UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: IRRIGACIONES Y OBRAS HIDRULICASTRANSICIONES Y CAIDAS 2

Presentado por:Ing. Ernesto Ramrez

C A I D A S Son estructuras que sirven para disminuir el nivel del flujo de agua, permite disminuir la pendiente del canal para evitar excesivos rellenos y una disipacin controlada de la energa, se emplean cuando hay desniveles bruscos.

Cuando el desnivel es menor o igual a 4.5 m. se puede usar cadas, pero cuando el desnivel es mayor a 4.5 m. se recomienda usar rpidas.

Para proyectar una cada se evala su ubicacin con la condicin de compensar reas de corte y rellenos.

CRITERIOS DE DISEO : Las cadas de hasta 1 m. se recomienda que sean verticales Las cadas tienen una altura mxima de 4.5 m. Cuando las cadas tienen menos de 1 m. , no requieren de obstculos en la poza amortiguadora La distancia entre cadas deben ser como mnimo 100 m. Las cadas deben ubicarse en tramos rectos El diseo hidrulico es prioritario para pasar al diseo estructural La poza amortiguadora por lo general es de forma rectangular

CAIDA VERTICAL Tiene una altura mxima de 1 m. y no se necesita dados amortiguadores. La longitud de una cada vertical es menor al de una cada inclinada.

Una cada vertical consta de las siguientes partes: Transicin de entrada ( cerca de la cada se presenta el tirante crtico ) La cada libre La poza amortiguadora Transicin de salida

Poza amortiguadora

Yb = 0.75 Yc Yc = 3 q2 q = Qg b

Z 1

Y

Z Yc

= 0.54 ( ) 1.275 Y1 = ( ) 275.0275.1

54.0Z

Yc

Z 2

Y

= 1.66 ( Z Yc ) 0.81 Y2 = 1.66 ( ) 81.019.0 YcZ

Z DL

Z Yc

= 4.30 ( ) 0.81 LD = 4.30 ( ) 81.019.0 YcZLj = 6.9 ( Y2 Y1 ) YP = ( Z )0.34 Yc 0.66

En la cmara de aire se produce vaco lo cual produce succin afectando a laestructura, se soluciona mediante agujeros en las paredes laterales para instalartubos de PVC se ensancha la poza en unos 20 cms.

El caudal que se vierte por el borde superior de la cada se calcula con :

32 g2Q = u b H3/2 ( m3/s )

u = 0.50 para una cada verticalb = Q/q ancho de la cada q = 1.48 H3/2 ( m3/sxm )CALCULO HIDRAULICO:Se toma energa entre A y B, la energa en A es conocida

Z es dato, Y se calcula con la ecuacin de Manning, la velocidad con V = Q/bY2V

gV2

2

+ Y + Z = Y1 + gV2

21

022

22

2

21

31

2

2

2

21

1

21

21

2

221

2

=+

==

+=

==

++=

aHYY

gq

gbQ

a

YaYH

Ya

YgbQ

gV

gVYZH

Se resuelve la ecuacin anterior para calcular Y1para enseguida calcular la profundidadconjugada Y2

21Y 2

181 F+Y2 = (

- 1 ) Se compara la energa en A con la energa en C :

Zg

V2

2HA = + Y +

HB = Y1 + gV2

12

HC = Y2 + gV2

22

Se debe cumplir que : HA > HB > HC < HD

Si la energa en C es mayor que en Dentonces el resalto hidrulico no se hadisipado totalmente y el efecto setraslada hacia aguas abajo en el canal,esta situacin se solucionaprofundizando la poza, es deciraumentando Z hasta que H < H

DC

C

HHHHHH

>

aumentando Z hasta que HC < HD

CRITERIOS FINALES:

a)Para canales revestidos, si el desnivel es menor a 30 cms y el caudal unitario qes menor o igual a 300 lt/s x metro de ancho de canal, entonces no es necesario elcolchn amortiguador.

b)Para evitar cavitacin o resonancia sobre la estructura, se recomienda colocaragujeros de ventilacin contracciones laterales de 10 a 20 cms. para lacirculacin de aire.

P) Las condiciones de un canal rectangular son: Q = 1.5 m/s b = 1.10 S = 7.8/1000 n = 0.017 Cota en A = 120.5 msnm. Disear una cada vertical para Z = 0.66mSolucin:

smVmY 26329.26025.0 ==Tirante normal aguas arriba : Se calcula con Manning:

Tirante critico:

( )mY

sxm

m

bQq

gqY

C

C

5744.081.92230

2230

1.15.1

2

32

3

==

====

( )

( )( )

mYYY

xa

xH

gVY

gVYZ

28.000947759.052358.1

0947759.01.181.92

5.1

52358.181.92

26329.26025.066.0

22

1

21

31

2

2

2

2

1

2

=

=+

==

=++=

+=++Energa entre A y B :

Tirante conjugado:

[ ]

( ) mYxgY

VFs

mx

V

FYY

032.119385.281228.0

938.228.081.9

87.487.428.01.1

5.1

1812

22

1

111

121

2

=

+=

=====

+=

=

Umbral de la poza :

NuevomZ

Ym

Y C

:

40.0

287.02574.0

217.0

62

===

( )

( )

sm

xVmY

Yx

F

sm

xVmYsolviendo

YY

mx

Hcalculando

m

9536.0143.11.1

5.1143.1

17.381224.07.3

24.081.96818.5

6818.524.01.1

5.124.0:Re

009478.09235.1

9235.181.92

263.26025.006.1:Re

06.140.066.0

22

221

11

21

31

2

===

+===

===

=+

=++=

=+=

Comparacin de energas : Nivel de referencia, lnea BC

( )

( )C m

xgVYH

mg

VYH

mg

VYZH

=+=+=

=+==

=++

+

=

1894.181.92

9536.0143.12

885.181.9.2

6818.524.02

9235.12

222

2

221

1

2

( )

DC

C

D

C

HHHHHH

mxg

VYZH

mxg

YH

>

=++=++=

=+=+=

2636.181.92

263.26025.04.02

1894.181.92

143.12

22

2

Longitud de la poza amortiguadora:

( )( )

( ) ( )( ) ( )

( )mLplazaladeimalongitudesmLj

mLmL

mY

mY

j

D

6mn58.558.5262.0071.19.6

77.25744.006.130.4071.15744.006.166.1

262.006.1

5744.054.0

81.019.0

81.019.02

275.1

275.01

=

==

==

==

==

mLplazaladeimalongitudesmLj T 6mn58.5 =

PREGUNTASPREGUNTAS