obras de arte. krochin

8/9/2019 Obras de Arte. Krochin

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OBRAS ESPECIALES EN CANALES

Cuando se proyecta un canal hay que prever la necesidad de una serie de obrasauxiliares que sirven para protegerlo, para cruzar depresiones y para facilidad o

seguridad de la gente, que vive en la cercanía.Entre las primeras tenemos los aliviaderos, las cunetas de coronación y los pasos deaguas.Entre las segundas tenemos los rellenos, acueductos y sifones.Entre las terceras están los puentes, los pasos para peatones y las cercas.

. C!"CE# $E %"E&!'$'# ( $E)!E#*+E#-

uchas veces un canal se encuentra en su camino con una depresión que debecruzar. ' veces es posible mover toda la alineación hacia arriba o subir con elcanal por el cauce de la quebrada para pasar por deba/o de esta con una

alcantarilla o t0nel o disminuir el tama1o de la obra. #in embargo, esto nosiempre es posible, pues puede presentar un desarrollo muy largo del canal osecciones de excavación muy grandes cuando la quebrada tiene los taludes casiverticales.En este caso es necesario cruzar la quebrada con una obra especial que puedeser un acueducto, un relleno o un sifón.

.. 'C"E$"C2+#-#on puentes de hormigón armado y menos frecuentemente de mampostería de

piedra, hierro o madera que conducen el agua sobre la depresión. ' menudo elacueducto se aprovecha para combinarlo con un puente para vehículos o

peatones, con un aliviadero o con ambos. ormalmente hasta 3 o 4 metros se usan acueductos en forma de vigas rectassobre pilas. )ara luces mayores o cuando las pilas se hacen muy altas, siempreque el terreno lo permita, se hacen acueductos en forma de arcos. El cálculo esid5ntico al de un puente, o sea netamente estructural.

.6. !E77E+#-"n relleno consiste en una estructura de tierra compactada hecha con materialeslocales que cierra la sección de la quebrada elevando el nivel del terreno eneste sitio hasta el nivel del canal.

"n relleno tiene el mismo dise1o y forma de construcción que una presa detierra, con la diferencia de que no debe almacenar agua ni quedar sumergido.Con esta consideración la inclinación de los taludes es mucho mas parada queen las presas de tierra, llegando a m 8 6 y a veces a m 8 .4. )ara proteger losdel relleno contra la erosión causada por las lluvias se siembra c5sped u otrotipo adecuado de hierba.)ara que el talud superior no quede sometido a la acción del agua, se debe

permitir el paso de la máxima creciente que pueda producirse en la quebrada,sin sumergir el relleno.7a selección depende de varios factores, entre ellos de la magnitud del caudalde la quebrada y de si es permanente o se produce solamente unos pocos meses

o días en el a1o.


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En todo caso no se puede permitir que el agua se acumule en el lado superior del relleno ni que pase por encima, pues podría producir a mas de ladestrucción del mismo, graves da1os a la gente y propiedades que puedanencontrarse en el tramo ba/o de la quebrada.El canal pasa por la parte superior del relleno por medio de una sección

revestida con hormigón armado. 7a armadura es una forma de malla, tiene unasección mínima y no sirve para ning0n propósito estructural sino para disminuir la posibilidad de aparición de grietas y en caso de su formación para sostener elrevestimiento en su sitio.)or lo general deba/o del delgado revestimiento de hormigón armado se de/aotro de hormigón simple y entre los dos una capa de ripio como drena/e. En elfondo del revestimiento exterior se de/a un peque1o canal recolector con elob/eto de llevar el agua que pueda haberse filtrado hacia los lados del relleno ydesde allí hacia el fondo de la quebrada.En el proyecto de un relleno se debe tomar en cuenta aspectos constructivos yaspectos de dise1o hidráulico propiamente dicho.

a9 Aspectos constructivos.-El relleno debe ser construido con un materialadecuado que despu5s de ser propiamente compactado no sufraasentamientos que podrían resquebra/ar el revestimiento en el canal.)ara esto se buscan los sitios mas adecuados de pr5stamo de materialesen función de la calidad de la tierra :determinada con ensayos decompactación )roctor y otros9, volumen suficiente y distancia mínimade transporte.El relleno se compacta siguiendo procedimientos normales con rodillos

pata de cabra o si sus dimensiones son muy peque1as, con pisonesneumáticos. Estos pisones se usan tambi5n para hacer la compactaciónalrededor de las estructuras de la alcantarilla de fondo.

b9 Diseño hidráulico.-este consiste en la determinación del caudalmáximo de creciente y despu5s en el calculo de las dimensionesnecesarias de la alcantarilla.#e pueden producir una serie de casos de flu/o entre los que se puedecitar las siguientes-#i la salida esta sumergida, la alcantarilla traba/a llena como tubo cortoo sea a presión, y la gradiente se define como el cuociente de ladiferencia de niveles ;3 entre las superficies de aguas arriba y deba/o dela alcantarilla, divididas para su longitud.En este caso el valor ;3 :incluida la velocidad de aproximación9 esta

dada por-

+=

<

=

6

63

6

6 R

L gn K

gA

Q Z

#iendo->- Coeficiente de contracción que depende de la forma de entrada.7- 7ongitud de la alcantarilla.'- #ección de la alcantarilla.#i la salida es libre, la alcantarilla traba/a como canal abierto. El caudalque pasa se calcula con la formula de los orificios o sea

( )d g K AQ H −+= 36


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#iendo'- sección mo/ada al comienzo de la alcantarillad- calado al comienzo

-3 H Carga aguas arriba

7os muros de ala a la entrada deben dise1arse de tal manera que sualtura sea mayor de ? y en forma de transición suave para reducir elvalor de >.

.


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$esde el punto de vista constructivo, el sifón necesita gente especializad paraarmarlo, el acueducto de alba1iles y carpinteros y el relleno de gente

prácticamente sin ninguna preparación a excepción del tractorista.7a maquinaria utilizada es tambi5n diferente. #e necesita equipo pesado paramovimiento de tierras como tractores, rodillos pata de cabra, etc. )ara los

rellenos. En el caso de acueductos principalmente se necesita hormigoneras y para los sifones equipos de elevación :gr0as, polispastos9 y probablemente desuelda.En lo que se refiere a materiales, los rellenos se construyen con los existentesen sitio, los acueductos con piedras y arena que debe encontrarse cerca y lossifones con materiales importados.7os rellenos pueden ser construidos solamente en estia/e cuando el caudal querecorre por el fondo de la depresión es peque1o y puede ser desviadofácilmente. #i el caudal que corre por la quebrada es grande, la construcción delrelleno se dificulta considerablemente. *gual es el caso del sifón que cruza el rió

por deba/o de su cauce. En cambio, para el acueducto y el sifón que pasa sobre

el rió, con un puente, la construcción puede ser en cualquier 5poca del a1o,aunque naturalmente, es mas fácil en estia/e

6. )'#+# $E 'A"'# 77"B*'#- ormalmente el canal abierto esta situado en media ladera.En este caso cada lluvia puede per/udicarlo, pues además de incrementar sucaudal en forma descontrolada, lleva hacia las grandes cantidades de materialsólido de arrastre, producto de la erosión de la ladera. )ara evitar esto,

paralelamente al canal principal y encima de el se construyen unas acequias derecolección de las aguas lluvias y que se llaman cunetas de coronación. Ensitios apropiados, y en lo posible a distancias regulares, el agua recogidas por las cunetas debe pasar sobre o ba/o el canal. ormalmente este paso se hace por encima del canal por medio de estructuras de hormigón armado.7a razón para preferir los pasos superiores es porque tienen menor excavación,la rapidez de ba/ada es menos alta y por lo tanto menos costosa y especialmente

porque pueden ser construidos despu5s de estar funcionando el canal, lo cualdisminuye la magnitud de la inversión inicial. 'demás así se puede ubicarlos enel sitio más conveniente y dise1arlos con las dimensiones determinadas por laexperiencia. 2ambi5n se los dise1a de tal manera que puedan servir de paso de

peatones o animales.7os pasos inferiores se utilizan generalmente solo en los casos cuando

convergen a una quebrada que todos modos debe pasar por deba/o del canal conuna alcantarilla.


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pueden destruirse tramos de canal bastante grandes la reparación de los cualesseria sumamente costosa.+tro peligro es el da1o u obstrucción de las cunetas de coronación en tiempo defuertes lluvias. En este caso una gran parte de las aguas que escurren por laladera entran en el canal aumentando considerablemente su caudal y

produciendo el desbordamiento.)ara evitar esto se construyen aliviaderos que son estructuras destinadas aevacuar el agua en forma segura siempre que el nivel del agua en el canal pasede un cierto límite adoptado.7os aliviaderos se proyectan en forma de vertederos laterales o sifonesubicados en el labio del canal, siendo los primeros mucho mas comunes que lossegundos por razones de facilidad de construcción.)ara el dise1o de los aliviaderos se toman las peores condiciones, o sea, seasumen derrumbes instantáneo que se produce inmediatamente aguas arriba deun aliviadero. )or lo tanto, para que el agua pueda desfogar por el aliviaderosituado aguas arriba, debe remansarse en toda la longitud que separa los dos

aliviaderos entre si. $e aquí podemos obtener la relación entre la distancia,entre aliviaderos 7 y la altura de seguridad o franco #. tenemos que si lagradiente del canal es D-

H JLS += .F#e puede ver que haciendo tres variables, no es posible tener una respuesta sinoque igual que en otros casos ya vistos es necesario buscar la alternativa máseconómica, calculando algunas variantes.En este caso, mientras mas grande es el valor de la sobreelevacion del agua ?,menor es la longitud necesaria del aliviadero y menor por lo tanto el volumendel hormigón empleado.2ambi5n, mientras mayor es la distancia 7 entre aliviaderos menor es el numerode estos. )ero en cambio aumenta el valor de la altura de seguridad # y por lotanto el costo de excavación del canal. $isminuyendo # se disminuye laexcavación, pero se aumenta el volumen de hormigón. + sea que hay unarelación entre # y 7 que da el mínimo costo. )ara encontrarla es necesario hacer una serie de cálculos para cada posibilidad. 'l valor de # se le debe sumar tambi5n la altura de la onda de traslación producida por el derrumbeinstantáneo. 'demás debido a la imprecisión del valor n usado en el cálculo dela sección, generalmente se a1ade un franco adicional de 4 cm. )or lo tanto unaformula más exacta es-

34.3+++= e H JLS

En la cual e es la altura de la onda de traslación.


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FIGURA 1

SECCION

INICIAL

VERTEDERO

VARIABLE

TALUD DE INCLINACION

LAVADO DE ARENAS

ESCALON PARA FACILITAR EL

FRONTAL

RANURA PARA COMPUERTA

LATERAL

COMPUERTA

RECOLECTOR

CANAL

RAPIDA

ESQUEMA DE UN ALIVIADERO

El agua que puede salir del vertedero o de la compuerta debe ser llevada a unaquebrada o rió donde ya no pueda producir erosión o causar ning0n otro da1o.@recuentemente esto se debe hacerse en terrenos de gran pendiente y hay quedise1ar estructuras especiales como rápidas, sucesiones de colchones de agua,deflectores parabólicos y otras.El vertedero de un aliviadero es lateral, es decir que tiene la cresta paralela ale/e del canal. ' pesar de esto, en el caso de un derrumbe se calcula con laformula com0n :6.G9 de los vertederos frontales pues, todo el caudal del canal

pasara por el aliviadero y entre este y el derrumbe, el agua estará inmóvil.)ara el caso de la eliminación de un exceso de caudal producido por las lluviaso por la entrada de parte de la creciente en la toma, el aliviadero debe ser calculado con las formulas del vertedero lateral. Entonces el calado en el canalsube por


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tecons gA

Qd E tan

6 6

6

=+=

$iferenciando-

3<

6

6 =−+= gAdAQ

gA

QdQ

dd dE

!eemplazando el valor Bdd dA = y despe/ando-

−

=

<

66

gA

BQ gA

QdQdd

)ero == 6<6

F gA

BQ parámetro de cineticidad

+ sea-

( )66 −= F gAQdQdd

)or lo tanto, el signo de dd depende solo de la relación entre la velocidadnormal y critica.En r5gimen subcritico @ I . Como el caudal disminuye a lo largo delvertedero, $q I 3. )or lo tanto dd J 3, o sea, que la altura del agua a lo largodel vertedero aumenta.7a superficie del agua es curva, pero como la curvatura es peque1a, podemosasumir que la variación es lineal.

Entonces, llamando H a la carga al principio del vertedero, H 6 a lacarga al final y b a la longitud del vertedero, tendremos que a una distancia K-

X b

H H H H

I

I x

−+= 6

El caudal que sale por un ancho dK es-

dX M dQ H X 6<

=

El caudal total se obtiene integrando K en la expresión anterior entre + y b (asumiendo que la variación de con ? es insignificante-

H H H H H b X b

M Q

6

6

4

6

46

−

−+=

H H H H Mb

6

6

4

6

4

6

4

6

−

−=


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)or continuidad de cálculo se introduce un coeficiente

H

H K

6

= y se tiene-

6

<

66

<

6

6

4

4

6

H H CMb Mb K K

Q =

−−

=

+ sea que la formula para el paso de agua por un vertedero lateral es igual a lade un vertedero frontal afectada de un coeficiente de corrección C que dependede la relación de las cargas al principio y al final del vertedero.7os valores de C en función de > se presentan en el grafico ad/unto-

Arafico


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EDE)7+ L 3-#e tiene un canal de sección rectangular revestido:n83.49 que tiene un anchode b8=m. y una gradiente de i83.333=. por este canal circula normalmente uncaudal de %83.Mm


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7a ecuación necesaria del vertedero se obtiene de la formula-

66

<

CMbH QV =

( asumiendo 86 tenemos-mb G.6

63.3O6OMMM4.3

<6< ==

EDE)7+ L 36-#e tiene un canal trapezoidal revestido:n83.3G9 que tiene un ancho en la basede b86m. y taludes de m83.4m. la gradiente del canal es i83.3336H= y el caudalnormal de %8Gm


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P64.33664.3O83.P3'686.3HO6Q3.4O6.3H68G.


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'8G.6M4G %684.< %8M.Mm


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2

3

1Orificios

Garga!a

T a"a

Fig#ra 2

$

%

!

r

&

'

2

1r

(

#i aplicamos la ecuación de &ernoulli entre los puntos y 6, sin considerar la presión atmosf5rica, obtenemos-

g

V K

g

V K

g

V H

69:

66

666

+=+=

> representa la suma de los coeficientes de perdida de carga por entrada ycambio de dirección y de sección y puede variar de 3.= a .


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#e observa que la longitud se reduce a una cuarta parte, lo que significa unaconsiderable economía en el costo de las obras."na de las razones por la que los sifones no se construyen en mayor cantidad esla necesidad de asegurarse que la tapa sea impermeable al paso del aire, cuyaentrada al interior estorbaría en el funcionamiento.

'parentemente una economía cada vez mayor se podría conseguir aumentandola altura de carga ?, pero esto tiene un límite.#i aplicamos la ecuación de &ernoulli entre el punto y otro punto < situado enel interior del sifón a una altura y desde el nivel de agua inferior, tendremos-

γ +++=+W

P

g

V K

W H P tm

69:

6

2omando en cuenta que )8)atmQ)man y que el vació puede representarse como)B'C8)atmF)

H g

V

K W

P P

W

P tm!c

−++=

−

= γ 69:

6

+ sea

γ =W

P !c

El máximo valor del vació es ? o sea se produce en la garganta del sifón.7a presión ) no debe nunca ba/ar hasta el valor de la tensión del valor pues eltraba/o del sifón se interrumpirá.)ara la sierra ecuatoriana, para una elevación de


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E8S =6

6d empu/e del agua

==6

bd W " C el peso propio del muro

!eemplazando

d

b

bd W

Wd

C

=6

6 6

6

6

d

b

W

W

C

=

$e donde

C W

W d b =

)ara el hormigón simple el peso específico es igual a-SC86.6

)or lo tanto. b83.GM4d

+ sea que el 'ngulo que debe tener la inclinación del muro con la vertical esL


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−

+++

== 9:9:6

96:

6

6

t # g

V

t #

tt #

S

E P

7a tapa de hormigón tendrá una armadura doble. 7os hierros paralelos a ladirección del flu/o deben absorber la presión ) y los transversales el empu/e E.


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$espu5s de un segundo, el calado y la velocidad entre la compuerta y la ondason d6 y B6 y despu5s de la onda son los mismos que los iniciales d y B.7a onda que via/a con la velocidad u esta despu5s de un segundo a la distanciau de la compuerta.

El aumento de volumen en el canal producido en un segundo esta dado por-q6Fq8u :d6 Td9

#iendo que-

666 d V % = ( d V % =2enemos

9: 666 d d d V d V −=−

El volumen B6d6 que ha entrado en el primer segundo tiene la velocidad B6. Elvolumen que cambia de velocidad de B a B6 es por lo tanto- ud6FB 6d68d6:uF

B692enemos-

9:9:9: 666 V V d V $ g

W V V M F −−=−= .. :


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6

666

66

66

9:6 d

gd gd d d

d

gd V +=+=

36 6

6

66

=−+ V gd d

gd

++−=

+±−

=

6

6

6

H

66

H

gd

V d

d

g

d

gV g g

&

)ero-

d

%V =

<

6

H6 gd

%d d ++−= Ecuación del resalto.

#i 36 >− d d , o sea cuando la altura de la ola es muy peque1a d8d, la ecuaciónse trasforma en-

gd V $ ±= El t5rmino cV gd = representa la velocidad crítica.El análisis anterior es valido para una sección rectangular con lassimplificaciones indicadas.)ara una sección cualquiera, la velocidad de la onda positiva se obtiene la basede un desarrollo igual y esta dada por-

6

6

6

66


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#upongamos que tenemos un canal revestido:n83,349 de sección trapezoidal:m83.49 con un ancho de solera de 6m, pendiente de i83.333H y que lleva uncaudal de %8G .N< seg m#e pregunta que altura tendrá la onda si se produce un derrumbe brusco.

=PM.3366H6H.3O


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6.F #ucesión de colchones en forma de escalera.


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'l final de la rápida el r5gimen pasa de supercrítico a subcritico con laformación de un resalto hidráulico. 7a determinación de la longitud delresalto y de la necesidad de una profundización del cauce se hace con losmismos criterios expuestos en la sección 4..G.

EDE)7+ L 3=-#e debe dise1ar una rápida para %8633 .N< seg m el canal de sección rectangular cuya rugosidad n33.3= tiene una longitud de 633m y 6.4R de pendiente. #e

pide calcular la velocidad al final de la rápida si al principio el calado es crítico.#e adopta un ancho de acuerdo a la ecuación.

4

6

MG4.3 Qb =

.G


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3H.69MM.3H


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α α

66

6

cos6tan

V

gL L ( +=

$erivando esta ecuación tenemos la pendiente de la curva en cualquier punto.

α α

66 costan

V

gL

dx

d( +=

'l final de la curva en el punto 6, tenemos que-

β α

α tancos

tan66 =+

V

gLW

$e aquí obtenemos el valor de la longitud horizontal de la curva

9tan:tancos6

α β β −= g

V L

)ara encontrar las distancias del principio y final de la curva desde el punto deintersección de las dos pendientes, se tiene de acuerdo al grafico =.

α tan

= x

( β tan

6

6 = x

(

7os valores se obtienen resolviendo las ecuaciones siguientes.

L x x =+ 6

( x x =+ β α tantan 6

EDE)7+ L 34-

#e tiene una rápida de forma rectangular, de 6m de ancho y con una rugosidadn83.3= cuya pendiente pasa de 4R al 64R. "n caudal de %8Hm < Ns ba/a unarápida con una velocidad de v8P.MHmNs.Ecuación de la parábola

6

66

6

34=.334.3

PPP.3OOMH.PO6

H.P44.3 X X

X

L L ( +=+=

Balor de la longitud total 7

.P4.934.364.3:H.P

PPP.3OMH.P 6m L =−=

El valor de la altura total y.6P


24/39

x 83.PMm.

6 x 8.P4F3.PM83.PHm.

7os valores de y son3=H4.3PM.3O34.3 == (6=4.3PH.3O64.36 == (

=..


25/39

nn =

a es un factor que varia con la pendiente.

7os valores sugeridos son-a8.


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2omando el valor mayor se tendrá un calado aireado de

.46.393=H6.3:

6M.3 md =−=

=..4. @+!'C*+ $E +$'#-

En el dise1o de rápidas inclusive en el caso de canales rectos y sinobstrucciones debe tenerse en cuenta la posibilidad de la formación de ondasque son un fenómeno indeseable pues obligan a levantar los muros del canal yademás producen fuertes oscilaciones en el disipador al pie. $e este modo eldisipador no traba/a bien pues no puede formarse un resalto hidráulico estable.Estas ondas se producen por lo general solo en pendientes menores de 63X. 7aaltura de una onda puede llegar a ser doble del calado normal.

#e ha observado que la ocurrencia de ondas es tanto mas probable cuanto masancho es el canal.$e acuerdo a 'rsenishvill : bibl.HF69 para que no haya ondas debe haber lasiguiente relación entre calado y el perímetro normales.

3<d

P

)ara una sección rectangular se tendría

366


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)

*

FONDO TRIANGULAR FONDO COMPUESTO

FIGURA +

%

B

)ara la sección compuesta, el ancho del resorte debe ser mayor o igual que untercio del ancho del fondo y la sección mo/ada del mismo debe tener capacidad

para llevar el 63R del caudal máximo."na ultima solución para disminuir la formación de ondas en canales de hasta3R de pendientes es poner rugosidad artificial.

=..G. $E@7EC2+!E#-

En algunos casos como en los desfogues de los tanques de presión y losaliviaderos, el agua que va por la rápida ya no sirve para ning0n propósito 0til,sino que se desperdicia y la 0nica preocupación es llevarla hacia algunaquebrada por la cual puede correr sin producir da1os.)ara llegar hasta el fondo de la quebrada se requiere por lo general de obrasmuy caras debido a la pendiente muy fuerte de sus orillas. )or e/emplo una

posibilidad costosa es ba/ar el agua mediante un pozo o chimenea seguida de untramo de t0nel en forma de 7.Entonces, para ahorrar revestimientos costosos, siempre y cuando el terreno lo

permita, se construyen estructuras en forma de trampolines que lanzan el aguahacia arriba en forma de un chorro. El sitio en el cae el chorro esta formado por

terrenos duros que resisten el impacto o la erosión producida es muy ocasionaly no tiene importancia.


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El deflector desde el que salta el agua se construye de tal manera de que elchorro se divida en dos o cuatro chorros menores.$e este modo se consigue que los chorros se fragmenten en el aire y caigan enforma de lluvia gruesa lo que unido al aumento de la superficie de impactodisminuye el efecto erosivo.

"na posible forma de dise1o es la siguiente-#e escoge una sección optima con un talud m83.64#e asume un valor de m83.34Con la formula XMFM y los valores de la tabla XMF6 se tiene

H<

=

O6


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9tan:tancos6 66

β β

+= A g

V X

$erivando K en función de β e igualando a cero, obtenemos el valor de β que da el máximo valor de K.

2enemos que este valor es- A

A sen cos

tan

6

6 =

−=β

+ sea que el ángulo del trampolín debe ser la mitad del complemento de lagradiente del terreno.

=.6. !')*$'# E @+!' $E E#C'7E!'-

=.6.. $E#C!*)C*+ AEE!'#-

7a estructura consiste en una serie de ca/ones disipadores de energía puesto unoa continuación de otro a manera de una escalera. El cae dentro del primer ca/ón,disipa su energía mediante la formación de un resalto hidráulico y pasa sobreun vertedero frontal al siguiente ca/ón donde se repite el proceso.$e este modo no se produce ninguna aceleración a lo largo de la rápida comosucede con los canales de gran pendiente, pues la energía se disipa en cadaca/ón antes de que el agua pase al siguiente.+tra venta/a es que este tipo de rápida funciona igualmente bien con todos loscaudales intermedios hasta llegar al máximo para el cual ha sido dise1ado.)or lo general este tipo de rápidas se utiliza para caudales menores de .N3 < sm

#e han introducido algunas variantes al dise1o indicado arriba, de las cuales las principales son-a. #e suprime el vertedero frontal con lo que la rápida se transforma en unaescalera simple, con el consiguiente ahorro de material. 'l desaparecer el ca/óndisipador de energía, el flu/o puede acelerarse y comenzar a saltar sobre losescalones. )ara evitar esto la longitud de los escalones debe ser bastante larga.$e acuerdo a !umelin :bibl. XHFG9 la longitud del escalón debe ser por lomenos igual a la longitud de la parábola del chorro de agua mas tres veces laaltura del escalón.

b. 7os tabiques al final de cada ca/ón disipador están abiertos /unto al fondo yel agua pasa por encima por el vertedero y por deba/o por orificio. $e este

modo se disminuye la carga sobre el vertedero y el posible choque de los doschorros contribuyen a una disipación adicional de energía.7a resistencia de la pared al empu/e disminuye y puede ser necesario hacerle dehormigón armado, lo que encarece la obra.$e todos modos, aun en el dise1o normal, es conveniente por razones est5ticasy sanitarias, de/ar un peque1o orificio /unto al fondo para que el agua puedasalir y no queden los ca/ones llenos despu5s de que la rápida ha de/ado defuncionar.

=.6.6. $*#EU+ ?*$!'"7*C+-

)ara una escalera típica, los criterios de cálculo se indican a continuación y seaclaran con la figura XM


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a. El n0mero de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la rápida depende de consideraciones económicas y por lo general seestablece comparando diferentes alternativas. 'sí el desnivel total quedadividido en varios tramos verticales iguales, cada uno de un valor ;a.

-%

LP

( 1

&

T (

. %

. a

$ 2

&

( 2

LR

$ 1

Fig#ra /

En el caso de que el desnivel a vencerse no pase de = metros, por lo general, seutiliza un solo ca/ón y entonces la estructura se reduce a una caída o saltosimple.

b. 7a carga ? de agua sobre el vertedero esta dada por la formula general 6FG.

6<

MbH Q =El coeficiente depende de la forma del vertedero y varia entre .H y 6.'l ser el ancho de la rápida b constante en toda su longitud, se tiene que elvalor ? obtenido será tambi5n igual para todos los escalones.c. El agua cae con un movimiento acelerado contray5ndose gradualmente elgrueso del chorro. Dunto al fondo del ca/ón este grueso o calado contraído d esta dado por la ecuación 4FG.

9:6 d * g b

Q

d −=#iendo


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b Z + H * ++=

d. $entro del ca/ón, el agua pasa de r5gimen supercrítico al r5gimensuibcritico, mediante la formación de un resalto, cuyos calados con/ugados son

d y 6d . Estos calados están relacionados entre si con la formula 6F==.

#eg0n B. '. #haumian, :bibl. HF+siempre que

66 64.3 d + >

e. 7a longitud mínima del ca/ón debe ser igual a la longitud de la parábola

P L que sigue el chorro al caer, más la longitud R L necesaria para que seforme el resalto.#e obtiene de la mecánica que

g + L P 6=

7os valores están dados por-4.3 + , Z + bb ++=

B,bQ

V =

2omando en cuenta los siguientes datos experimentales-

)ara el perfil hidrodinámico 3M=.3 H , B = 86.6)ara el vertedero pared delgada 3GM.3 H , B = 8.P

( reemplazando valores, se llega a un resultado prácticamente igual para losdos

<6

<

66.39:3=. %+ Z % L b P ++= ..............................FP

siendob

Q% =

)ara el caso de que no existiera vertedero a la entrada : 3 =+ 9 y el aguacayera sin esta obstrucción, se tiene que seg0n ?. !ouse

d , B M4.3= critico

o haciendo los reemplazos correspondientes<

6


32/39

<6

<

4=.36=G. %b% L P += .....................................F

7a longitud necesaria para la formación del resalto seg0n #haumian es igual a

66.< , L R = ...................................................................F6

=.6.


33/39

Fig#ra 5

2677 7637

26853677

3677

1631

7655

1+677

16313637

76,5

1631

76153677 3677

3677

1631

7655

1631

7655

1631

1+677

3677

3677

EDE)7+ X3M-#e tiene una ladera de 6m de altura y


34/39

4G.6=4P.3

6

=+d

d

.=P.6 md =+ sea que hay un desnivel de 3.Pm. en la superficie del agua. Como la cresta

del vertedero anterior esta a


35/39

333NC8H4.HF


36/39

i8tgα relación 'ireN' 3.63 . 3.


37/39

)or facilidad de construcción se pone #83.3m para estos valores se tiene unavelocidad mas ba/a lo que a su vez altera el calado y el valor de C obligando arepetir el calculo.

TABLA N9 1

A : %&

P : % ; 2&

R : A < P

=%> =%>=a>

=c>

=a>

=$> => =f>

-&

B?B?

62,

B?B?

B?B?

2'&7' L3


38/39

hN& bN

6 < = 4 G M H P 3 6

!"

Cuando -α sen 3.3= a 3.3G8.


39/39

B84.MmNs '83N4.M8.M4= ?83.HMMm.!8

obras de arte. krochin

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