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INTRODUCCIÓN
Para los romanos, que buscaban en la monumentalidad de sus construcciones un cauce eficaz a su obstinada voluntad de imposición de poder, fue el acueducto uno de sus logros más perfectos.
Se imponen al espectador por sus tres dimensiones: altura fuera de la escala humana, longitud que llega a ser verdaderamente colosal en alineaciones de kilómetros y que además se alarga indefinidamente por la vibración monótona de sus arcadas y por su espesor que llega a dar esbelteces de verdadero alarde, como ocurre, por ejemplo, en Segovia.
La experiencia adquirida no se acumulaba en libros, ni se abstraía en cálculos complicados, sino que aparecía rotunda en los ejemplares conservados. Por el simple hecho de seguir en servicio demostrando su eficacia, es decir, su adecuación a todas las funciones que tenían que cumplir, entre ellas la de transportar agua, función bastante sencilla, y otra más compleja la de resistir las acciones que están a la destructiva; pero incluso las ruinas eran lección elocuente del comportamiento de las obras.
Los asentamientos humanos deben estar siempre situados cerca de una fuente de agua limpia, ya sea un río o un manantial.
Mientras Roma no fue más que un pequeño estado dentro del Lacio, su fuente fue el río Tíbet, pero a finales del siglo IV a.C., cuando los romanos luchaban en la Segunda Guerra Samnita, se encontraron con que necesitaban urgentemente un suministro alternativo. Quizá esto se debiera a que el agua del Tíbet ya no era suficiente para una población cada vez más grande, o quizá a que existía el peligro de que el enemigo envenenara su única fuente, pero lo cierto es que a consecuencia de ello, en el año 312 a.C., los romanos empezaron a construir su primer acueducto, el Aqua Appia.
DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS DE ARTE
GENERALIDADES
Cabe señalar que en el diseño de las obras de arte, la información topográfica se constituye en un elemento de capital importancia, para lo cual se recomienda efectuar los levantamientos con plancheta a escala 1:100 o 1:200, dependiendo la escala de las dimensiones de la obra.
Las hojas de plancheta deben ser dibujadas en, papel canson, con curvas de nivel cada 0.5 m. con sus respectivos puntos de relleno, evitando cometer error de eliminarlos en el dibujo final, posteriormente sobre una copia ozalid del dibujo final, se procede a dibujar la obra proyectada obteniéndose de este modo una real aproximación del metrado del movimiento de tierra.
OBRAS COMPLEMENTARIAS
Se ha convenido en llamarlas así, a todas aquellas obras que forman parte integrante de otras más grandes y por lo tanto constantemente su diseño se repite, por ejemplo: en caídas, alcantarillas, sifones, etc.
4.1.- DISEÑO HIDRÁULICO DE TRANSICIONES
Estas estructuras se construyen muy frecuentemente al comienzo y al final de ciertas obras, tales como alcantarillas, caídas, sifones, tomas, etc.
El objetivo de estas obras, es reducir las pérdidas de carga, debidas al cambio de la sección del canal o de la pendiente del mismo. Las perdidas de carga en las transiciones, dependen del ángulo que .forman los aleros de la transición con el eje del canal, si Bureau Of Reclamation, recomienda un ángulo de 12° 30' " en aquellas estructuras donde las pérdidas deben reducirse al mínimo y 250 cuando se puede carga, tales como caídas, rápidas, sifones, etc.
Cuando se toma el -ángulo 12° 30’; a veces resultan transiciones muy largas con el consecuente desmedro económico, por lo tanto se debe saber sopesar estas dificultades. El coeficiente de pérdidas se puede calcular analíticamente, ya que para cada ángulo corresponde un coeficiente de pérdida, distinto, para cálculos rápidos se puede utilizar las tablas y gráficos.
4.2.- Desarrollo de problemas aplicadosPor un canal de sección rectangular, fluye un caudal de 6.5 m3/seg. Pasando por una sección de ancho 3 m. a otra de 5 m en forma gradual sin que el fondo varíe de cota, el tirante en la sección de 5 m es 1.20 y en la de 3 m es 1.045; se pide calcular:
a) El ángulo apropiado-que debe tener el -eje del canal con los aleros de la transición, según el U.S.B.R.
b) La pérdida de la energía en la transición según la Ecuación de BORDA-CARNOT.
Solución
a) El ángulo apropiado será:
Tgα/2 = 1 . 3 F
Se calcula el Nº de Fronde en cada sección y se obtiene el promedio
V1 = 6.5 . = 2.073 ; V2 = 6.5 . = 1.083 3 x 1.045 5 x 1.2
F1 = 2.073 . = 2.073 ; F2 = 1.083 . = 0.316 9.81 x1.045 9.81 x 1.2
F( promedio) = 0.4815Tgα/2 = 1 . =0.6923
3 x 0.4815α/2 = 340 47’ por medidas prácticas se toma:
α/2 =35°
b) La pérdida de carga se calcula según la Ec.-General;
Peg = ρ(A2/A1-1)2 V22 /2g = ρ(A2 -A1)2/2g
Y según gráfico 2.18.a., para α = 70° y asumiendo, más o menos la trayectoria para l2/l1, se obtiene:Ρ = 1Peg = 1.1 (6/3.135- 1)2 x1.0832/19.62 = 1.1(2.073-1.083)2/19.62Peg = 0.055 m.
Estas pérdidas se pueden reducir, si tomamos un valor menor de α/2.
4.3.- DISEÑO HIDRÁULICO DE ALIVIADEROS LATERALES
4.3.1 Generalidades
Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitándose posibles desbordes que podrían causar serios daños, por lo tanto, su ubicación se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro.Los caudales de exceso a eliminarse, se originan algunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos debe descargar con un mínimo de obras de arte, buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto ultimo depende siempre de la conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, ubicación del vertedero, etc.)
4.4.- Criterios de Diseño
1.- El caudal de diseño de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel máximo de su caja hidráulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de máxima avenida.
2.- El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedará un excedente que corresponde teóricamente a unos 10 cm. encima del tirante normal.
3.- La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn.
4.- Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de fórmulas, a continuación se describe la fórmula de Forchheiner citada por el SIMAMOS:
Donde:
Q =ύ2µ 2g Lh3/2
3
ύ= 0.95µ = coeficiente de contracciónL = longitud del vertederoh = carga promedio por encima de la cresta.
El flujo del canal, deberá ser siempre subcrítico, entonces:
h2 > h1
h = h1+h2
2 h1= 0.8 h2
h = 0.9 h2.
La fórmula da buena aproximación cuando se cumple:
V1 ≤ 0.75g Y1
h 2 - h1 ≤ Y2- Yn
5.-Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores µ según la forma que adopte la cresta.
FORMA µ
a) Anchos de cantos rectangulares 0.49-0.51 b) Ancho de cantos redondeados 0.50-0.65
c) Afilado con aeración necesaria 0.64
d) En forma de techo con corona redondeada 0.79
6.- El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se está eliminando por la ventana o escotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c ó d.
7.- Los aliviaderos laterales pueden descargar a través de un vertedero con colchón al pie (desniveles pequeños) o mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energía al final (desniveles grandes).
4.5.- Desarrollo de problemas aplicados
Un canal trapezoidal de rugosidad 0,014 con taludes 1:1 plantilla 1m y pendiente 1 0/00 recibe en épocas de crecidas un caudal de 9 m3/seg., el canal ha sido construido para 4 m3/seg. pero puede admitir un caudal de 6 m3/seg. Calcular la longitud del aliviadero par eliminar el exceso de agua.
Solución
1) Cálculo de los Tirantes
Ymáx=1.71m
Yn=1.17m
Y2=1.42m
2) Cálculo de."h''.
h2 =0.25m.h1= 0.8*h2=0.2m.
h =0.2+0.25 = 0.225 m. 23) Caudal a evacuar
Q = 3 m3/ seg.
4) Cálculo de L
Para µ= 0.5 y aplicando Ec, 4.21
L= 3Q . 2 x ύ x µ 2g xh3/2
L = 20 m.
4.06.- DISEÑO HIDRÁULICO DE SIFONES.
4.07.- GENERALIDADES
Cuando un canal debe cruzar una depresión ya sea una quebrada, río o un camino, etc, se proyecta un sifón invertido que puede ser de secciona circular, rectangular o cuadrada que trabajara a tubo lleno.
Un sifón consta de un conducto cuya longitud queda determinada por el perfil del terreno y dos transiciones de entrada y de salida, siendo generalmente de sección trapezoidal a rectangular en la cual se encuentran anclados los tubos.
En el cruce de un canal con una salida quebrada, el sifón se proyecta para conducir el menor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, en ciertas ocasiones debido a sus dimensiones.
Un sifón se constituye en un peligro, principalmente cuando esta cerca de centros poblados, siendo necesario el uso de rejillas pero con la desventaja de que puedan obturarse las aberturas y causar remansos.
Un canal en su trayectoria alcanzará en algunos casos depresiones abruptas o zonas con problemas de estabilidad de suelos, que no podrán ser superados con estructuras elevadas (acueductos), sea por razones técnicas como económicas, por lo que podrá considerarse como variante una estructura que cruce el desnivel por medio de un conducto que se desplace por debajo del accidente topográfico, lo cual dará lugar a la configuración de un sifón invertido.
Esquema de un sifón invertido superficial .
El canal, por medio de los sifones, incorporará estructuras que trabajarán bajo presión.
Los sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. Las estructuras superficiales se emplazarán sobre el suelo, en trincheras, túneles o galerías, los cuales permiten una mejor accesibilidad. Las estructuras enterradas son más simples y normalmente de menor costo, ya que no cuentan con soportes, sin embargo la desventaja está asociada al mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta más complicada.
El sifón contará además de estructuras de entrada y de salida para lograr condiciones de transición hidráulicamente eficientes, por lo que su diseño deberá lograr que el flujo se desarrolle en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques bruscos contra las paredes y cambios de dirección pronunciados. Las estructuras de entrada y de salida contarán en ambos casos con rejillas y elementos de cierre rápido, que permitirán el control de flujo y los trabajos de mantenimiento.
Transiciones de entrada y salida
El área de la sección transversal de un sifón viene determinada, de acuerdo a la ley de continuidad por el caudal de aducción y la velocidad de flujo. La magnitud de la velocidad media en el conducto que conforma el sifón, puede variar entre 2 a 4 m/s, para velocidades menores a 2 m/s, es probable la presencia de procesos de sedimentación. Sin embargo la velocidad de flujo está asociada también al tipo de material del conducto; Zurita considera los siguientes valores:
- Conductos de fábrica 1.0 a 1.5 m/s- Tubos de hormigón 1.5 a 2.5 m/s
En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos a consecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durante la operación del sistema.
El diseño hidráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las pérdidas de carga, locales y por fricción en el conducto. Entre las pérdidas locales se considerarán principalmente pérdidas en la estructura de entrada, en los cambios de dirección o codos y en la estructura de salida. El cálculo se realizará para cada sección de conducto considerado hasta obtener niveles de pérdidas que permitan por un lado el funcionamiento hidráulicamente eficientes del sifón y represente el menor costo posible.
4.08.- CRITERIOS DE DISEÑO:
Las dimensiones del todo se determinan, satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente del tubo, ángulos de doblados y sumergencias de la entrada y salida.En aquellos sifones que cruzan caminos principales o de bajo de drenes, se requiere un mínimo de 0.90m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales de riego sin revestir, es suficiente 0.06 m si el sifón cruza un canal revestido se considera suficiente 0.30 m de cobertura.
La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y la pendiente mínima del tubo horizontal debe ser 5 °/oo. Se recomienda transición de concreto a la entrada y salida cuando el sifón cruce caminos principales en sifones con Þ mayor o igual a 36” y para velocidades en el tubo mayores a 1 m/seg.Con la finalidad de evitar desbordes de agua arriba del sifón debido a la ocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseño, se recomienda aumentar en un50% ó 0.30 m. como máximo al borde libre del canal en una longitud mínima de 15 m a partir de la estructura.Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una velocidad de 1 m3 / seg. en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/seg., y entre 3 m /seg., a 2.5 m/seg., en sifones largos con transiciones de concreto con o sin control en la entrada.Las pérdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo “Cubierta Partida”, se pueden calcular rápidamente con los valores 0-4 hv. A fin de evitar remansos aguas arriba, las pérdidas totales computadas se incrementan en 10%.
En el diseño de la transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifón, esté ligeramente debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es
conocida como sello de Agua y en el diseño se toma 1.5 veces la carga de velocidad del sifón ó 1.1 como mínimo o también 3”.En la salida la sumergencia no debe exceder al valor Hte/6. En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y mantenimiento.En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no sellarse ya sea que el sifón opere al flujo parcial o a flujo lleno con un coeficiente de fricción menor que el sumido en el diseño, por estas razón se recomienda usar n = 0.008 cuando se calculan las pérdidas de energía.
* Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireación en lugares donde el aire podría acumularse.* Con respeto a las pérdidas de cargas totales, se recomienda la condición de que éstas sean iguales o menores a 0.30 m.* Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gasto máximo de la creciente.* Se recomienda los anchos de corona de la Tabla 4.3 en el cruce de sifones o alcantarillas según el tipo de camino.
Tabla: Anchos de coronas según el tipo de camino
Cruce con Caminos de Tipo
Ancho del Camino en la Corona de la Alcantarilla o Sifón
Cruce Simple Cruce con Sobre Ancho
V1 (3m)
V2 (4m)V3 (6m)
4 m5.50 m
5.80 m
4.6. m6.6 m
8.0 m
4.9.- CÁLCULO DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE UN SIFÓN:
1.- Características Del Canal Principal:
Hidráulicas: Geometría:
Q = 1.50 m3/s B = 3.30m
Y = 0.987m b = 0.80m
A = 1.764m2 H = 1.25m
P = 3.592m Z = 1.00
R = 0.491m e = 0.075m
KM 3+600 KM 3+706
18.00 4.00 9.06 62.00 9.06 4.00 10.50
V = 0.85m/s
S = 0.0005
n = 0.016
2.- Tramo A Diseñar:
El tramo a diseñar y ser calculado empieza de la progresiva KM 03 + 624 hasta KM 03 + 700. la longitud de tramo será de 76.00m
PASO 1:
DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCION DEL SIFÓN
Asumimos velocidad de 2 m/s
A=Q/V=1.5/2=0.75 m2
Luego:
L2 =0.75 , L= 0.85 m
CALCULO DEL NUEVO AREA
A = 0.852 = 0.723 m2
VELOCIDAD DE DISEÑO (Vel. Sifón)
V =1.5/0.723 = 2.07 m/s , V2/(2g) = 2.072 = 0.218
2*9.81
PASO 2:
CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION
T1 = b +2YZ , 0.8+2*0.987*1 = 2.774 m
T2 = 0.85
LT = 2.774 –0.85 = 4.34 m
2*Tag(120 30´)
Tomamos :
LT =4.00 m.
PASO 3:
DETERMINACION DEL PUNTO DE INICIO
- Km. 3+618
- Km. 3+706
De la topografía del terreno optamos por un α = 250
PASO 4:
CALCULO DE LA COTA EN (1)
Del plano topográfico del Km 3 +600 tenemos la cota 236.95 m.s.n.m
Luego:
Cota en (1) = 236.95 –0.0005*18 = 236.941 m.s.n.m
PASO 5:
COTA DE FONDO EN (2)
0.987
236.941
237.928
1.5 hv
HTE
25°
1.5hV = 1.5 V2D - V2
C , 1.5 2.072 – 0.852 = 0.27
2g 2*9.81
the = L = 0.85 = 0.937
Cos 250 Cos 250
COTA (2) = 237.928 – 0.27 –0.937 = 236.711 m.s.n.m.
PASO 6:
COTA EN (3)
H = L*Sen 250
H = 10*Sen 250 = 4.23 m.
COTA EN (3) = COTA (2) - H = 236.711 – 4.23 = 236.481 m.s.n.m
PASO 7:
COTA EN (4)
COTA (4) = COTA (3) – 0.005*L
L =61m.
COTA (4) = 232.481 – 0.005*61 = 232.171 m.s.n.m.
PASO 8:
COTA DE FONDO EN (5)
H = 10*Sen 250 = 4.23 m.
COTA (5) = COTA (4) + H = 232.171+4.23 = 236.401 m.s.n.m
PASO 9:
DETERMINACIÓN DE P. DE SALIDA
PE : < 3/4*L = 3/4*(0.85) = 0.64
PS : < 1/2*L = 1/2*(0.85) = 0.43
COTA (6) = COTA (5) + PS = 236.401+0.43 = 236.831 m.s.n.m
PASO 10:
INCLINACIÓN DE LOS TUBOS DOBLADOS
A la entrada: 9.10 = 2.15
4.23
2.15: 1 es mas plano que 2:1 ---- OK
236.401P
A la salida: IDEN
PASO 11:
CARGA HIDRÁULICA DISPONIBLE
A la entrada: Cota (5)+ Tirante: 236.941+0.987 = 237.928 m.s.n.m.
A la salida : Cota (6)+ Tirante: 236.831+ 0.987 = 237.818 m.s.n.m
CARGA DISPONIBLE = 0.110
PASO 12:
CALCULO DE LAS PERDIDAS DE GARGA
A la entrada:
hff = f*R*V2D Donde : f = 0.025
L 2g R = 82
L = 0.85
hff = 0.025 *82 * 0218 = 0525
0.85
PERDIDA DE CARGA POR CODOS
hfc = 2* 0.25(25° )*2.072 = 0.057
90°
PERDIDA TOTAL
hFt = 1.10 ( 0.072+0.108+0.525+0.057) = 0838
PASO 13:
PERDIDA DE CARGA HIDRÁULICA DISPONIBLE
PCHD= CARGA DISPONIBLE – PERDIDAD TOTAL
PCHD = 0.110 – 0.838 = - 0. 728 Lo que significa que el diseño no funcionara ya que tendrá problemas hidráulicos.
NOTA: debido a los problemas hidráulicos que presenta el diseño ocasionados por las perdidas de carga, se opta por variar la cota 6 lo cual conlleva a modificar las cotas de la razante aguas debajo del sifón.
CONDICIÓN:
CARAGA DISPONIBLE > PERDIDA TOTAL
COTA 6 ≤ COTA 1 – PERDIDA TOTAL
COTA 6 ≤ 236.941 – 0.838
COTA 6 ≤ 236.103 m.s.n.m.
Optamos por :
Cota 6 = 236.098
NUEVA CARGA HIDRÁULICA DISPONIBLE
A LA ENTRADA = 237.928
A LA SALIDA = 236.098 + 0.987 = 237.085
CARGA DISPONIBLE = 837.98 – 237.085 = 0.895
NUEVA PERIDAD DE CARGA DISPONIBLE
PCHD = 0.895 – 0.838 = 0.057
La pérdida de carga disponible es mayor que cero lo que significa que no habrá problemas hidráulicos.
PASO 14
CALCULO DE LA SUMERGENCÍA A LA SALIDA
ALTURA DE SUMERGENCÍA = ( 0.897 + ( cota 1 – cota 2)) - HtE
= 0.897 + ( 236.941 – 236.711) – 0.937 = 0.19
ALTURA DISPONBLE:
HtE = 0.937 = 0.156 no cumple 6 6
PASO 15
LONGITUD DE PROTECCIÓN CON ENROCADO
LP = 3 L = 3 * 0.85 = 2.55 ≈ 2.50 mt.
a) SELECCIÓN DEL DIAMETRO DEL TUBO
Asumimos una velocidad de 1.5 m/seg
A = Q/V = 150 m3 /seg. / 1.50m/seg.A = 1.00 m2
Luego:D = 4 A/D = 4 *1/D =1.128m D =44” diámetro comercial D = 48”
CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL SIFÓN (velocidad de diseño)
V = Q/A = 150 m3 /seg. / (Π*1.21922/4)V = 1.28 m/seg.
b) CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIONT1 = b +2*y*zT1 = 0.8+2*0.987*1T1 = 2.774 m T2 = 1.2192
LT = T2 – T1 . 2* Tg 25°
LT = 2.774 -1.2192 2 * tg (25°)
LT = 1.67 m
Por condición Lt ≥ 4*DLt = 4*1.2192Lt = 4.88 mOptamos por :
LT = 5.00 m
/2 = arctg (2.774-1.2192)/2*50 = 8° 50’/2 = 8° 50’
i. NIVEL DE LA COTA EN 1Según la fiura del Km 3 +600 al punto 1 hay 17.0 m
Cota 1 = 236.95 -0.0005*17 = 236.94 msnm
ii. COTA DE FONDO EN 2
1.5hv = 1.5 ( V22 – V12)/2g1.5hv = 1.5 ( 1.282 – 0.852)/19.6 hv = 0.07 m
Hd = D/cos 20°Hd = 1.2192/cos 20°Hd = 1.297
Luego:Cota 2 = 237.927 -0.07 -1.297Cota 2 = 236.56 msnm
iii. COTA DE FONDO EN 3H = 236.56 – (234.21 -0.9-1.2192) =4.47mCota 3 = cota 2 –HCota 3 = 236.56 -4.47 = 232.09 msnm
iv. COTA DE FONDO EN 4Cota 4 = cota 3 – L *0.005Cota 4 = 232.09 -58*0.005 = 231.80 msnm
v. COTA DE FONDO EN 5 =20°sen 20° = h/14h = 4.78cota 5 = 231.80 – 4.78 = 236.58 msnm
vi. CALCULO DEL VALOR P EN LA SALIDA
Pe 3D/4
Pe =3 * 1.2192/4Pe = 0.9144 m
Ps D/2
Ps = 1.21.92/2Ps = 0.6096 mPor otro lado:
Cota 6 = 236.89 + 0.005*10.50Cota 6 = 236.895 msnm
P= cota 6 –cota 5P = 236.95 – 236.58 = 0.345
P < Ps ok!!
vii. INCLINACION DE LOS TUBOS DOBLADOS
A la entrada 12.28/4.47 = 2.752.75: 1 es más plano que 2:1 OK
A la salida 12.22/4.48 = 2.562.56: 1 es más plano que 2:1 OK
viii. CARGA HIDRAULICA DISPONIBLE
A la entrada cota 1 + tirante = 236.94 + 0.987 =237.927A la salida cota 6 + tirante = 23.895 +0.987 = 237.882Carga disponible = 0.045
ix. CALCULO DE LAS CARGAS DISPONIBLES
A la entradahf = 0.4 ( Vs2 – Vc2)/2ghv = 0.4 ( 1.282 – 0.852)/19.6 hv = 0.018 m
A la salidahf = 0.65 ( Vs2 – Vc2)/2g
hv = 0.65 ( 1.282 – 0.852)/19.6 hv = 0.030 m
Pérdida de carga por fricciónf L*V12/(D*2*g) = 0.145f = 0.025L = 85 mD = 1.2192
Pérdida de carga por codosPcd = 2* (0.25*(20°/90°) * 1.282/2*9.81) =0.019
Perdida total = 1.10 (0.018+0.030+0.145 +0.019) = 0.233
Pérdida de carga hidráulica disponible:
Pchd = 0.045 – 0.233 = -0.188
Lo que significa que el diseño tendrá problemas hidráulicos.
NOTA: en visto de ello se opto por variar la cota 6, para tener mas carga disponible; lo cual conlleva a variar las cotas de la rasante del canal aguas abajo del sifón.
Carga disponible > perdida total:
Cota 1 + tirante – (cota 6 + tirante) > 0.233Cota 1– cota 6 > 0.233
Como la cota 1 se mantiene constante:
Cota 1 – 0.2333 = cota 6 236.94 – 0.233 = cota 6Cota 6 = 236.707 obtenemos porCota 6 = 236.610 para mayor seguridad en el funcionamiento
Nueva Carga Hidráulica Disponible
a la entrada = 237.927a la salida = 236.610 +0.987 = 237.597carga disponible = 237.927 – 237.597 = 0.33
Pérdida de carga hidráulica disponible:
Pchd = 0.33-0.233 = 0.097 > 0 ok
Lo que significa que no habrá problema hidráulico
x. CALCULO DE LA SUMERGENCIA A LA SALIDA
Altura de sumergencia = (0.987 +(cota 1 – cota 2) –HD)Altura de sumergencia = (0.987 +(0.38) –1.297) = 0.07Altura permisibleHD/6 = 1.297/6 = 0.216 m
Altura de sumergencia < HD/6 OK
xi. LONGITUD DE PROTECCION CON ENROCADO
Lp = 3D = 9* 12192 = 3.65 = 3.70 m
4.10.- DISEÑO HIDRÁULICO DE ACUEDUCTOS
4.11.- GENERALIDADESVienen a ser la misma obra de arte, son generalmente proyectadas en el cruce de canales o cruce de canales con quebradas y pueden ser aéreos o enterrados cuando el cruce es por encima o por debajo de la quebrada o del otro canal, su diseño hidráulico se asemeja al de una alcantarilla que fluye a pelo libre. A veces se proyecta con una tapa en la parte superior y en este caso sirve también como pasarela o losa peatonal.
Los acueductos son obras de arte que tiene la función de superar depresiones que se encuentren en el terreno, formados normalmente por quebradas, ríos y cárcavas originadas por la erosión. Un acueducto, es virtualmente un puente que sostiene un canal de corta longitud, el cual contiene agua en movimiento.
Desde el punto de vista de la estructura civil, los acueductos pueden ser de dos tipos: Acueducto sobre una estructura de soporte (puente), y canal cuyas paredes y base forman parte estructural del puente.
Los materiales de construcción de los acueductos dependerán de las condiciones de estabilidad, definida normalmente por las dimensiones del canal y la longitud del acueducto, así como del análisis económico de las variantes consideradas.
El acueducto servirá entonces para vencer algún accidente topográfico y acortar la longitud del canal en el tramo considerado. Este puente-canal servirá así mismo para el paso de peatones, por lo que se deberá prever en la estructura estas formas de utilización. Eventualmente se dispondrá para el uso peatonal una cubierta superior o veredas laterales.
Esquemas un acueducto.- Es importante considerar también las necesidades de mantenimiento del acueducto, incorporando obras de limpieza y evacuación, como compuertas, que permitan aislar y desviar las aguas en una sección anterior al puente, principalmente en situaciones de emergencia. Por lo tanto, algunas obras de limpieza del canal podrán coincidir con las secciones indicadas.
5.0 5.012.28 5.80 12.22
236.94
237.927
232.09 231.80
236.10
236.61
237.597
Transiciones.- Entre las transiciones que con mayor frecuencia se presentan en canales de montaña se pueden mencionar a las caídas y las rápidas.
Estas estructuras pueden utilizarse en los casos de desniveles originados por las características topográficas. De igual modo las transiciones se aplican en entradas o salidas de estructuras específicas de un sistema hidráulico y alcantarillas en carreteras.
Algunos tipos de transiciones:
4.12.- Criterios de diseño:
1.- Estas obras constan de transición de entrada y transición de salida, siendo siempre rectangular la sección de la canoa.
2.- La energía de la canoa debe ser en lo posible igual a la energía del canal, para lo cual se trata de dar velocidad en la canoa igual a la del canal, despreciándose las pérdidas de carga en este caso, normalmente suele dársele a las transiciones, ángulos de 12°30’.
3.- La pendiente en la sección de la canoa, debe ajustarse lo más posible a la pendiente del canal a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo.
4.- Normalmente se aconseja diseñar considerando un tirante en la canoa igual al del canal, si el caso lo permite.
5.- La condición de flujo en la canoa debe ser subcrítico.
4.13.- DESARROLLO DE PROBLEMAS APLICADOS: (Calculo Del Diseño Hidráulico De Un Acueducto:1.-Características Del Canal Principal:
Hidráulicas: Geometría:
Q = 1.50 m3/s B = 3.30m
Y = 0.987m b = 0.80m
A = 1.764m2 H = 1.25m
P = 3.592m Z = 1.00
R = 0.491m e = 0.075m
V = 0.85m/s
S = 0.0005
n = 0.016
2.- Tramo A Diseñar:
El tramo a diseñar y ser calculado empieza de la progresiva KM 03 + 624 hasta KM 03 + 700. la longitud de tramo será de 76.00m.
3.- Cálculo Del Acueducto:
3.1.- Cálculo de la sección del flujo en el acueducto:
V = 1.00m/s; Q = 1.50m3/s
A = Q / V A = 1.50 / 1.00 = 1.50m2
A = b*y b (asumido) = 1.20m = y = 1.25m
3.2.- Cálculo del tipo de flujo en el acueducto:
-Caudal unitario (q): q = Q / b
q = 1.50 /1.20 = 1.25m3/s/m
-Tirante critico (Yc) Yc = 3 q2/g
Yc = 3 1.252 / 9.8 = 0.54m
-Velocidad critica (Vc) V = Q / Ac ; Ac = b*Yc
V = 1.50 / 0.65 = 2.31m/s
Si Yc < Yn y Vc > Vn tipo de flujo subcrítico
3.3.- Cálculo De La Longitud De Transición:
Lt = (T1 – T2) / 2tg 12° 31’
T1 = 2.77m ; T2 = 1.20m
Lt = (2.77 – 1.20) / 2tg 12° 31’ = 3.54m Lt = 4.00m
-Nueva progresiva (KM)
Progresiva inicial = KM 03 + 620
Pogresiva final = KM 03 + 704
3.4.- Cálculo del dimensionamiento longitudinal del Acueducto:
Determinación de cotas:Cota inicial = 238.51 en la progresiva KM 03 + 620
Cota final asumida = 238.41 en la progresiva Km. 03 + 624 (cota de inicio del acueducto).
3.5.- Análisis Hidráulico
Según Bernoulli
3.6.- Balance De Energía Entre 1 Y 2
E1 = E2 + perdidas de carga
E1 = Cf1 + y1 + V12/2g
E1 = 238.51 + 0.987 + 0.852/19.6 E1 = 239.53
Perdida de carga = 0.20*(V22 – V12)/2g
Pc = 0.20*(V22 – 0.007)
E2 = Cf2 + y2 + V22/2g = 238.41 + y2 + V22/2g
Reemplazando en Bernoulli
239.93 = 238.41 + y2 + V22/2g + 0.20*(V22 – 0.007)
1.127 = y2 + 1.502/1.2*y22*19.6
Por tanteos:
y2 = 1.038m
A2 = 1.20*1.038 = 1.25m2
V2 = 1.50 / 1.25 = 1.20m/s
E2 = 239.521
3.7.- Determinación de la pendiente del acueducto (S)
S = (Vn/R2/3 )2
S = (1.20*0.016/0.3822/3)2 = 0.0013
A2 =1.25
P2 = 3.276
R2 = 0.382
S = 0.0013
3.8.- Cota de la plantilla en 3:
Cf3 = Cf2 – S*L
Cf3 = 238.41 – 0.0013*76
Cf3 = 238.311
3.9.- Balance de energía entre 2 y 3:
E2 = E3 + perdidas por fricción
E2 = 239.521
E3 = Cf3 + y3 + V32/2g
E3 = 238.311 + y3 + V32/2g
pf = 0.0013*76 = 0.0988
239.521 = 238.311 + y3 + V32/2g + 0.0988
Y1 Y2 Y3 Y4
1 32 4
1.1112 = y3 + V32/2g
Resolviendo por tanteo
A3 = 1.25m2
V3 = 1.20m/s
Y3 = 1.038m
E = 239.521
3.10.- Balance de energía entre 3 Y 4:
E3 = E4 + perdidas por transición de salida
E3 = 239.521
E4 = Cf4 + y4 + V42/2g
Cf4 = E4 - y4 - V42/2g
= 239.521 – 0.036 – 0.987
Cf4 = 238.498
Perdida total
Ptotal1-4 = 238.31 – 238.498 = 0.012
3.11.- Cálculo de la cota de rasante de la siguiente progresiva:
Progresiva de salida KM 03 +704 hasta Km. 03 +720 existe 16m
Entonces la cota será de 238.498 con una pendiente de S = 0.0005.
4.14.- SALTOS DE AGUA: CAÍDAS Y RÁPIDAS
Las caídas y rápidas son estructuras que se usan para unir dos tramos de canal que están a diferente nivel topográfico. Se denomina caída inclinada cuando la caída en el gradiente de energía en una estructura no es mayor de 4.50m. Cuando la caída en el gradiente de energía que tiene que ser disipada por la estructura es mayor de 4.50m la estructura se denomina rápida. Las rápidas pueden tener secciones rectangulares o trapezoidales de acuerdo con las condiciones del terreno a lo largo de su localización. Las caídas y rápidas son estructuras disipadoras de energía que se construyen en lugares donde la topografía lo exige.
A.- CAÍDAS
Usadas para regular la velocidad del agua, bajando bruscamente al nivel de la plantilla del canal. De acuerdo con la magnitud de la estructura, la caída se construye de concreto reforzado, bloques de concreto, mampostería y madera resistente a la putrefacción con altura mayor de 4m.
A.1.- Genera1idades.
Son obras proyectadas en canales o zanjas, para salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo, Gómez Navarro, hace una diferenciación de estas obras y conviene en llamar las caídas cuando los desniveles son iguales o menores a 4 m., estas a su vez pueden ser verticales o inclinadas.
Para desniveles mayores a 4.0 m. la estructura toma el nombre de rápida y en estos casos es conveniente un estudio económico entre la rápida o una serie de caídas que Domínguez, denomina gradas.
En el presente ítem, se estudia el diseño hidráulico de caídas verticales e inclinadas, rápidas y gradas, no se trata el caso de caídas entubadas puesto que su diseño se basa en los mismos principios que los sifones.
A.2.- Caídas verticales
A.2.1.- Criterios de Diseño hidráulico
1.- Son construyen caídas verticales, cuando se necesita salvar un desnivel de 1 m como máximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.
2.- El SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores a 300 L/seg. x m de ancho, siempre se debe construir caídas inclinadas, además manifiesta que la ejecución de estas obras debe limitarse a caídas y caudales, pequeños, principalmente en canales secundarios construidos en mampostería de piedra donde no se necesita i obras de sostenimiento ni drenaje.
3.- Cuando el desnivel es ≤: 0.30 m y el caudal ≤ 300 L/seg.x m de ancho de canal, no es necesario poza de disipación.
4.- El caudal vertiente en el borde superior .de la caída se calcula con la formula para caudal unitario "q":
q =1.48 H 3/2
Siendo el caudal total;
Q = 2 µ B 2g Lh3/2
3B = ancho de caída
5.- La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.
6.- Por debajo de la lámina vertiente en la caída se produce un depósito de agua de altura Yp que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo.
7.- Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cámara indicada en la Fig., el cual se debe reemplazar .para evitar la cavitación o resonancias sobre toda la estructura.
8.- Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes:
a) Contracción lateral completa en cresta vertiente, disponiéndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lámina vertiente.
b) Agujeros de ventilación, cuya capacidad de suministro de aire en m3/sxm.de ancho de cresta de la caída.
A.2.2.- 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 a bajo, a tal punto que puede considerarse independiente del salto.
A.3.- Caídas Inclinadas.
A.3.1.- Generalidades
Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad del flujo en la" caída siempre mayor que la- del propio canal, causando serios; daños. por erosión si no se pone un revestimiento apropiado; mediante el análisis hidráulico se verifican los fenómenos del flujo, que a su vez serán el fundamento para la determinación de la clase de revestimiento y de su extensión.
Una caída inclinada se divide desde arriba hacia abajo en las siguientes partes:
- Transición de entrada con sección de control
- Caída propiamente dicha
- Colchón
- Transición de salida.
En algunos casos la caída propiamente dicha y el colchón, pueden ser de sección rectangular o trapezoidal, la selección depende de las condiciones locales y en todo caso del criterio del diseñador.
Sección de Control
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 en 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.
A.3.2.- Criterios de Diseño en Caídas Inclinadas: Sección rectangular
1.- La rampa inclinada en sentido longitudinal de la caída en sí se recomienda en un valor de 1.5:1 a 2:1, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material confinado.
2.- El ancho de la caída B es igual a;
B = Q/q
Donde:
q = .171 H2/3
Q =valor conocido =Q = 2 µB 2g H3/2
3µ = 0.58 (valor promedio aceptado en este caso)
Finalmente el valor B, debe ser tal que, al pie de la caída el Número de Froude nos permita seleccionar la poza de disipación que más se ajuste a nuestro criterio.
3.- Es muy importante tener en cuenta la supresión, por lo que se recomienda seguir las indicaciones para calcular el número de lloradores.
4.- Estructuralmente la caída estará dispuesta con las precauciones del caso, para evitar su falla por deslizamiento.
RÁPIDASSon canales abiertos, pavimentados o revestidos, en los que el agua corre con gran velocidad. Pueden establecerse como secciones de canal de poca longitud en tramos e mucha pendiente.
4.15. EL AFORADOR PARSHALL
Es una estructura que sirve para medir caudales en un rango muy amplio. Debido a que la velocidad del agua es muy grande en la estructura no se deposita sedimentos y la precisión del aforo queda dentro del 5% de error. El medidor consta de las siguientes partes:
- Entrada- Garganta- Salida
Entre las principales ventajas como estructuras de aforo podemos mencionar:
- Su diseño es simple y su construcción suele resultar económica si se ubica en lugares que deben revestirse o si se combina con caídas, sifones, etc.
- No se produce el problema de arenamiento en la estructura, ni aguas arriba ni aguas abajo de ella, conservando siempre su misma precisión.
- La labor de conservación es casi nula y su fácil lectura permite un control a nivel de usuario y sectorista de riego, sin mayor experiencia.
- Hidráulicamente funciona bien por su baja pérdida de carga con relación a otros tipos de medidores.
AFORADOR PARSHALL
El aforador Parshall es un aparato calibrado para medir el agua en los canales abiertos. Es de forma abierta tiene una sección convergente, una garganta, y una sección divergente. Este tipo de aforador ofrece varias ventajas tales como:
1. Perdida de carga menores. 2. No influye la velocidad con que el agua aproxima la estructura3. Tiene la capacidad a medir tanto con flujo libre como moderadamente sumergido.4. El agua tiene velocidad suficiente para limpiar los sedimentos.5. Opera en un rango amplio de flujos.
También el aparato tiene unas desventajas que son:
6. Más caros debido a la fabricación requerida 7. La fabricación e instalación es crítica para que funcionen como se debe.
Los aforadores se clasifican en forma general según el ancho de la garganta como sigue:
Tamaño Ancho de la garganta Capacidad
Muy pequeño 1, 2, y 3 pulgadas .9 a 32 lps Pequeño 6 pulgadas a 8 pies 1.5 lps a 3.95 m3/segGrande 10 a 50 pies .16 a 93 m/seg
Los tamaños pequeños pueden ser portátiles y fabricados de hierro, lámina galvanizada, fibra de vidrio, o madera para instalaciones permanentes y para los tamaños grandes, concreto es el material más común.
Las dimensiones de los aforadores Parshall se determinan según el ancho de la garganta, W. La tabla 5.1 da las dimensiones que corresponden a la figura 5.8.
Tabla5.1. Dimensiones de los aforados Parshall en milímetros
W A B C D E F G K N X Y
1´´ 25.4 mm 242 356 93 167 229 76 203 19 29 8 132´´ 50.8 276 406 135 214 254 114 254 22 43 16 253´´ 76.8 311 457 178 259 457 152 305 25 57 25 386´´ 152.4 414 610 394 397 610 305 610 76 114 51 769´´ 228.6 587 864 381 575 762 305 457 76 114 51 761´ 304.8 914 1343 610 845 914 610 941 76 229 51 761´-6´´ 457.2 965 1419 762 1026 914 610 941 76 229 51 762´ 609.6 1016 1495 914 1206 914 610 941 76 229 51 763´ 914.4 1118 1645 1219 1572 914 610 941 76 229 51 764´ 1219.2 1219 1794 1524 1937 914 610 941 76 229 51 765´ 1524.0 1321 1943 1829 2302 914 610 941 76 229 51 766´ 1828.8 >1422 2092 2134 2667 914 610 941 76 229 51 <767´ 2133.6 1524 2242 2438 3032 914 610 941 76 229 51 768´ 2438.4 1626 2391 2743 3397 914 610 941 76 229 51 76
Los aforadores deben ser construidos cuidadosamente según las dimensiones de la tabla. La instalación y nivelación, tanto longitudinal como transversal, también es importantes. En el caso que el aforador nunca opera a más del límite de sumergencia de 0.6 no es necesario construir la sección divergente aguas abajo de la garganta.
La ecuación para el caudal bajo condiciones de flujo libre (no sumergido) es de la forma:
Q =KHna (5.8)
Donde:
Q = caudal en m3 /seg.
K = Carga medida aguas arriba de la garganta en metros
n = exponente que varia de 1.52 a 1.60
K = factor que depende del ancho de la garganta
A continuación se dan los valores de K y n para gargantas de 1 pulgada hasta 8 pies.
Tabla5.2. Valores de los parámetros en aforadores Parshall
Ancho de la garganta, W K n1'' 0.0604 1.552'' 0.1207 1.553'' 0.1771 1.556'' 0.3812 1.589'' 0.5354 1.531' 0.6909 1.5221.5' 1.056 1.5382' 1.428 1.5503' 2.184 1.5664' 2.953 1.5785' 3.732 1.5876' 4.519 1.5957' 5.312 1.6018' 6.112 1.607
La sumergencia del aforador calculada por Hb /Ha, cuando esta es mayor que 0.5 para los tamaños de garganta de 1 hasta 3 pulgadas, el flujo se considera sumergido y hay que hacer una corrección a los caudales dados por
la formula. El límite de sumergencia para las gargantas de 6 y 9 pulgadas es 0.60 y para 1 hasta 8 pies el límite es 0.70. Cuando la sumergencia sea mayor que estos limites, el caudal dado por la fórmula tiene que reducirse de la siguiente manera;
QS = Q-QE (5.9)
Las siguientes figuras dan las correcciones, QE para los aforadores de 1 pulgada hasta < >1 pie. La corrección de < >1 pie de garganta se aplica a los de hasta 8 pies de garganta, multiplicando el QE por los siguientes factores:
Tabla 5.3. Factores de corrección por sumergencia
Ancho de la garganta (ft) Factor1 11.5 1.42 1.83 2.44 3.15 3.76 4.37 4.98 5.4
Como ejemplo, supongamos que tenemos un aforador con una garganta de 2 pies; Ha=50cm y Hb = 40 cm.
¿Cuál seria el caudal bajo estas condiciones?
que es mayor que el limite de 0.7 para este tamaño de aforador, y hay que hacer la corrección para sumergencia:
De la figura QE, para 80% de sumergencia y Ha = 0.5 es 0.024. Multiplicado este por el factor de 1.8 para aforador de 2 pies nos da:
QE= 1.8*0.024 =0.04 y el caudal correcto es:
QS = Q – QE = 1.78 – 0.04 = 1.74 m3/seg.
Figura 5.9. Corrección para descarga sumergida aforador Parshall de 2”
Figura 5.10. Corrección para descarga sumergida. Aforador Parshall de 3”
Figura 5.11.Corrección para descarga sumergida. Aforador Parshall de 6”
Figura 5.12. Corrección para descarga sumergida. Aforador Parshall de 9”
Figura 5.13. Corrección para descarga sumergida. Aforador Parshall 1”
Por lo general, el aforador debe ser instalado cerca al punto de diversión o cerca de la compuerta de control. Debe estar en un tramo recto del canal a una distancia de la compuerta donde no hay turbulencia. Después es necesario escoger el ancho de la garganta y establecer la elevación indicada para la cresta.
Como un ejemplo, se considera un caudal de 0-57 m3 /seg. En un canal con tirante de 75 cm. El limite de sumergencia es 0.70 para que se pueda usar una sola medida, Ha, para determinar el caudal. Para economía, puede escoger la garganta más estrecha, pero también debe considerar el efecto sobre el flujo, el aumento en profundidad aguas arriba y el costo de levantar mas los bordes del canal. Para el ejemplo, considerar dos alternativas, uno de 3 pies y uno de 4 pies de garganta. Según las formulas, el Ha requerido para una garganta de 4 pies es 0.353 m y para la garganta de 3 pies, es < 0.426 m" >0.426 m.
Para el aforador de 4' el Hb para 70% sumergencia es 0.7 X 0.353 = 0.247 m y el tirante aguas abajo de aforador será igual al tirante antes de instalar el aforador o sea < 75 cm" >75 cm. En la figura este es la dimensión D. Restando el valor de Hb, 0.247 de 0.75 se obtiene el valor de X = 0.503. Este es la elevación de la cresta arriba del fondo del canal. Bajo estas condiciones la pérdida de carga es 0.12 m (ver figura de las perdidas de carga). Entonces el tirante aguas arriba del Parshall será 0.75 +0.12 - 0.87m.
Para el aforador de 3', el Hb para 70% sumergencia es 0.70 X 0.424 = 0.297. El valor de X, o sea la elevación de la cresta arriba del fondo seria 0.453 mm y la pérdida de carga es 0.15 m. El tirante aguas arriba seria = 0.90 m, o sea la superficie del agua en el canal sería 15 cm más alto que el original, comparado con 12 cm. más alto en el caso de instalar un aforador de 4'. Desde el punto de vista económico, seria preferido escoger el de 3' de
ancho, una vez que el borde libre del canal lo permite. El ancho del canal también puede influir la decisión. Cono regla general, el ancho de la garganta varia de 1/3 a 1-2 del ancho del canal.
Figura 5.14. Sección de un aforador Parshall y la determinación de la elevación de la cresta
Figura 5.15. Pérdida de carga a través de los aforadores Parshall
La canaleta Parshall está constituida por tres partes fundamentales que son: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes, el fondo es inclinado con pendiente ascendente 4:1
La garganta esta formada por dos paredes verticales paralelas, el fondo es inclinado con una pendiente descendente 2,67:1. la distancia de la sección de la garganta determina el tamaño del medidor y se designa por w.
La salida está formada por dos paredes verticales divergentes y el fondo es ligeramente inclinado con una pendiente ascendente de 17,9:1
En la canaleta parshall se pueden presentar dos tipos de flujo. Un flujo a descarga libre para lo cual es solo necesario medir la carga Ha para determinar el caudal; un flujo en que se presenta la sumersión o ahogamiento para el cual se toman las cargas Ha y Hb.
CONCLUSIONES
- Cada vez que se quiera realizar un diseño de ingeniería de presas y tranques se debe tener presente muchos aspectos, como por ejemplo: selección de sitios y estudios de factibilidad, investigaciones geotécnicas y de terreno, diseño de detalle, gestión de contratos y manejo de proyectos.
- A pesar de que el alcance de un diseño de ingeniería es específico al sitio, incluye un conjunto de conocimientos especializados técnicos
- El diseño de tanques de relaves se realiza generalmente en la etapa de evaluación de un proyecto para determinar la viabilidad de una prospección de mineral. A nivel de pre-factibilidad, el objetivo generalmente consiste en descubrir los posibles fallas fatales. A nivel de factibilidad del proyecto, se requiere una evaluación más detallada para obtener información más precisa que permita la estimación de los costos para efectos del financiamiento del proyecto. El diseño de ingeniería final es el nivel final requerido para efectos de la tramitación de los permisos para un proyecto y finalmente la construcción. El diseño de apoyo a la obtención de permisos requiere la realización de un considerable trabajo de ingeniería suficiente para la revisión en el contexto de las normas legales, autoridades de revisión de permisos y grupos de interés especiales. Además de una gran cantidad de requisitos para la obtención de permisos ambientales, esto suele incluir detallados planos del diseño y especificaciones de construcción. También es frecuente que se requiera ingeniería de diseño durante las operaciones o con posterioridad al abandono para hacer ajustes de acuerdo con los cambios implementados o para resolver los problemas planteados por condiciones no previstas que pueden surgir a pesar del más alto nivel de diseño original.
En el diseño de las obras de arte, la información topográfica se constituye en un elemento de capital importancia, para lo cual se recomienda efectuar los levantamientos con plancheta a escala 1:100 o 1:200, dependiendo la escala de las dimensiones de la obra.
RECOMENDACIONES.
- Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales- El Aforador Parshall debe ser instalado cerca al punto de diversión o cerca de la compuerta de control. Debe estar en un tramo recto del canal a una distancia de la compuerta donde no hay turbulencia.
- Se recomienda prestar mayor atención a la conservación y mantenimiento de todas las estructuras hidráulicas
dentro de los sistemas de riego dentro de la región inclusive las obras de arte.
BIBLIOGRAFÍA.
* PALACIOS VELEZ Distritos de riego.* VEN TE CHOW Hidráulica de canales abiertos.* CONCYTEC Manual de diseño de estructuras
Hidráulicas y obras de arte. * APUNTES DE CLASE
INDICE
PÁG.
INTRODUCCIÓN. 01
4.01.- Diseño Hidráulico de Transiciones. 02
4.02.- Desarrollo de problemas aplicados. 03
4.03.- Diseño Hidráulico de Aliviaderos Laterales. 04
4.04.- Criterios de Diseño. 04
4.05.- Desarrollo de problemas aplicados. 05
4.06.- Diseño Hidráulico de Sifones. 06
4.07.- Generalidades. 06
4.08.- Criterios de Diseño. 08
4.09.- Desarrollo de problemas Aplicados. 09
4.10.- Diseño Hidráulico de Acueductos. 19
4.11.- Generalidades. 19
4.12.- Criterios de Diseño. 21
4.13.- Desarrollo de problemas aplicados. 21
4.14 Saltos de agua, caídas y rápidas. 24
4.15.- El Aforador Parshall. 27
4.16.- Uso y ventajas. 27
4.17.- Funcionamiento Hidráulico. 30
4.18.- Criterios para la elección del tamaño más adecuado del Parshall. 34
CONCLUSIONES 36
RECOMENDACIONES 36
ANEXO
ACUEDUCTO TIPO PUENTE
VISTA EN CORTE DE UN SIFÓN DURANTE EL RIEGO
CANAL DE RIEGO CON UN ALIVIADERO DE DEMASÍAS
ALIVIADERO DE DEMASÍAS
OBRA DE TRANSICIÓN
OBRAS PARA REDUCIR AL VELOCIDAD DEL AGUA
CAÍDA VERTICALES
SALTOS DE AGUA: CAÍDA
