INFORME CAIDA HIDRAULICA, Apuntes de Hidráulica

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

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AGRADECIMIENTO

Agradecemos a Dios por todo lo que nos brinda diariamente, por darnos la lucidez y

energías necesarias para poder terminar este trabajo con éxito.

Agradecemos a nuestros padres, por su apoyo incondicional, por estar siempre en

cada momento necesario de nuestra vida y universitaria y desarrollo profesional.

De igual manera, agradecemos a nuestros docentes, que con paciencia y tino siempre

nos enseñan lo necesario para un desenvolvimiento optimo en nuestra vida

profesional.

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INTRODUCCION

Es una situación que se da frecuentemente en canales, cuando se produce un cambio

en la profundidad del flujo desde un nivel alto a un nivel bajo. Como consecuencia se

verifica una profunda depresión en la superficie libre del agua en el canal. Este

fenómeno es consecuencia, generalmente, de un incremento brusco en la pendiente

del canal, o en ensanchamiento rápido de la sección transversal del mismo. En la

región de transición entre un estado del flujo y el siguiente aparece normalmente una

curva en la superficie del agua con la concavidad hacia abajo y luego presenta un

punto de inflexión y pasa a tener su concavidad hacia arriba.

El punto de inflexión se encuentra aproximadamente en correspondencia de

la profundidad crítica, en el cual la energía específica es la mínima, y el flujo pasa de

una situación de flujo subcrítico a supercrítico. Como caso especial de la caída

hidráulica se da la caída libre. Esta situación se da cuando el fondo del canal tiene

una discontinuidad, presenta un salto.

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CAIDAS HIDRAULICAS

1. CONCEPTO:

Son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios

bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior)

de un canal, por medio de un plano vertical (muro de sostenimiento de tierra capaz de

soportar el empuje que estas ocasionan), permitiendo que el agua salte libremente y

caiga en el tramo de abajo.

2. FINALIDAD:

Conducir agua desde una elevación alta hasta una elevación baja y disipar la energía

generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de una caída, se

introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal.

3. ELEMENTOS DE UNA CAÍDA VERTICAL:

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

3.1 Transición de entrada:

Une por medio de un estrechamiento progresivo la sección del canal superior con

la sección de control.

3.2 Caída en sí:

La cual es de sección rectangular y puede ser vertical o inclinada.

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3.3 Sección de control:

Es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este

punto se presentan las condiciones críticas. La sección de control tiene por

finalidad, mantener el flujo aguas arriba en régimen tranquilo, de manera que es

en la misma sección de control donde ocurre el cambio de régimen y el agua

alcanza la profundidad y velocidad crítica. La sección de control consiste en una

variación de la sección del canal en el punto donde se inicia la caída o una rampa

en contra pendiente, de manera que la energía en el canal aguas arriba sea igual

a la energía en el punto donde se inicia la caída.

3.4 Poza o colchón amortiguador:

Es de sección rectangular, siendo su función la de absorber la energía cinética del

agua al pie de la caída.

3.5 Transición de salida:

Une la poza de disipación con el canal aguas abajo.

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 Ventilación bajo la lámina vertiente.

 Verificar que la velocidad del flujo de la caída este en el rango de

0.6m/s < v < (1.5 – 2) m/s.

 Tener cuidado el mal funcionamiento hidráulico del chorro de la caída por que

puede producir una gran erosión en el muro vertical.

6. CAÍDAS VERTICALES CON OBSTÁCULOS PARA EL CHOQUE:

El Bureau of Reclamation, ha desarrollado para saltos pequeños, un tipo de caída con

obstáculos donde choca el agua de la lámina vertiente y se ha obtenido una buena

disipación de energía para una amplia variación de la profundidad de la lámina aguas

abajo a tal punto que puede considerarse independiente del salto.

7. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA CAÍDA SIN OBSTÁCULO:

7.1 Diseño del canal, aguas arriba y aguas abajo de la caída:

Utilizar las consideraciones prácticas que existen para el diseño de canales.

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7.2 Cálculo del ancho de la caída y el tirante en la sección de control:

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

rectangular las ecuaciones que se cumplen son las siguientes:

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

los cálculos realizar la verificación. También se puede suponer un ancho en la

sección de control de la caída, calcular el tirante crítico y por la ecuación de la

energía calcular el tirante al inicio de la transición. Existen fórmulas empíricas

para el cálculo del ancho de la rápida, las cuales son: • De acuerdo a Dadenkov,

puede tomarse:

5 2 b = 0.765Q

2/

(Ancho de la caída)

Otra fórmula empírica:

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7.5 Calculo de tirante critico en la sección de control:

Para obtener este tirante mediante la gráfica, debe calcularse el factor de

sección Z.

Si es sección rectangular o trpecial o con el valor Z/d

sies circular siendo

el diámetro se obtiene y c /b o y c /d respectivamente de donde se despeja el

valor del tirante critico y c

7.6 Calculo de la rampa:

Consiste en determinar las dimensiones de la sección, esto se puede hacer

aplicando la fórmula de Manning, dado que la rampa es la parte que absorbe

el desnivel por salvar conocemos su pendiente aproximada.

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7.7 Calculo de perfil de trayectoria:

Para definir el perfil de la trayectoria usaremos un sistema de ejes como

se muestra, cuyo oriente coincide con el final de la rampa.

La longitud horizontal (X f ) de la trayectoria se obtiene con la expresión:

Y pueden obtenerse una serie de puntos para trazar la curva parabólica con

la expresión:

Siendo ambas expresiones S y V la pendiente y velocidad

correspondientemente a la rampa.

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8. EJERCICIO:

PROYECTO ESPECIAL “OLMOS TINAJONES”

(Dpto. Lambayeque-Cajamarca y Piura)

DISEÑO HIDRAULICO: CAIDA VERTICAL SIN OBSTACULOS (Z=1.317) –

CAIDA INSTALACION DE SISTEMA DE RIEGO PRESURIZADO CRs.

RINCONADA GR 03

1. ANCHO DE CAIDA

1.1. Pre dimensionamiento 1

𝟑 𝟐 ⁄

𝐻 = 0. 65 𝑚 (Aguas Arriba)

3

3

⁄𝑠

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1.2. Pre dimensionamiento 2

1.3. Adoptando un ancho de caída ajustada

1.4. Recalculando el Caudal Unitario “q”

3

𝑠𝑥𝑚

2. Dimensiones de la caída vertical

2

⁄

1

2

3. Longitud del canal Rectangular (inmediatamente aguas arriba de la caída)

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Las caídas se utilizan para llevar el nivel de agua de un nivel superior a otro inferior

y evitar que se erosione el curso de agua y dañe la estructura del canal es por tal

motivo que se le utiliza también como disipador de energía.

• Las caídas son estructuras que se utilizan comúnmente tanto para canales como

para alcantarillas y se basan en la utilización del resalto hidráulico para disipar la

energía.

• Son muy comunes las de tipo inclinado y las de caída vertical, aunque

dependiendo de las condiciones generalmente resultan más fáciles de

construir las inclinadas y son también más económicas.

• Existen normas y diseños ya preestablecido que facilitan el diseño de caídas,

dependiendo de la elección de las condiciones del terreno y de la altura de la caída

y del número de froude para elegir el modelo de disipador de energía.

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ANEXOS: