Longitud Del Resalto Hidráulico Un parámetro importante en el diseño de obras hidráulicas es la longitud del resalto, que definirá la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a las tensiones de corte. La longitud del resalto puede definirse como la distancia medida desde la cara frontal del resalto y1 hasta un punto en la superficie inmediatamente aguas abajo del remolino y2. Los datos experimentales sobre la longitud del resalto pueden graficarse mediante el número de Froude F1 contra la relación adimensional L/ (y2y1), L/y1 o L/y2. La curva resultante de la gráfica F1 versus L/y2 muestra la regularidad de una parte plana para el rango de los resaltos bien establecidos.
El perfil superficial El conocimiento del perfil superficial de un resalto hidráulico es necesario en el diseño del borde libre para los muros laterales del cuenco d isipador donde ocurre el resalto. También es importante para determinar la presión que debe utilizarse en el diseño estructural, debido a que la presión vertical en el piso horizontal bajo un resalto hidráulico es prácticamente la misma que hincaría el perfil de la superficie del agua. El perfil superficial de un resalto hidráulico puede representarse mediante curvas adimensionales para varios valores de F1.
Tipos de salto hidráulico Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamación, de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas arriba del salto (los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino que se superponen en una cierta extensión dependiendo de las condiciones locales): Para F1 = 1,0: el flujo es crítico, y no se forma ningún salto. Para F1 > 1,0 y < 1,7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular. Para F1 > 1,7 y < 2,5: tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de pequeños rollos a lo largo del salto y una superficie lisa aguas abajo del salto. La pérdida de energía es baja. Para F1 > 2,5 y < 4,5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una gran onda de período irregular que puede viajar varios kilómetros causando daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes. Para F1 > 4,5 y < 9,0: se produce un salto llamado salto permanente. La extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y posición de este salto son menos sensibles a la variación en la p rofundidad aguas abajo. El salto está bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y el 70 %. Para F1 = 9,0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte. El chorro de alta velocidad choca con bloques de agua intermitentes que ciruclan aguas abajo, generando ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85 %.
1. Resalto hidráulico en canales rectangulares sin pendiente
Para este tipo de resaltos la relaciones entre las variables se obtienen fácilmente usando las ecuaciones de cantidad de movimiento, energía y co ntinuidad. En estas ecuaciones se supone la velocidad constante en toda la sección. Debido a la proximidad de las secciones donde las ecuaciones se aplican, se desprecian las pérdidas producidas por los efectos de fricción entre el fluido y el canal. 2. Resalto hidráulico en canales rectangulares con pendiente.
Si la inclinación del canal es apreciable no son suficientes las herramientas enunciadas para el caso anterior, ya que interviene en el fenómeno la fuerza de gravedad correspondiente al peso del fluido en la dirección del movimiento. Los análisis teóricos de este tipo de resalto se realizan bajo la suposición de que en las secciones a y b rige la ley hidrostática y que el movimiento general es prá cticamente paralelo al fondo. 3. Resalto hidráulico sumergido
Los resaltos sumergidos suelen formarse aguas debajo de compuertas o esclusas en sistemas de irrigación, este ocurre si el tirante aguas abajo (y 4) es mayor que y2 (tirante de salto libre). 4. Resalto hidráulico en interfaces de densidad. Sea encontrado que los resaltos hidráulicos pueden también ocurrir en internase de densidad dentro de flujos estratificados. Sin embargo este fenómeno denominado salto hidráulico interno, no suele ocurrir en la naturaleza, excepto en la atmósfera y en mareas de estuarios; esta carencia de observación in situ quizá ocurra por que es un fenómeno interno que no necesariamente produce un efecto notorio en la interfase aire-agua. Los tipos de resaltos hidráulicos internos que pueden presentarse son: a. cuando la capa 1, pasa de un régimen interno supercrítico a un régimen subcrítico por medio de un salto hidráulico interno.
b. cuando la capa 2, pasa de un régimen interno supercrítico a un régimen interno subcrítico por medio de un salto hidráulico interno.
Para el análisis de este resalto hidráulico se ignora el esfuerzo cortante interfacial entre las dos capas, se supone que no hay mezcla entre las capas y que todas las distribuciones de presiones son hidrostáticas.
5. Resalto hidráulico en canales no rectangulares. A los canales no rectangulares que más se les han hecho estudios son a los trapezoidales, triangulares y los circulares. Para el calculo del resalto hidráulico en estos tipos de canales se han realizado introduciendo en las ecuaciones generales los datos especificados y tanteando hasta que se satisfagan dichas ecuaciones. También pueden emplearse aproximaciones empíricas y otras técnicas analíticas. (Mas información sobre esto en el libro Hidráulica de Canales Abiertos, de Richard H. French). 6. Resalto hidráulico formado en la transición de un canal. Se ha observado que un flujo supercrítico en un ensanche gradual de un canal, muestra que las líneas de corriente son aproximadamente radiales y que el resalto formado tiene las mismas características que un resalto circular. Debido a esta similitud, el resalto en un ensanche gradual de un canal, se trata analíticamente como una sección de un resalto circular. Para el análisis de este resalto se supone que las líneas de corriente son paralelas y otros supuestos necesarios.
