Procedimiento de cálculo

Los datos que se deben conocer son: el caudal (Q), la elevación aguas arriba de la caída (ElA), la elevación aguas abajo de la caída (ElD), la geometría y

propiedades hidráulicas del canal.

Los pasos para la resolución son los siguientes: Datos del canal:

1. Tipo de canal, se debe conocer el tipo de revestimiento del canal.

2. Determinación del tipo de transición a ser utilizado aguas arriba de la estructura de caída y de la protección necesaria si el canal es de tierra.

3. Determinación de las propiedades hidráulicas del canal, tirante normal (dn), velocidad (V), altura de velocidad (hvC).

4. Determinación del tipo de estructura a realizar.

5. Determinación del nivel de la superficie de agua, aguas arriba de la caída (punto A).

NSAA = ElA + dn

6. Determinación de la altura de energía aguas arriba de la caída (punto A). EA = NSAA + hvA

7. Determinación de la elevación del borde del canal.

8. Determinación del nivel de la superficie de agua, aguas abajo de la caída (punto D).

NSAD = ElD + dn

9. Determinación de la altura de energía aguas abajo de la caída (punto D). ED = NSAD + hvD

Determinación de las dimensiones de la estructura de entrada:

11. Determinación del ancho de base de la caída y de la estructura de entrada. 91 , 9 ) seg / ³ m ( Q ) seg / ³ m ( Q 46 , 18 ) m ( b + ⋅ =

Las dimensiones estándar se obtienen de la tabla 2 y 3 del anexo, en función del caudal. Estas dimensiones son: ancho de base de la caída (b), longitud de la estructura de control (Lo), altura de las paredes de la estructura de control (Ho), altura de las paredes a la entrada de la caída (HF), muro de ala a la entrada de

la caída (a).

12. Si se utiliza a la entrada una estructura de control, se procederá como se explica a continuación.

Un control es una estructura constituída por una caja de hormigón con una ranura en forma trapezoidal ubicada aguas arriba. Esta estructura se exige para minimizar la erosión en el canal para flujos que van desde el caudal de diseño al 20% de este.

Se determina la altura de energía para el caudal de diseño (E1=dn+hv) y la altura de energía para el 20% del caudal de diseño

(E2=d20%+hv20%).

Para determinar el tipo de control adecuado, se utiliza el grafico 21 del anexo, se selecciona la figura que tiene el valor de P más pequeño que abarca el rango lleno de descarga del caudal de diseño y del 20% de dicho caudal. Luego se entra al grafico con el valor de la energía (E1), se mueve

verticalmente hasta la intersección con la línea horizontal correspondiente al caudal de diseño y se lee el valor de S de la curva que esté ubicada a la derecha del punto. Posteriormente se verifica de la misma manera (se entra al gráfico con el valor de la energía, E2, se mueve verticalmente hasta la

intersección con la línea horizontal correspondiente al caudal del 20% del de diseño y se lee el valor de S de la curva que está ubicada a la derecha del punto) para ver si la misma curva controlará al 20% del caudal de diseño. Si la curva de pendiente (S) no es la misma para los dos rangos de caudales, se vuelve a repetir el procedimiento expuesto para los próximos valores mayores de P hasta que se verifica que la misma curva controla los dos rangos de caudales. Una vez que esto sucede se obtiene de la figura correspondiente los siguientes valores:

Ancho de base de la ranura de control (P). Pendiente de la ranura de control (S). Altura de la muesca del control (T): T ≥ dn. Ancho de boca del control (N): N = P + 2·S·T (U. S. Bureau of Reclamation, 1978)

Luego se verifica la altura de las paredes de la estructura de control: Ho>T. Altura de las paredes a la entrada a la caída: HF = Ho + 0,45m.

Ancho de base mínimo de la estructura de control: bmín = N + 2·0,075m (se adopta el mayor valor de b calculado).

Determinación de la elevación de la muesca:

Elevación de muesca = Elevación A + T Determinación de la elevación del piso del control (punto B):

Elevación de B = Elevación de la muesca – Ho.

13. Si se utiliza a la entrada una estructura de inspección (check), el

procedimiento para determinar sus dimensiones es el siguiente.

Una inspección es una estructura tipo caja, cuyo ingreso esta constituído por una abertura prevista para la instalación de una compuerta o barreras.

Determinación de la altura máxima de las paredes: Altura máx = NSAA

Determinación de la elevación del piso del chequeo (punto B): Elevación de B = NSAA – Ho (mínimo)< Elevación A.

Determinación de las dimensiones de la compuerta: el tamaño de la compuerta, la altura del marco y el número de plataformas se obtienen de la tabla 2 (anexo), en función del caudal de diseño.

Diseño hidráulico de la estructura de disipación.

14. Determinación de la mínima energía en el punto D (E’D).

El mínimo gradiente de energía aguas abajo se calcula mediante el uso de un valor de n reducido (n’). Esta reducción debe ser del 80% del valor de n de Manning asumido para el diseño del canal. Esta reducción se realiza como factor de seguridad por si el nivel de agua en el canal es inferior al indicado por el valor de rugosidad n.

Con n’=80%·n se calcula mediante la fórmula de Maning, el tirante normal (dn’), la velocidad (V’) y la altura de velocidad (hv’).

E’D = Elevación D + dn’ + hv’ 15. Determinación del desnivel.

Desnivel (H): H = EA – E’D.

De las tablas 2 y 3 del anexo, se obtienen en función del caudal y el desnivel, las dimensiones de la caída rectangular inclinada y de la pileta de aquietamiento.

Longitud de la estructura de entrada a la caída (LF).

Longitud desde el inicio de la estructura de disipación hasta la primera hilera de bloques (LB).

Longitud de la estructura de disipación (Lp).

Altura de las paredes de la estructura de disipación (Hp). (d2 + hv2).

Altura de los bloques (h). Longitud del bloque (1,25·h). Ancho del bloque = 0,20 m.

Espesor de las paredes de la estructura de disipación (t). Espesor de la losa de la estructura de disipación (t’). Longitud a la salida de la estructura de disipación (LT).

Distancia del primer bloque a las paredes (d).

Ancho de base a la salida de la estructura de disipación (bT).

Número de drenes. Armadura transversal.

Armadura longitudinal en la losa. Armadura longitudinal en las paredes.

16. Elevación al inicio y final de la estructura de disipación (punto C). Elevación C = Elevación D – (d2+hv2)

17. Determinación del tipo de transición a ser utilizado aguas abajo de la estructura de disipación y de la protección necesaria.