L fd

= 6.9( y 2 − Y 1 )

A$)F

Lc

= Ld + L fd

Para /a"ilitar la airea"i#n $e +uede ado+tar "ual9uiera de la$ $olu"ione$ $iguiente$F a7 Contra""i#n lateral "o(+leta en "re$ta vertiente! di$+onindo$e de e$te (odo de e$+a"io lateral +ara el a""e$o de aire de&a-o de la lá(ina vertiente.

&7 Agu-ero$ de ventila"i#n! "u*a "a+a"idad de $u(ini$tro de aire en (8$( de an"ho de "re$ta de la "a)da! e$ igual aF

'a

DondeF

9a * 9

K K K

= 0.1

'w

 Y p

1.5

     Y 

$u(ini$tro de aire +or (etro de an"ho de "re$ta tirante nor(al agua$ arri&a de la "a)da 'ái(a de$"arga unitaria $o&re la "a)da

2 fL Va ρ a   =  K + + Kb + K+  * ρ g ρ w   2 g

P

DondeF

2PJg7K a-a +re$i#n +er(i$i&le de&a-o de la lá(ina vertiente! en (etro$ de "olu(na de agua. 2Se +uede $u+oner un valor de 6.6< ( de "olu(na de agua7 e K Coe/i"iente de +erdida de entrada 2U$ar eK 6.=7 / K Coe/i"iente de /ri""i#n en la e"ua"i#n de Dar"*3Nei$&a"h


:<

L V 2

hf = f * 2 g  D & e Va

K K K K K

ongitud de la tu&er)a de ventila"i#n! (. Diá(etro del agu-ero de ventila"i#n! ( Coe/i"iente de +erdida +or "urvatura 2U$ar &K4.47 Coe/i"iente de +rdida +or $alida 2U$ar eK4.67 Velo"idad (edia del /lu-o de aire a trav$ de la tu&er)a de ventila"i#n. JaJK A+roi(ada(ente 4B86 +ara aire a ?6C 7.4.6E9emlo de diseBo de u/a ca3da vertical Di$e1ar la "a)da verti"al 9ue $e u&i"a en el ( ?866 del "anal de riego A*ra(+uni! "u*a$ "ara"ter)$ti"a$ agua$ arri&a * agua$ de&a-o de la "a)da $onF G K ? (8$ S K 4 ooo n K 6.64= Z K 4 2Talud7 & K 4.6 (  K 6.B= (

G K ? (8$ S K 6.: ooo n K 6.64= Z K 4 2talud7 & K 4.6 (  K 6.58= ( AK4.B4 (?.

A K 4.=: (? V K 4.?: ($

V K 4.4 ($

H K 6.B=  6.6B? K 6.58?( &oluci/:

" = y +

v

2

2 g

2

⇒ 0.85 +

1.27

2(9.81)

= 0.932m

1. A/cho de la ca3da: 3

' = 1.48 +(0.932) 2 $

=Q=

$

= 1.50

'

= 1.33 m 3 s+m

2 1.33

#ra/sici/ de e/trada:

LT

= T 1 − T 22 2tg α

= b + 2 (y = 1.00 + 2.00 +1.00 +0.85 T 1 = 2.70m T 2 = 1.50m α 2 = 25 LT = 1.30 ≈ 2.00 T 1



H K 6.55:(.

:=


Dime/sio/es de la ca3da:

Q

'

=

'

= 1.33 m3 s+m

$

Yc = 3

=

2.00

'

*

1.50 2

g

=

'

2 3

gh

2

=

1.33

g (1.00)

Ld = 4.30 +h+*

3

= 0.18

0.27

Ld = 4.30 +1.00 +0.18

0.27

= 0.56m

= 2.70

= h*0.22 0.22 Yp = 1.00 +0.18 Yp = 0.69 Yp

= 0.54 +h+*0.425 Y 1 = 0.54 +1.00 +0.180.425 Y 1 = 0.26m 0.27 Y 2 = 1.66h+* 0.27 Y 2 = 1.66 +1.00 +0.18 = 1.05m L , = 5(Y 2 − Y 1 ) L , = 6.90(1.05 − 0.26) = 5.451 ≈ 5.50m 0.27 Ld = 4.30( *) = 4.30 +(0.18) 0.27 = 2.70m L)!g%t-d . Est . = L, + Ld = 5.50 + 2.70 = 8.20m Y 1

%o/gitud del tramo del ca/al recta/gular i/mediatame/te aguas arrria de la ca3da:

= 3.5Yc L = 3.5 +0.56 = 1.96 ≅ 2.00 L

+e/tilaci/ a9o la lmi/a vertie/te co/siste e/ calcular los agu9eros de ve/tilaci/:

'a

= 0.1

'w y ( p

y

)1.5

1.33 = 0.1 (1.66 )1.5 0.85

= 0.18 m3 sg+m Qa = 'a +$ = 0.18 +1.50 = 0.27 m3 sg 'a


:>

*u!iendo una longitud de tu%ería igual a 7 !  un valor f < ?&?7 para tu%erias de fierro , se tiene 3

ρ ρ g

Qa = Va

=

Va

=

ρ a

=

L

( K + f *

ρ w

1

π *

2 g

......(4.32)

2

4 Qa + 4 π *

+ Kb + K+)

Va 2

Va

2

0.344 * 2

0ee!plaza!os en la ecua 9&873 2

Va

=

0.006

2 g 0.04 * 4=

1 830

(0.50 + 0.02 +

5533 .3 = (resulta3 2.6 + 0esolviendo por tanteo, DS 0.161 m.

A =

π *

2

0.04 *

)

2.00 *

......( 4.32) + 1.1 + 1.0) 0.006 4 *

1 * 4

4

A = 0.018m

2

Esta area equivalete aproximada al area de 3 tubos, 2 de 4" (0.10m) y 1 de 2" (0.05m), estos tubos se colocara de maera que coecte al camara de aire de la caida co el espacio esterior.

7.6

DiseBo de ridas

7.6.1)e/eralidades En el di$e1o de "anale$! $e +re$entan una $erie de a""idente$ to+ográ/i"o$ 29ue&rada$! de+re$ione$! a"antilado$! de$/iladero$! et". Gue unido$ a la$ "ara"ter)$ti"a$ del $uelo 2$uelo$ "oloidale$! no "oloidale$ o ro"o$o$7! o&ligan a lo$ +ro*e"ti$ta$ en riego! a di$e1ar o&ra$ hidráuli"a$ 9ue +er(itan L$alvarM $to$ o&$tá"ulo$ "on "alidad * "a+a"idad.


::

a$ rá+ida$ $on o&ra$ hidráuli"a$ 9ue +er(iten "ondu"ir el agua de$de un +unto elevado ha$ta otro (á$ &a-o! $alvando una de+re$i#n o "a(&io de +endiente $igni/i"ativo en el "anal $ea de "ondu""i#n! di$tri&u"i#n * lateral. a $e""i#n de la rá+ida +uede $er un tu&o 2"a$o de una rá+ida de "ondu"to7 o una $e""i#n a&ierta 2rá+ida a "anal a&ierto7. a$ rá+ida$ $on $i(ilare$ a la$ "a)da$ e"e+to 9ue e$ta$ llevan el agua a trav$ de longitude$ (a*ore$! +endiente$ (eno$ e(+inada$ * a trav$ de (a*ore$ "a(&io$ de nivel. 7.6.2Partes de u/a rida E$te ti+o de e$tru"tura! $e divide en "uatro +arte$F E$tru"tura de entrada! $e""i#n in"linada de la rá+ida! di$i+ador de energ)a! * una e$tru"tura de $alida.

Figura01: Planta y perfl longitudinal de una rápida en canal abierto (U!"# 1$7%&'

a e$tru"tura de entrada! tiene +or "ondi"i#n dire""ionar el /lu-o agua$ arri&a del "anal ha"ia la $e""i#n in"linada de la rá+ida! +or (edio de una tran$i"i#n de entrada. En $ta $e""i#n! de&e "on$iderar$e! en /un"i#n al "audal "ondu"ido! una o&ra de "ontrol +ara evitar la a"elera"i#n de velo"idad en el agua * da1o$ en la e$tru"tura de la rá+ida. Di$e1ar un vertedero * una reten"i#n e$ lo (á$ re"o(enda&le. a entrada utiliada de&e $er $i(tri"a "on re$+e"to al e-e de $i(etr)a de la e$tru"tura de la rá+ida! de&e +er(itir el +a$a-e de toda la "a+a"idad del "anal agua$ arri&a de la rá+ida "on una $u+er/i"ie nor(al * "uando $ea de$ea&le! de&e +er(itir el va"iado del "anal agua$ arri&a "uando la$ o+era"ione$ $on $u$+endida$. a$ +rdida$ de "arga a trav$ de la entrada +ueden $er de$+re"iada$ *a 9ue no a/e"tan $igni/i"ativa(ente al re$ultado /inal +or $er lo $u/i"iente(ente +e9ue1a$. Si no e$ a$) la$ +rdida$ de&en $er "o(+utada$ * utiliada$ en la


:B

deter(ina"i#n del nivel de energ)a en el "o(ieno de la $e""i#n de la rá+ida. Si el +i$o de la entrada e$ horiontal +uede $u+oner$e 9ue el /lu-o "r)ti"o a+are"e "uando di"ho +i$o! de la $e""i#n de entrada! en"uentra la $olera (á$ e(+inada de la rá+ida. Si la +endiente de la entrada e$ realiada lo $u/i"iente(ente e(+inada +ara $o+ortar una velo"idad (a*or 9ue la velo"idad "r)ti"a! e$ta velo"idad * e$te tirante de&en $er "al"ulado$ * utiliado$ +ara deter(inar el gradiente de energ)a en el "o(ieno de la $e""i#n de la rá+ida. a e$tru"tura de la rá+ida! *a $ea en "ondu"to o "anal a&ierto! $igue general(ente la $u+er/i"ie original del terreno * $e "one"ta en el etre(o in/erior "on un di$i+ador de energ)a! $on u$ado$ "on di"ho /in! "uen"o$ di$i+adore$ * $alida$ "on +antalla$. Cuando e$ ne"e$ario realiar una tran$i"i#n en el /lu-o entre el di$i+ador * el "anal agua$ a&a-o $e "olo"ada una tran$i"i#n de $alida. Si e$ ne"e$ario +roveer "ierto +elo de agua +ara el di$i+ador de energ)a! la $u+er/i"ie del agua a la $alida de&e $er "ontrolada. Si $e "olo"a una tran$i"i#n de hor(ig#n a la $alida * no ha* "ontrol de /lu-o$ agua$ a&a-o en el "anal! $ta +uede $er u$ada +ara +roveer di"ho +elo levantando el +i$o de la (i$(a en la +antalla! "o(o e$ (o$trado en la /igura 64. El nivel del agua +uede ta(&in $er +rovi$to "on$tru*endo un "ontrol en la tran$i"i#n de $alida. a +rdida de "arga en la tran$i"i#n de $alida e$ de$+re"ia&le. 7.6.7Ridas e/ ca/ales aiertos Una e$tru"tura de rá+ida en "anal a&ierto e$tá "on$tituida +or lo$ $iguiente$ ele(ento$F la$ tran$i"ione$! la $e""i#n de la rá+ida! la tra*e"toria! la e$tru"tura de di$i+a"i#n. a7 ?ransiciones F De&en $er di$e1ada$ +ara +revenir la /or(a"i#n de ola$. Un "a(&io a&ru+to de $e""i#n! *a $ea una "onvergen"ia o una divergen"ia! +uede +rodu"ir ola$ 9ue +ueden $er in"onveniente$ al via-ar +or la rá+ida * el di$i+ador de energ)a. Para evitar la /or(a"i#n de ola$! la "otangente del ángulo de de/lei#n de la $u+er/i"ie del agua en el +lano de$arrollado a "ada lado de la tran$i"i#n de la rá+ida no de&e $er (enor 9ue 8!8:= ve"e$ el n(ero de ;roude. E$ta re$tri""i#n +ara el ángulo de de/lei#n de&e a+li"ar$e a "ual9uier "a(&io en la $e""i#n realiado en la entrada! en la $e""i#n de la rá+ida o en el "uen"o di$i+ador. Si e$ta re$tri""i#n no "ontrola el ángulo de de/lei#n! el (ái(o ángulo de de/lei#n en la $u+er/i"ie del agua en la tran$i"i#n de entrada de&e $er alrededor de 86. El ángulo de la $u+er/i"ie del agua "on la l)nea "entral en la tran$i"i#n de $alida de&e $er "o(o (ái(o alrededor de ?=. Se de&e li(itar el ángulo de tra*e"toria en una tran$i"i#n de entrada de&ido a 9ue (ini(ia la +o$i&ilidad de $e+ara"i#n * /lu-o +ul$ante 9ue ha $ido ini"ialiado en e$ta +arte de la e$tru"tura. De&en evitar$e tran$i"ione$ de entrada a$i(tri"a$ * "a(&io$ de alinea"i#n in(ediata(ente agua$ arri&a *a 9ue e$to$! +ueden +rodu"ir onda$ "ruada$ o /lu-o tran$ver$al 9ue "ontinuará en la rá+ida.


:5

&7 ección de la r'pidaF la $e""i#n u$ual e$ re"tangular +ero la$ "ara"ter)$ti"a$ de /lu-o de otro$ +er/ile$ de&en $er "on$iderado$ "uando la $u+re$i#n de ola$ e$ i(+ortante en el di$e1o. Cuando e$ ne"e$ario in"re(entar la re$i$ten"ia de la rá+ida al de$lia(iento! $e u$an +antalla$ +ara a$egurar la e$tru"tura en la /unda"i#n. Para rá+ida$ "on longitud (enor a 5 (etro$! la /ri""i#n +uede $er de$+re"iada. Para rá+ida$ (a*ore$ a 5 (etro$! $e in"lu*en e$ta$ +rdida$. Para "ual9uiera de e$ta$ do$ "ondi"ione$! $e de&e +ro+oner un tirante agua$ a&a-o * $e "al"ulan * "o(+ara lo$ nivele$ de energ)a! ha$ta 9ue di"ho$ nivele$ $e &alan"ean. a altura de la$ +arede$ en la rá+ida de "anal a&ierto! de&e $er igual a la (ái(a +ro/undidad "al"ulada en la $e""i#n (á$ una revan"ha! o igual a 6!< ve"e$ la +ro/undidad "r)ti"a en la $e""i#n de la rá+ida (á$ revan"ha! la 9ue $ea (a*or. a revan"ha ()ni(a re"o(endada +ara rá+ida$ en "anale$ a&ierto$ e$ 86 "(. a +ro/undidad * la revan"ha $on (edida$ +er+endi"ular(ente a la $olera de la rá+ida. Para velo"idade$ (a*ore$ a 5 ($! la entrada de aire en el agua +uede +rodu"ir un volu(en adi"ional! la revan"ha re"o(endada * +er(itida +ara (uro$ de la rá+ida re$ultará de un (uro "on $u/i"iente altura "o(o +ara "ontener e$te volu(en adi"ional. "7 ?ra(ectoriaF Cuando la e$tru"tura de di$i+a"i#n e$ un "uen"o di$i+ador de energ)a! un "orto tra(o e(+inado de&e "one"tar la tra*e"toria "on el "uen"o! "on una +endiente 9ue varia entre 4F4 * 8F4 2+re/erente(ente ?F47. Pueden $er utiliada$ en alguno$ "a$o$ e$+e"iale$ +endiente$ (enore$! +ero no in/eriore$ a >F4. E$ ne"e$aria una "urva verti"al entre la rá+ida * el tra(o e(+inado. ,eneral(ente $e u$a una "urva +ara&#li"a! de&ido a 9ue tendrá un valor del /a"tor de a"elera"i#n "on$tante! a lo largo de la (i$(a. a tra*e"toria de&e ter(inar en la inter$e""i#n o agua$ arri&a de la inter$e""i#n de la$ +arede$ de la rá+ida "on la$ +arede$ del "uen"o di$i+ador. Se +uede u$ar una "urva de gran radio leve(ente (á$ +lana 9ue la tra*e"toria "al"ulada. Si e$ +o$i&le la tra*e"toria de&e "oin"idir "on "ual9uier tran$i"i#n re9uerida. a$ varia&le$ del /lu-o en la tra*e"toria * el tra(o e(+inado $e "al"ulan de la (i$(a (anera 9ue en la rá+ida. Se +ro+one una eleva"i#n +ara el +i$o del "uen"o di$i+ador * $e "al"ula la altura de energ)a en la uni#n de la rá+ida "on el "uen"o. a$ varia&le$ del /lu-o en e$te +unto $on u$ada$ "o(o la$ varia&le$ delante del $alto hidráuli"o en el di$e1o del "uen"o di$i+ador. d7 !structura de disipación F "o(o e$tru"tura de di$i+a"i#n $e u$a un "uen"o di$i+ador! "on n(ero de ;roude a la entrada del "uen"o entre

B6

eleva"ione$ $ele""ionada$ de&en $er revi$ada$ +ara a$egurar 9ue el "uen"o o+erará e/e"tiva(ente "on /lu-o$ +ar"iale$. a +ro/undidad "r)ti"a en la $e""i#n de "ontrol de&e $er u$ada +ara deter(inar el nivel de energ)a agua$ a&a-o. Cuando el "uen"o di$i+ador de$"arga en un "anal "ontrolado! la +ro/undidad en el "anal de&e $er "al"ulada "on el valor de n del "anal redu"ido un ?6Q * e$ta +ro/undidad de&e $er u$ada +ara deter(inar el nivel de energ)a agua$ a&a-o. Si $e u$a un "uen"o a"a(+anado! el ángulo de de/lei#n de la$ +arede$ laterale$ no de&e e"eder el ángulo +er(itido en la$ +arede$ de la rá+ida. Pueden $er u$ado$ +ara aliviar la +re$i#n hidro$táti"a en el +i$o * +arede$ del "uen"o de a9uieta(iento * tran$i"i#n de $alida drene$ "on /iltro de grava. Se u$an valore$ "on$ervativo$ del "oe/i"iente de rugo$idad de 'anning 2n7 al "al"ular la$ "ara"ter)$ti"a$ del /lu-o en una rá+ida. Cuando $e "al"ulan la$ altura$ de la$ +arede$ en una rá+ida de hor(ig#n! $e a$u(e un n de 6!64
tran$i"ione$ a&ru+ta$ de una $e""i#n del "anal a otra e$tru"tura$ no $i(tri"a$ "urva$ o ángulo$ en el alinea(iento de la rá+ida.

a +ro&a&ilidad de 9ue e$ta$ onda$ $e generen en la e$tru"tura +uede $er redu"ida $iguiendo la$ re"o(enda"ione$ "on"erniente$ a ángulo$ de de/lei#n * $i(etr)a he"ha$ en la$ di$"u$ione$ +ertinente$ a tran$i"ione$ * evitando "a(&io$ de dire""i#n en la e$tru"tura. Alguna$ $e""ione$ de la rá+ida $on (á$ +ro+en$a$ a de$arrollar onda$ 9ue otra$. Se""ione$ +o"o +ro/unda$ * an"ha$ +are"en $er +arti"ular(ente $u$"e+ti&le$ a /lu-o$ tran$ver$ale$ (ientra$ 9ue $e""ione$ ango$ta$ * +ro/unda$ re$i$ten tanto el /lu-o tran$ver$al "o(o / lu-o +ul$ante. Si lo$ "ál"ulo$ indi"an 9ue el /lu-o +ul$ante o"urrirá! el di$e1o de&e $er (odi/i"ado +ara redu"ir la +ro&a&ilidad de 9ue $e generen onda$ o la


B4

e$tru"tura de&e $er ada+tada +ara +revenir 9ue el olea-e o"urra. o$ +o$i&le$ "a(&io$ en el di$e1o in"lu*enF • • • • •

Dividir el /lu-o en la $e""i#n de la rá+ida "on una +ared en el "entro de la rá+ida. Ca(&iar la /or(a de la $e""i#n. Se +ueden "on$iderar la$ /or(a$ te#ri"a$ 9ue evitan la$ onda$. Redu"ir la longitud de la rá+ida. Se +ueden "on$iderar una $erie de rá+ida$ (á$ "orta$ o "a)da$. Au(entar la +endiente de la rá+ida. Ree(+laar la $e""i#n de la rá+ida de "anal a&ierto +or una rá+ida en tu&er)a.

Si e$to$ "a(&io$ $on i(+ra"ti"a&le$! la $e""i#n de la rá+ida +uede $er ada+tada +ara "ontener el olea-e de la $iguiente (aneraF • • •

•

• •

•

In"re(entando la revan"ha de la$ +arede$ de la rá+ida. Prove*endo una "u&ierta +ara la $e""i#n de la rá+ida +ara "ontener la$ onda$. Protegiendo el terreno alrededor de la $e""i#n de la rá+ida "on ri+3ra+ o reve$ti(iento. a$ ada+ta"ione$ +ara el "uen"o di$i+ador +ueden in"luirF Di$e1ar el "uen"o +ara +roveer una de$"arga de olea-e (o(entánea. E$te +uede $er +rovi$to +ro+or"ionando (a*or largo * altura de +arede$ +ara "ontener el olea-e. Pro+or"ionar ri+3ra+ adi"ional +ara +roteger el "anal agua$ a&a-o * el terreno alrededor del "uen"o. Pro+or"ionar un di$+o$itivo $u+re$or de olea-e en el "uen"o di$i+ador. Pueden u$ar$e &al$a$ u otro$ ele(ento$ /lotante$ a(ortiguadore$ de onda$. Puede $er u$ado un di$i+ador de energ)a (eno$ $en$i&le al olea-e.

7.6.4Procedimie/to de clculo o$ dato$ 9ue $e de&en "ono"er $onF el "audal 2G7! la eleva"i#n del +unto 4 2Elv47! geo(etr)a * +ro+iedade$ hidráuli"a$ del "anal. o$ +a$o$ +ara la re$olu"i#n $on lo$ $iguiente$F 4. Sele""ionar * di$e1ar el ti+o de entrada a utiliar ?. Eleva"i#n de la l)nea de energ)a en el +unto 4F E4 K Elv4  d4  hv4 8. Cál"ulo de la energ)a en el +unto donde $e redu"e la $e""i#n * $e +rodu"e el tirante "r)ti"o 2+unto ?7! "on un valor de n de 'anning (enorF EC K dC  hvC <. Cál"ulo de +erdida$ a la entradaF


B?

H43? K 6!? p jhv43?  43? p 2S4  S?7? =. Cal"ular el nivel de la l)nea de energ)a en el +unto ? realiando un &alan"e de energ)a "on el +unto 4F E? K E4 [ EC [ H43? >. Deter(inar el (ái(o ángulo de de/lei#n en la$ +arede$ laterale$ de la entradaF q Cál"ulo del /a"tor de a"elera"i#n F Para el +i$o de la tran$i"i#n en un +lano  K 6 Con el +i$o de la tran$i"i#n en una "urva "ir"ular 44

K g R "o$  Vk ! $iendo  K ar"tg \2El4 [ El?7] Tran$i"i#n en una "urva +ara&#li"a   2tg tg 7 ? hv "o$ k K  s 6 4 4 4 6 Se li(ita el valor de  a un (ái(o de 6!= +ara a$egurar +re$i#n +o$itiva en el /ondo. q Cál"ulo de la +ro/undidad nor(al en la $olera de la rá+idaF d K A! $iendo A el área *  el an"ho de &o"a. q Cál"ulo del n(ero de ;roude en el +unto 4 * +unto ?F q Cál"ulo del ángulo de de/lei#nF Cotg  K 8!8:= p 2;4  ;?7? :. Deter(ina"i#n del /lu-o en la $e""i#n de la rá+ida. q Cál"ulo del de$nivel entre lo$ +unto$ ? * 8F Z?38 K ?38 p S?38 q Cál"ulo de la energ)a en el +unto ?F E? K *?  hv?  Z?38! "al"ulado "on tirante nor(al * +endiente "r)ti"a.


q Cál"ulo de +rdida$ +or /ri""i#nF H?38 K ?38 p 2S?  S87? q Cál"ulo de la energ)a en el +unto 8F E8 K *8  hv8  H?38 q alan"e de energ)a entre el +unto ? * 8F E? f E8! $i e$to no o"urre $e de&e a-u$tar la +endiente del +unto 8 ha$ta 9ue $e veri/i9ue el &alan"e de energ)a. q De igual /or(a $e +ro"ede +ara el "ál"ulo de lo$ +unto$ $iguiente$. B. Di$e1o de la tra*e"toriaF q Cál"ulo de la longitud de la tra*e"toriaF   2tg tg 7 ? hv "o$ k  6 5 6 T Ks444 q Coordenada$ de la tra*e"toriaF T 6 6? *  tg 2tg tg 7 k 4

K 4    s  4 ! "on e$ta e"ua"i#n $e o&tienen lo$ di$tinto$ +unto$ de la tra*e"toria ha$ta llegar al +unto 46! +ara  K T. 5. Cál"ulo del ángulo de de/lei#n entre el +unto B * +unto 5! +ro"ediendo de la (i$(a /or(a 9ue en el +a$o >. 46. ;i-ar la "ota al /inal de la "a)da a&ru+ta! +unto 44. 44. Realiar el &alan"e de energ)a entre lo$ +unto$ 46 * 44! de igual /or(a 9ue

B8

B<


en el +a$o :. 4?. Deter(inar el ti+o de "uen"o di$i+ador a utiliar en &a$e al n(ero de ;roude "orre$+ondiente al +unto44. 48. Si no $e o&tiene el &alan"e de energ)a! +uede $er ne"e$ario +ro+oner una nueva eleva"i#n del +i$o del "uen"o * re"al"ular lo$ valore$ o&tenido$ anterior(ente. 4<. Revi$ar la o+era"i#n +ara "audale$ +ar"iale$. 4=. Deter(inar la longitud * altura de la$ +arede$ del "uen"o. 4>. Di$e1ar lo$ &lo9ue$ de la rá+ida * +i$o * el u(&ral de ter(ina"i#n o tran$i"i#n de $alida $egn $e re9uiera. 4:. Veri/i"ar la +o$i&ilidad de de$arrollo de onda$ "ruada$. q U$ando la e"ua"i#n del &alan"e de energ)a! "on el "audal igual al ?6Q! =6Q * 466Q del "audal de di$e1o! "al"ular la +ro/undidad del agua a lo largo de la $e""i#n de la rá+ida en lo$ +unto$ en lo$ 9ue $e 9uiere veri/i"ar el /lu-o +ul$ante. q Deter(inar $ en lo$ +unto$ 9ue $e realia la veri/i"a"i#n 2$i K E4 3 Ei7 q Cal"ular  K ar"tg 2$i  i347 Di$e1o de e$tru"tura$ hidráuli"a$ de drena-e ,a&riela ;reite$ ,u$tavo 'aldonado B? q En lo$ +unto$ a $er "on$iderado$ "al"ular el n(ero de Vederniov 2V7 * el n(ero de 'ontuori 2'7! $iendo d el "o"iente entre el área * el an"ho de &o"a * P el +er)(etro (o-ado. 4444

K44


8 P g d "o$ V?&V 44

K g $ "o$ 'k Vk Cuando el n(ero de Vederniov 2V7 e$ (enor 9ue la unidad! "ual9uier onda en el "anal $e a&atirá * el /lu-o +uede $er e$ta&le. Pero "uando V e$ igual o (a*or 9ue la unidad! la$ onda$ $e a(+li/i"arán de tal (anera 9ue el /lu-o e$ta&le $e volverá i(+o$i&le! +revale"erá el /lu-o no +er(anente * $e /or(arán onda$ o re(olino$. q Veri/i"ar lo$ valore$ "al"ulado$ "on la /igura $iguiente * $i alguno de lo$ valore$ "ae dentro de la ona de /lu-o +ul$ante! $e de&en veri/i"ar +unto$ inter(edio$ +ara deter(inar el +unto en el 9ue la$ onda$ "o(ienan a /or(ar$e. q Cal"ular el /a"tor de /or(a +ara la $e""i#n de la rá+ida 2dP7. q ,ra/i"ar el valor "al"ulado dP v$. la +endiente de la l)nea de energ)a en la /igura de la dere"ha. Zona "on /lu-o +ul$ante Zona $in /lu-o +ul$ante 6!6 6!? 6!< 6!> 6!B 4!6 6!6 ?!6

B=


B>

!6 B!6 %(ero de 'ontuorik 2'k7 %(ero de Vederniov 2V7 Pendiente$ K tg  dP 6!6 6!6 6!4 6!? 6!4 6!? 6!8 6!< Zona $in /lu-o +ul$ante (etal "orrugado hor(ig#n Zona "on /lu-o +ul$ante q E$ +o"o +ro&a&le 9ue $e generen onda$ "ruada$ en la e$tru"tura! $alvo 9ue lo$ valore$ gra/i"ado$ "aigan a(&o$ dentro de la ona de /lu-o +ul$ante. 4B. Di$e1ar la$ +rote""ione$ en el "anal agua$ a&a-o $egn $e re9uiera. 7.6.6 7.6.


B:

2.1 2.1.1

•

2.2 4.:

Si/one$

?.?.4 ?.?.? 2.2.3

2.1 #ra/sicio/es a$ tran$i"ione$ $on e$tru"tura$ 9ue +er(iten e(+al(ar "anale$ de $e""i#n tran$ver$al di/erente$ en /or(a o en di(en$i#n! o e(+al(ar "anale$ "on e$tru"tura$ hidráuli"a$ 2a"uedu"to$! "anoa$! $i/one$! al"antarilla$! et".7! +er(itiendo un "a(&io gradual! tanto en la$ entrada$ "o(o $alida$ de lo$ "anale$ o e$tru"tura$! +araF a7 &7 "7 d7

Per(itir un /lu-o de agua de /lu-o $u&"r)ti"o * la(inar Redu"ir la +rdida de energ)a Redu"ir *o eli(inar la ero$i#n del "anal Redu"ir eleva"ione$ en el e$+e-o de agua! agua$ arri&a de la$ e$tru"tura$ hidráuli"a$! redu"iendo *o eli(inando el e(&al$a(iento7 e7 E$ta&iliar el /lu-o a la$ e$tru"tura$ ad*a"ente$ +or el in"re(ento de re$i$ten"ia a la +er"ola"i#n. a$ tran$i"ione$ +ueden a&ierta$ "o(o "errada$. a$ tran$i"ione$ "errada$ $e u$an +ara di$(inuir la$ +rdida$ de energ)a en e$tru"tura$ de tu&er)a$ (ediante la +revi$i#n de un "a(&io gradual adi"ional de la $e""i#n tran$ver$al re"tangular a "ir"ular. a$ tran$i"ione$ a&ierta$ +ueden $er de "on"reto "o(o de tierra. a$ tran$i"ione$ de tierra $on u$ada$ +ara tran$i"ione$ de an"ho de


BB

&a$e! eleva"i#n o talude$. a$ tran$i"ione$ de "on"reto $e u$an +ara el ingre$o * $alida de "ual9uier o&ra hidráuli"a 2U. S. ureau o/ Re"la(ation! 45:B7. a$ tran$i"ione$ +rodu"en u$ual(ente una a"elera"i#n gradual del /lu-o a la entrada * una de$a"elera"i#n gradual a la $alida /un"ionan (e-or "uando lo$ tra(o$ 9ue $e van a e(+al(ar $on de &a-a +endiente! "on rgi(en $u&"r)ti"o * la(inar. En e$te "a$o la$ +rdida$ hidráuli"a$ +or "a(&io de $e""i#n $on relativa(ente +e9ue1a$. Cuando la tran$i"i#n $e "olo"a en tra(o$ de alta +endiente! en rgi(en $u+er"riti"o! la$ +rdida$ hidráuli"a$ $on alta$ * no $on "uanti/i"a&le$ "on &uena +re"i$i#n! lo "ual ha"e 9ue lo$ "ál"ulo$ hidráuli"o$ no re$ulten a"e+ta&le$. En e$ta "ir"un$tan"ia e$ re"o(enda&le di$e1ar la tran$i"i#n "on a*uda de un (odelo hidráuli"o. 2.1.1#ios de tra/sicio/es a 1ransiciones de canales alineados : a$ tran$i"ione$ de "on"reto $on la$ (á$ "o(une$ +ara e$tru"tura$ en "anale$ alineado$! $egn U. S. ureau o/ Re"la(ation 245:B7! $onF • Ala&eo

"on +er/il hidrodiná(i"o 29ue $igue la$ l)nea$ de "orriente $in re(olino$7! • Ala&eo reglado! re"to! • E$+ald#n 9ue&rado 2roen3a"7! e$to de 9ue&rado $e re/iere a la inter$e""i#n de la$ $u+er/i"ie$ verti"al "on la in"linada en lo$ lado$ de la tran$i"i#n.  ransiciones para tuber)as de cruce de drena*e  2stas transiciones permiten !ue la tuber(a de entrada sea rebajada, permitiendo una disminución de la superfcie de agua re!uerida corriente arriba. 'a disminución de la superfcie de agua minimia las inundaciones y permite un mayor embalse. 'as transiciones de concreto más utiliadas en este caso son las transiciones del tipo 5, tipo 6, tipo 7 y tipo /. 1e utilia una transición tipo 5%!uebrada o bro8enbac8), cuando el canal natural tiene una sección transversal bien defnida. Cuando el canal natural no es bien defnido y relativamente ancho, son apropiadas transiciones tipo 6 y 7 o / %U. 1. 9ureau o$ eclamation, 5-;<).

c #ra/sici/ de ca/ales traeCoidales a recta/gulares a$ e$tru"tura$ de tran$i"i#n de un "anal tra+eoidal a uno re"tangular +ueden agru+ar$e en tre$ ti+o$F • • •

Tran$i"i#n "on "urvatura $i(+le Tran$i"i#n de /or(a "u1a Tran$i"ione$ "on do&le "urvatura.

B5


9=9'=>3?@=? AUTORIDAD %ACIO%A DE A,UA! 'A%UAF CRITERIOS DE DISEÑOS DE ORAS HIDRAUICAS PARA A ;OR'UACIO% DE PROECTOS HIDRAUICOS 'UTISECTORIAES  DE A;IA%ZA'IE%TO HIDRICO DIRECCIO% DE ESTUDIOS DE PROECTOS HIDRAUICOS 'UTISECTORIAES i(a! Di"ie(&re ?646 4. DO'I%,UEZ ;RA%CISCO 245=57 LHidráuli"aM. Editorial Univer$itaria Chile. ?. ;RE%CH RICHARD 245BB7 LHidráuli"a de Canale$ A&ierto$M. Editorial '". ,ra Hill. 8. TRUEA SA'UE. 245:57 LHidráuli"aM. Co(+a1)a Editorial Continental S.A. 'i"o. <. VE% TE CHON 245B?7 LHidráuli"a de Canale$ A&ierto$M. Editorial Diana. 'i"o. =. VIO% 'AXI'O 245B=7 LHidráuli"a de Canale$M. Editorial Horionte atinoa(eri"ano S.A. Per 6. CHA%SO% H. 2?66?7. LHidráuli"a de ;lu-o en Canale$ A&ierto$M. Ed. '" ,ra Hill. Colo(&ia. :. %OVA P.! 'O;;AT! %AURIC. 2?6647. LE$tru"tura$ Hidráuli"a$M. '". ,ra Hill. Colo(&ia. 8. HAESTAD 'ETHODS STA;; 2?66?7 LCo(+uter A++li"ation$ in H*drauli" EngineeringM. HAESTAD 'ETHODS. USA. HAESTAD 'ETHODS! S. Ro"* Durran$ 2?6687 LStor(ater Conve*an"e 'odeling and De$ignM! HAESTAD 'ETHODS. USA. Ma/ual de Estructuras (idralicas ooeraci/ #5c/ica Perua/o (ola/desa 1N. (idrulica de a/ales Aiertos +e/ #e hoO !ras (idralicas #orres (errera Irrigacio/es esar A. Rosell alder/ IP Ma/ual de DiseBo (idraulico de a/ales  !ras de Arte Elmer )arcia Rico. $&,R< 1N

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