Contenido
1. Introducción... 3
2. Formulario de Disipadores ... 3
2.1. Formulas Complementarias ... 3
2.1.1. Tirante Conjugado Aguas Abajo ... 3
2.1.2. Número de Froude ... 3
2.1.3. Relación Entre Tirantes ... 3
2.1.4. Criterios de Número de Froude ... 3
2.1.5. Características de Resaltos ... 4
3. Diagramas de Calculo ... 6
3.1. Criterio Decisivo... 6
3.2. Colchones Hidráulicos ... 7
3.3. Estanques Amortiguadores de la USBR ... 9
3.3.1. Tipo I... 9
3.3.2. Tipo II ... 10
3.3.3. Tipo III ... 12
3.3.4. Tipo IV ... 13
3.3.5. Colchón Hidráulico SAF ... 14
3.3.6. Salto de SKY ... 15
4. Analisis Comparativo ... 16
5. Planilla de Calculo ... 19
5.1. Aspectos Generales ... 21
5.2. Ejemplo de cálculo Ejercicio Ejemplo ... 22
6. Cuadro Resumen ... 27
7. Conclusiones... 28
8. Bibliografía... 28
1. Introducción
El siguiente trabajo fue elaborado con la función de crear un procedimiento sistemático para el análisis multicriterio en el diseño de este tipo de obras hidráulicas en especial, debido a la naturaleza del trabajo, se profundizo en muchos temas para obtener criterios adicionales de las normativas para el diseño, este trabajo cumple con todos los puntos solicitados de la clase y tiene el fin de ayudar a las personas a tomar decisiones en base a lineamientos base, algoritmos y herramientas que faciliten los cálculos, independiente a la guía se encuentran explicaciones o justificaciones de procedimientos y detalles del proceso de elaboración para que el docente supervisor pueda revisar y verificar las practicas realizadas para este trabajo.
2. Formulario de Disipadores
Con un fin práctico las fórmulas de dispensadores las incluí en el cálculo respectivo de cada disipador, las fórmulas generales se encuentran a continuación
2.1. Formulas Complementarias
2.1.1. Tirante Conjugado Aguas Abajo
𝑦2 = −𝑦1 2 √𝑦12
4 +2 ∙ 𝑣12∙ 𝑦1 𝑔 2.1.2. Número de Froude
2.1.3. Relación Entre Tirantes
2.1.4. Criterios de Número de Froude
Valor de F1 Comentario
1<F≤1.7 Ondulaciones ligeras, resalto minúsculo.
1.7<F≤2.5 Ondulaciones mayores, régimen antes del resalto.
2.5<F≤4.5 Resalto oscilante, régimen de transición.
4.5<F≤9 Resalto estable y equilibrado.
9<F Resalto con turbulencia, superficie irregular (también aguas abajo), ondas fuertes, resalto efectivo
2.1.5. Características de Resaltos
2.1.5.1. Perdida de Energía
2.1.5.2. Eficiencia
2.1.5.3. Altura del Resalto
2.1.5.4. Longitud del Resalto
2.1.5.4.1. Criterio USBR
2.1.5.4.2. Criterio de French (1985)
3. Diagramas de Calculo
3.1. Criterio Decisivo
Para elegir correctamente un disipador de energía es importante contar con el tirante aguas abajo, el caudal, y la longitud del canal, muchas veces los datos proporcionados no nos darán dicha información por lo que quizás será necesario aplicar formulas y cálculos de vertederos, canales u otro tipo de estructuras hidráulicas, una vez determinado los factores claves el criterio decisivo es el siguiente.
3.2. Colchones Hidráulicos
Para comenzar sabemos que el disipador responderá a la siguiente figura.
Los datos que deseamos calcular y conocer son el la Longitud del colchón amortiguador (Lc) y la profundidad Z´
Dentro de los colchones hidráulicos tenemos una variación donde se tiene un travesaño aplicado en el fondo de la solera
Dependiendo los factores hidráulicos, criterios constructivos y costos determinaran la elección de un sistema.
Se realizó un diagrama en común para estos colchones sea cual sea la decisión basándose en la norma alemana DIN
3.3. Estanques Amortiguadores de la USBR
3.3.1. Tipo I
3.3.2. Tipo II
Figuras Necesarias para el Dispersador Tipo II
3.3.3. Tipo III
3.3.4. Tipo IV
3.3.5. Colchón Hidráulico SAF
3.3.6. Salto de SKY
4. Analisis Comparativo
Una vez analizados todos los disipadores avanzados durante la materia se elaboró el siguiente cuadro con las consideraciones respectivas de cada dispensador
Tipo de Disipador
Ventajas Desventajas Limitaciones Consideraciones Colchón
Profundizand o la Solera
Bajos costos constructivos No requiere una
infraestructura especial Fáciles de calcular Eficientes Útiles para canales de ríos
Al confinar las paredes mucha energía se descarga en el choque contra ella, lo que genera desgastes que conllevan a mantenimientos y cuidados adicionales
No cuenta con limitaciones apreciables, pero se aconseja en obras de caudales no muy elevados y tener cuidado con tener una caída muy elevada
Requiere una excavación y el área de impacto del agua tiene que ser resistente a cavitaciones y socavaciones.
Colchón con Travesaño de Fondo
Igualmente tiene bajos costos
constructivos, no requiere excavaciones e involucra la instalación de una pieza simple
La pieza esta sujeta a
desgastes por lo que requerirá un mantenimiento y cuidados para evitar otros daños en la estructura
Se aconseja al igual que el primero en canales o ríos no es aplicable en vertederos de represas debido a la gran diferencia de alturas
El calculo del travesaño tiene que ser
correctamente calculado y estas diferencias de altura
cambiarse en todos los elementos para que la altura del tirante
conjugado se aproxime a la de el tirante normal aguas abajo TIPO I El modelo I es
un modelo más pequeño y menos
elaborado que los demás, no requiere muchas consideracione s especiales y al tratar con números de
El modelo en realidad no proporciona ninguna reducción de energía
considerable y esta limitado a su aplicación en canales de velocidades no muy altas
El modelo esta limitado a su aplicación en canales y no es recomendado para obras de disipación de energías en represas o similares
Se recomienda que se aplique en canales, constructivamen te esta estructura no tiene muchas consideraciones
Freud bajos, no genera
problemas de socavación ni de cavitación No requiere muchos mantenimiento s debido a que no tiene bloques ni dados
TIPO II Es la solución practica a estructuras grandes.
Tiene una disipación de energía muy eficiente Usualmente es recomendado para grandes vertederos de obras
hidráulicas de magnitud
Costos constructivos elevados Ocupa una cantidad
considerable de tamaño
Se recomienda utilizar este tipo de
disipador solo en estructuras muy grandes
El modelo tiene dos hileras de bloques donde la final se combina con un umbral de salida inclinado que puede ser dentado, esta estructura por la cavitación no cuenta con dados
intermedios que requerirían constantes mantenimientos o remplazos.
TIPO III Es una versión pequeña del tipo II eficiente Tiene
dimensiones mucho mas cortas y ocupa menos
volúmenes Tiene una forma estética muy agradable.
A pesar de ser mas compacto sigue
representando costos
constructivos elevados Requiere mantenimientos constantes Limitado a obras de caudales y velocidades moderadas
Limitado a obras
complementari as o de
caudales mas reducidos, no se recomienda el uso en estructuras grandes o de grandes velocidades por la
destrucción de los dados dentados TIPO IV Estructura
especialmente diseñada para corrientes que
Ocupa grandes longitudes, una de las mayores entre los
Se recomienda aplicar solo a estructuras que en su
Sus bloques únicos requieren ser construidos con todas las
presenten un régimen de transición Efectivo y recomendado para
estructuras con resaltos
oscilantes, dispersa la energía mucho antes que los anteriores
disipadores de energía de su clase
El gran tamaño involucra
grandes costos y dificultad contractiva relativamente más elevada que la anterior
funcionamient o presenten un numero de Freud en un rango de ondas de oscilación
consideraciones de diseñ para que cumplan con su función de supresores de ondas de salida
Colchón Hidráulico SAF
Altamente estético Tiene un rango mas amplio de aplicación Estructuralmen te por la forma es uno de los más eficientes.
Ocupa rangos medianos de tamaño para la aplicación que tiene
Constructivamen te es el mas complejo de hacer debido a la disposición de los elementos y las paredes inclinadas
Amplio rango de aplicación de 1.7 a 17 pero aplicado usualmente en estructuras pequeñas que no tengan caudales muy considerables, recomendado para obras complementari as eficientes.
Se tiene que revisar y verificar paso a paso las
instrucciones ya que
geométricament e es el
dispensador de energía mas complejo de diseñar relativamente.
Salto de Sky Es de los mas estéticos y bonitos
disipadores de energía aparte de tener una facilidad constructiva relativa Tiene fines turísticos al funcionar
Requiere una base muy dura, debido a que al no tener un control o
mecanismo para reducir la velocidad los resaltos y
choques de agua que produce con su uso
Tiene un rango de aplicación restringido a represas que puedan
soportar su uso
Se tiene que diseñar la geometría de la rampa con mucho cuidado para que
funciones correctamente
USACE Destinado a estructuras pequeñas, es un disipador efectivo y de dimensiones longitudinales moderadas
Es un disipador que requiere dos hileras de bloques y un umbral de salida por lo que constructivament e es complejo de elaborar a
comparación de
Tiene un rango amplio de aplicación similar al colchón hidráulico de SAF
Se tiene que tener cuidado al diseñar los bloques y el umbral de salida, no requiere mayorar los tirantes.
otros y costos elevados
5. Planilla de Calculo
La planilla de calculo que se desarrolló en Excel nos facilita procesos que son repetitivos y no tienen mucha complejidad de cálculo, en la primera página se tiene un aprobador de disipadores, introduciendo las condiciones del caudal, la velocidad y el número de Freud indica que disipadores son apropiados para el uso y cuáles no, puede ser que si aprueben en ciertos criterios pero en otros no, esta lista se puede extender la cantidad de veces que se requiera para la cantidad de cálculos necesarios.
Debajo de la tabla se tienen algunas calculadoras de procesos simples que se realizan en los disipadores de energía, por ejemplo, el cálculo de velocidades, un asistente de la ecuación de continuidad, determinación de tirante y cálculos auxiliares presentados usualmente a la hora de dimensionar.
Por último, en cada pestaña se tienen las gráficas pertinentes para introducir los valores de las dimensiones de cada disipador. Se intento colaborar a todos los procesos que se tengan que calcular a mano.
La plantilla a grandes pasos se presentará a continuación y más adelante se tiene dos ejemplos de ejercicios aplicando el uso de esta.
Cabe recalcar que la planilla tiene el objetivo de ser utilizada y verificada por una persona que ya conozca bien el proceso de diseño, como el de verificación con el fin de evitar errores de cálculo.
Trabajo de Sintesis: Disipadores de Energía
20 lanilla General
Nombre Código Fecha
Valor Número de Freud
Caudal Unitario N
Identificación F q(m3/s/m) F q Cumple F q Cumple F q Cumple F q Cumple F q Cumple
0 3.85 1.25 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple 1 1 Cumple
1 1.9 12 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple
2 4.6 18 0 0 No Cumple 1 1 Cumple 1 0 No Cumple 0 0 No Cumple 1 0 No Cumple
3 5 20 0 0 No Cumple 1 1 Cumple 1 0 No Cumple 0 0 No Cumple 1 0 No Cumple
4 8 15 0 1 No Cumple 1 1 Cumple 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple
5 19 14 0 1 No Cumple 1 1 Cumple 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple
6 2 12 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple
7 6 9 0 1 No Cumple 1 1 Cumple 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple
8 8 6 0 1 No Cumple 1 1 Cumple 1 1 Cumple 0 1 No Cumple 1 1 Cumple
9 1.5 50 1 0 No Cumple 0 0 No Cumple 0 0 No Cumple 0 0 No Cumple 0 0 No Cumple
10 2 20 1 0 No Cumple 0 1 No Cumple 0 0 No Cumple 0 0 No Cumple 1 0 No Cumple
Perdida de Carga
Energia Aguas
Arriba Tirante Energia Aguas
Abajo Sugerencia Número de Freud
Tirante
Conjugado Tirante Normal Condición L cresta (m) C Q (m3/s) He (m) Hcr
Aprox P+He (m) Va (m/s) Ha (m) Hd (m) 1.33Hd Condición En base a V Eaa (m) Y1 (m) E1 (m) Iteración p.
Aproximar Fr1 Y2 (m) Yn (m) Hab (m) Se requiere
disipador V Fr q
8 4.03 10 0.4582157 2 0.625 0.019909531 0.438306182 0.582947222 Despreciar
Va 0.1 2.019909531 0.22065 2.019959382 Aumenta Y1 3.850522023 1.09627022 0.7 Si, se producirá
resalto 5.665080444 3.850522023 1.25
e L Fr ab n W z L Altura Paredes 1.3 LB 1.7706602 hb 0.0992925
0.60945321 6.09453207 0.6814413 0.3092794 1.54178429 0.204899722 2.048997223 Longitud 4.604334923 Distancia
Paredes 0.12 Distancia
Paredes 0.110325 Separación
Paredes 0.227545313 Altura de
Bloques 0.22065 hs 0.1213575
Separción
Bloques s 0.23 Separación
Bloques s 0.22065 Separación
Bloques 0.455090625 Ancho Bloques 0.1654875
Ancho
Bloques w 0.23 Ancho Bloques
w 0.22065 Ancho Bloques
w 0.18203625 Distancia entre Bloques y Dados 0.590220067
Altura
Bloques h1 0.23 Altura Bloques
h1 0.22065 Altura Bloques 0.191138063 Distancia
Paredes 0.08274375 Número de
Bloques 21
Distancia
Paredes 0.12 Distancia Pared 0.107566875 Altura Umbral 0.30339375 Altura Umbral 0.076738915
Dintel 0.02 Dintel 0.29 L 7.235383451
Nueva Profundidad de
Salida
1.070448307
Talud 2 a 1 Talud 1 a 1 Altura Muros
Laterales 1.649961375 Separación 0.17 Separación 0.21513375
Altura 0.17 Altura 0.21513375
h3/y1 1.3
h4/y1 1.2
h3 0.286845
h4 0.26478
Distancia entre bloques y
dados
0.877016176
L 3.069556616 Altura Umbral
Terminal 0.26478
UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA - CARRERA DE ING. CIVIL OBRAS HIDRÁULICAS
PLANILLA DE CÁLCULO AUTOMATIZADA PARA DISTINTOS TIPOS DE DISIPADORES DE ENERGÍA HIDRÁULICA (USBR/ASCE/DIN) Docente Supervisión
Luis Daniel García Ossorio 40814 Jueves, 21 de mayo de 2020
Msc Ing Guillermo Manrique Gutierrez
IMÁGENES REFERENCIALES
(1) Colchón hidráulico por aplcación de un travesaño de fondo (2) Colchón hidráulico profundizando el nivel de la solera (3) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo I (4) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo II (5) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo III (6) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo IV para resaltos oscilantes (7) Colchón Hidráulico SAF (8) Discipación por dispersión de flujo (Salto de Sky)
NOTAS IMPORTANTES
1. Todas las longitudes de los disipadores de la USBR tienen que ser comprobados, con las respectivas gráficas independientes de relación entre L/y2, son solo valores
referenciales.
2. Todas las unidades se encuentran redondeadas a 2 decimales y estan en metros (m)
.3. Esta tabla está diseñada para simplificar calculos manuales, sin embargo todos los resultados seben ser analizados y verificados con criterios complementarios
NOTAS IMPORTANTES
Si q fuese muy pequeño lo mejor que se puede hacer será diseñar un colchón hidraulico no contemplado en el analisis
El salto de Sky no fue considerado debido a que depende de la base del suelo.
OBSERVACIONES :
Otros
Tipo IV Bloques
Otros
SAF Bloques
Dados Amortiguadores
Tipo III Bloques
Dados Amortiguadores
Calculadora de Altura de Energia con He incognita Calculadora de Energía de Aproximación Criterios Decisivos
Colchon de Travesaño Colchón cavando Tipo I Tipo II Salto Sky
Factores Condición
VALORES Y CÁLCULOS GENERALES PARA DISIPADORES DE ENERGÍA Y RESALTOS
CÁLCULOS GENERALES PARA TODO TIPO DE AMORTIGUADOR
I II III IV SAF
5.1. Aspectos Generales
La planilla como tal cuenta de 3 partes, cada una se puede trabajar de manera individual como independiente, dependiendo de las necesidades del diseñador, la primera parte contiene una serie de condicionales que aprueban o restringen el uso de ciertas estructuras disipadoras, dependiendo de la velocidad de llegada, los caudales unitarios y el numero de Freud, basta que uno de ellos no cumplan para que la alternativa sea anulada, hay algunas que funcionan en casos muy específicos (como la de USBR tipo IV que es un disipador para resaltos oscilantes de Fr 4.5 a 9) como otras que son más generales, (SAF con un rango de Fr más amplio cubriendo un rango de Fr de 1.7 a 17) Está sección nunca impondrá el uso de algún disipador en específico, pero si colaborará y respaldará las decisiones del proyectista.
La segunda parte, es un asistente de cálculo, que al igual que la primera, se puede utilizar de manera individual también, cuenta con fórmulas de vertederos, balances de energía y ecuaciones referentes a resaltos que usualmente se utilizan para el cálculo de estas estructuras. Sin embargo, si no se deseara un proceso automático o se tuvieran condiciones que sobrepasen el alcance de la sección, se tiene la opción de directamente introducir los datos en la parte de criterios decisivos, de la cual se procederán a hacer los cálculos de la sección siguiente. Es importante proceder con los siguientes datos que son utilizados para el diseño de los disipadores, como ultima aclaración está sección cuenta con datos que tendrán que ser introducidos por el usuario y son las bases con los que se proceden a hacer los cálculos.
Los datos base para la siguiente sección son 1. Tirante y1 posterior a la rápida.
2. Tirante critico al borde del vertedero.
3. Número de Freud
4. Tirante conjugado y2 correspondiente 5. Caudal
6. Longitud efectiva del vertedero y rampa.
7. Tirante normal aguas abajo.
8. Cotas de nivel de la profundidad de la solera, altura de cuerpo de agua, caída, etc.
Por ultimo la ultima sección indiscriminadamente de los criterios constructivos, con todas las unidades en metros y con dos decimales (centímetros) de exactitud, calcula las dimensiones de todos los disipadores de forma automática, lo único que se tiene que hacer es elegir los datos del diseño que se eligió. Y verificarlos, los únicos datos que se introducen manualmente son las relaciones h3 y h4 respecto a y1, que son propias del disipador de energía tipo III, es el único que las usa.
Otro aspecto importante es la longitud de los disipadores USBR, todos tienen una longitud especial, dependiendo de la relación L/y2 que se tenga, esta longitud es el único parámetro que se tiene que calcular de manera individual, aparte de la
automatización, las demás medidas pertinentes se encuentran dentro de la tabla, las longitudes que no sean de disipadores de la USBR (tipo I al IV) son totalmente válidas y aplicables.
5.2. Ejemplo de cálculo Ejercicio Ejemplo
Se tiene un río en el cual se desea colocar una obra de derivación de agua, se sabe que el río con caudal máximo tiene un tirante de 2 m. Diseñar un vertedero de cresta cilíndrica y verificar si es necesario disipar la energía. Si ese es el caso, diseñar un dispositivo de disipación de
energía.
• Longitud de la cresta: L = 8 m
• Coeficiente de descarga: Cd = 4.03
• Caudal de diseño: Q = 10 m3/s
• Altura aguas abajo: hab = 0.70 m
• Nota: Considerar pérdida de energía en el resalto como un 10% de la energía cinética.
Procedimiento.
Teniendo los datos de entrada comenzado a operar en la sección de cálculos complementarios.
Introducimos las condiciones iniciales, el valor de la altura por encima del vertedero la sacamos a través de la fórmula del vertedero, entonces con esto se puede obtener el valor de P y se tiene la altura del río. La velocidad se la obtiene a través de la ecuación de la continuidad y esta velocidad traducida a energía en altura, se la obtiene de fórmulas de energía cinética, asi obteniendo un valor de diseño que involucra restar la altura de la línea de energía restándole el valor de velocidad, con esto se obtiene una aproximación al tirante critico, cabe recalcar que esta planilla SOLO ESTÁ DISEÑADA PARA CANALES RECTANGULARES, geometrías mas complejas requieren otro tipo de consideraciones adicionales.
Luego se evalúa si la velocidad con la que ingresa el agua es considerable, esto se lo hace comprobando que la altura de diseño en un 33% elevada no sea mayor a la altura de la cresta, siendo el caso en el que no la podríamos considerar, de todas formas para obtener mayor exactitud en los cálculos lo haremos.
L cresta (m) C Q (m3/s) He (m) Hcr
Aprox P+He (m) Va (m/s) Ha (m) Hd (m)
8 4.03 10 0.4582157 2 0.625 0.019909531 0.438306182
Calculadora de Altura de Energia con He incognita Calculadora de Energía de Aproximación
De los cálculos podemos ver que se tiene el condicionante ue verifica si se desprecia o no la velocidad, la perdida de carga es un valor que para el caso del ejercicio es de un 10% la energía cinética, podría no ser considerado o incluso ser mayor o estar en base a otras condiciones.
Posterior a ese cálculo, se evalúa la altura de la línea de energía que equivale a la altura del río más el aporte de la energía cinética, este valor utilizando un balance de energía tiene que ser el mismo aguas abajo, para lo cual el tirante, más la velocidad tendrían que compensar el valor, a menor tirante mayor velocidad, por lo que en esta sección se van introduciendo tirantes que intenten igualar la energía aguas arriba, la fórmula considera perdidas de energía si se deseara no hacerlo, en el valor de perdida de carga se tiene que colocar 0.0 luego de manera manual, se tiene que ir internado valores de tirante, se tiene una pequeña guía como sugerencia que nos puede decir “AUMENTA Y1, REDUCE Y1” para aproximarnos más al resultado, con un valor de tirante que iguale en 4 decimales a la energía se consideró lo suficientemente preciso para los cálculos, por lo que a partir de ese tirante, y el ancho, se obtiene una sección, por ende la velocidad y la velocidad, junto al tirante nos determina el número de Freud, teniendo y1 y Fr1, se puede calcular fácilmente un tirante conjugado teórico con la fórmula de tirante conjugado.
Luego, se tiene un tirante normal, el cual en el caso del ejercicio es dato, pero este se puede medir en campo o puede ser calculado a través de la ecuación de Manning, dado a que el tirante normal es menor al conjugado, se comprueba que sí se produce un resalto por lo que un disipador de energía si será necesario, esta condición también se verifica en la tabla, en caso de que no se descarta el diseño de un disipador de energía. Por último, se tienen los valores correspondientes a el tirante mínimo Y1 estos 3 son importantes debido a que con ellos determinaremos el disipador de energía más apropiado.
Estos datos son llevados a la primera parte de la planilla que es un asistente que considera los criterios mínimos para la elección de un disipador.
Perdida de Carga
Energia Aguas
Arriba Tirante Energia Aguas
Abajo Sugerencia Número de Freud
Tirante Conjugado 1.33Hd Condición En base a V Eaa (m) Y1 (m) E1 (m) Iteración p.
Aproximar Fr1 Y2 (m)
0.582947222 Despreciar
Va 0.1 2.019909531 0.22065 2.019959382 Aumenta Y1 3.850522023 1.09627022 Factores Condición
Tirante Normal Condición Yn (m) Hab (m) Se requiere
disipador V Fr q
0.7 Si, se producirá
resalto 5.665 3.851 1.250
Criterios Decisivos
En el caso del primer disipador USBR Tipo I se comprueba que no cumple debido a el número de Freud elevado (limite 2.5 como máximo)
En el caso II y III no cumplen porque estos disipadores están hechos para flujos con mayor velocidad y el tipo II tampoco cumple con el caudal unitario, debido a que este se usa en obras de gran tamaño, siendo el ejercicio un pequeño canal de derivación.
Al estar en un régimen de resalto con ondas oscilanes se puede recomendar el uso del disipador Tipo IV, y el SAF que tiene un gran rango de cobertura, sin embargo tratándose de un canal se optara por el uso de un colchón hidráulico de travesaño o de excavación de solera, a continuación se verá el calculo de todos los disipadores, SEAN O NO VÁLIDOS SÓLO COMO MATERIAL DE EJEMPLO.
NOTAS IMPORTANTES
Si fuese muy pequeño lo mejor que se puede hacer será diseñar un colchón hidráulico no contemplado en el análisis
El salto de Sky no fue considerado debido a que depende de la base del suelo.
Valor Número de Freud
Caudal Unitario N
Identificación F q(m3/s/m) F q Cumple
00a 3.85 1.25 0 1 No Cumple
I
F q Cumple F q Cumple
0 0 No Cumple 0 1 No Cumple
II III
F q Cumple F q Cumple
1 1 Cumple 1 1 Cumple
IV SAF
Dentro de cada sección existe una subsección de NOTAS es importante considerarlas ya que nos brindan información adicional o aclaraciones importantes para nuestro diseño.
Dentro del diseño se tiene una serie de modelos de disipadores de energía cada uno con su número de identificación y detalle, dentro de los números se tienen los valores calculados, su detalle y se tiene esta sección con imágenes referenciales para identificar la posición de la medida.
PARA EL EJEMPLO se puede apreciar que nuestras propuestas más atractivas serán los colchones hidráulicos (1) y (2) POR CRITERIO PERSONAL se decidió usar la solución 2 que es el colchón hidráulico profundizando el nivel de la solera, el cual sólo necesitará una excavación de 20 cm para solucionar el problema de disipación de energía, estos resultados se puede comprobar REINTRODUCIENDO los valores en la planilla que ayuda a los cálculos identificando que Yn se aproxima mucho a Y2 por lo que el RESALTO FUE DISCIPADO.
e L Fr ab n W z L Altura Paredes 1.3
0.60945321 6.09453207 0.6814413 0.3092794 1.54178429 0.204899722 2.048997223 Longitud 4.604334923 Distancia Paredes 0.12 Separción Bloques s 0.23
Ancho Bloques w 0.23
Altura Bloques h1 0.23
Distancia Paredes 0.12
Dintel 0.02
Talud 2 a 1
Separación 0.17
Altura 0.17
IMÁGENES REFERENCIALES
(1) Colchón hidráulico por aplcación de un travesaño de fondo (2) Colchón hidráulico profundizando el nivel de la solera (3) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo I (4) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo II (5) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo III (6) Estanque amortiguador de la U.S.B.R Tipo IV para resaltos oscilantes (7) Colchón Hidráulico SAF (8) Discipación por dispersión de flujo (Salto de Sky)
Bloques
Dados Amortiguadores
1 2 3 4
Todas las formulas empleadas y recursos se encuentran visibles en las celdas respectivas de la automatización de Excel, todas estas fueron comprobadas de las expresiones matemáticas originales de la normativas por las cuales se diseñan los disipadores.
Por último, se tienen los cálculos para los elementos geométricos de los disipadores restantes y el detalle de donde se aplican, los cuales pueden ser corroborados y complementados con las figuras correspondientes a cada disipador.
LB 1.7706602 hb 0.0992925
Distancia
Paredes 0.12 Distancia
Paredes 0.110325 Separación
Paredes 0.227545313 Altura de
Bloques 0.22065 hs 0.1213575
Separción
Bloques s 0.23 Separación
Bloques s 0.22065 Separación
Bloques 0.455090625 Ancho Bloques 0.1654875 Ancho
Bloques w 0.23 Ancho Bloques
w 0.22065 Ancho Bloques
w 0.18203625 Distancia entre
Bloques y Dados 0.590220067
Altura
Bloques h1 0.23 Altura Bloques
h1 0.22065 Altura Bloques 0.191138063 Distancia
Paredes 0.08274375 Número de
Bloques 21
Distancia
Paredes 0.12 Distancia Pared 0.107566875 Altura Umbral 0.30339375 Altura Umbral 0.076738915
Dintel 0.02 Dintel 0.29 L 7.235383451
Nueva Profundidad de
Salida
1.070448307
Talud 2 a 1 Talud 1 a 1 Altura Muros
Laterales 1.649961375 Separación 0.17 Separación 0.21513375
Altura 0.17 Altura 0.21513375
h3/y1 1.3
h4/y1 1.2
h3 0.286845
h4 0.26478
Distancia entre bloques y
dados
0.877016176
L 3.069556616
Altura Umbral Terminal 0.26478
NOTAS IMPORTANTES
1. Todas las longitudes de los disipadores de la USBR tienen que ser comprobados, con las respectivas gráficas independientes de relación entre L/y2, son solo valores
referenciales.
2. Todas las unidades se encuentran redondeadas a 2 decimales y estan en metros (m)
.3. Esta tabla está diseñada para simplificar calculos manuales, sin embargo todos los resultados seben ser analizados y verificados con criterios complementarios
OBSERVACIONES :
Otros
6 Bloques
Otros
7 Bloques
Dados Amortiguadores
5 Bloques
Dados Amortiguadores
4 8
6. Cuadro Resumen
Disipador F Limites Caudal Relativo Ejemplo tipo
USBR Tipo I 1.7 a 2.5 Mediano Canales de ríos
USBR Tipo II Mayor 4.5 Grande Estructuras
Hidráulicas
Grandes, Vertederos de Excedencias Primarios
USBR Tipo III Mayor 4.5 Pequeño Estructuras
Pequeñas, Obras complementarias, auxiliares
USBR Tipo IV Oscilantes de 2.5 a 4.5
Mediano Obras con resaltos oscilantes, ríos, salidas de vertederos
SAF 1.7 a 17 Amplio Amplio estructuras
medianas y grandes Colchón de
Excavación
No especifica Mediano Canales de ríos Colchón de
Travesaño No especifica Mediano Canales de ríos
Salto de Dispersión Amplio Grande Represas Turísticas Para la elección correcta de un disipador se tiene una serie de factores y criterios que se debe analizar de manera individual como en su conjunto, en el siguiente listado después del analisis de cada uno de estos disipadores se tienen los factores que en mi opinión un proyectista siempre debe tener en cuenta.
✓ El número de Freud, la velocidad y el caudal.
✓ Las condiciones topográficas y propiedades geométricas del canal.
✓ Factores económicos
✓ Evitar tener resaltos oscilantes en lo posible por la gran longitud de sus disipadores.
✓ Factores hidrológicos y geotécnicos.
✓ Factores de buen funcionamiento, reparación y mantenimiento.
✓ Finalidades Estético-Funcionales.
✓ Evaluación de nuevas alternativas y tecnología.
✓ Experiencia en el área.
7. Conclusiones
El trabajo se realizó de manera satisfactoria y como producto se tiene literatura como planillas que pueden servir de ayuda a estudiantes de ingeniería con el fin de complementar y reforzar el conocimiento a través de un texto de referencia con secciones específicas. La elaboración de este trabajo realmente ayudo a comprender el tema desde una visión más amplia y profunda.
8. Bibliografía
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FLOOD
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