“PEDRO RUIZ GALLO”
1. INTRODUCCION
Muchas veces en los proyectos hidráulicos como canales, se requiere salvar desniveles bruscos
en la rasante de fondo, es aquí donde se requiere de los llamados “ SALTOS DE AGUA” , que son
estructuras de caída.
Una estructura de caída es una estructura de regulación que disminuye el nivel del agua a lo largo de su curso.
En general, la pendiente de un canal es más moderada que la del terreno, como resultado de lo cual un canal construido en corte en su cabecera, pronto superará la superficie del terreno. Para evitar rellenos excesivos, el nivel del lecho del canal aguas abajo se disminuye y los dos tramos se conectan mediante una estructura de caída apropiada
Gómez Navarro hace una diferenciación de estas obras y conviene en llamarles caídas cuando los desniveles son iguales o menores a 4m.
Para desniveles mayores a 4.0m la estructura toma el nombre de rápida y en estos casos es conveniente un estudio económico entre rápida o una serie de caídas , denominadas gradas.
En el presente informe, se presentará los saltos de agua como: gradas escalonadas o cascada.
2. GENERALIDADES
Se le denomina saltos de agua a las estructuras hidráulicas proyectadas para salvar desniveles, entre ellas tenemos:
FIGURA: LOCALIZACION DE CAIDAS DE UN CANAL
SALTOS DE AGUA CAIDAS VERTICALES CAIDAS INCLINADAS GRADAS ESCALONADAS O CASCADA RAPIDAS CAIDAS
3. MARCO TEORICO
GRADAS ESCALONADAS O CASCADA
3.1. DEFINICIÓN: Son caídas verticales continuas, que se proyectan para salvar desniveles abruptos (Desniveles mayores a 4.00m) siendo recomendable no proyectar en este caso caídas o gradas con alturas mayores a 0.80m.
3.2. TIPOS
3.2.1. De escalera simple:
Son aquellas que no presentan vertedero frontal, lo que produce un ahorro de material de construcción.
Al no presentar cajón disipador de energía el flujo puede acelerarse; para evitar esto la longitud de los escalones debe ser bastante larga. De acuerdo a Rumelin, la longitud del escalón debe ser por lo menos igual a la longitud de la parábola del chorro de agua más tres veces la altura del escalón.
De este modo no se produce ninguna aceleración a lo largo de la caída como sucede con los canales de gran pendiente, pues la energía se disipa en cada cajón antes de que el agua pase al siguiente.
Otra ventaja es que este tipo de caídas funciona igualmente bien con todos los caudales intermedios hasta llegar al máximo para el cual ha sido diseñado.
Por lo general este tipo de caídas se utiliza para caudales menores a 10m3/s, sin embargo es aplicable también para caudales mayores.
FIGURA: GRADA ESCALONADA; CON OBSTACULOS ENCAJONADOS
3.3. CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO ESTRUCTURAL:
Parámetros que influyen en el diseño y construcción de la estructura:
Datos topográficos de la zona Desnivel vertical
Longitud horizontal Pendiente promedio Tipo de terreno
3.3.1. Diseño hidráulico Estructural:
a) El número de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la rápida depende de las consideraciones económicas y por lo general se establece comparando diferentes alternativas así el desnivel total queda dividido en varios tamos verticales iguales cada uno de un valor “ Za” .
En el caso de que el desnivel a vencerse no pase los 4 metros, por lo general se utiliza un solo tipo de cajón y entonces la estructura se reduce a una caída o salto simple.
b) La carga“ H” de agua sobre el vertedero está dada por la formula general:
=
∗
∗
/
Donde: el coeficiente “ M” , dependerá de la forma del vertedero y varía entre
d) Dentro del cajón el agua pasa del régimen supercrítico al régimen subcritico, mediante la formación de un resalto, cuyos calados conjugados son d 1 y d 2.
Estos calados están relacionados entre sí con la fórmula de los tirantes conjugados.
Según V.A Shauman, para que el resalto se sumerja es suficiente que:
+
> 0.9∗
Siempre que:
= 0.25∗
e) La longitud mínima del cajón debe ser igual a la longitud de la parábola “ Lp”
que sigue el chorro al caer, más la longitud “ LR” necesaria para que se forme
el resalto.
Se obtiene de la mecánica que:
=
Los valores están dados por:
=
+0.5ℎ
+
;
=
∗ℎ
Tomando en cuenta los siguientes datos experimentales:
Para el perfil hidrodinámico:
ℎ
= 0.74
= 2.2
Para el vertedero de pared delgada:ℎ
= 0.67
= 1.9
Y reemplazando valores, se llega a un resultado prácticamente igual para los
dos.
= 1.04∗
∗
+
+0.22
/
Siendo:
=
Para el caso que no existiera vertedero en la entrada (
= 0
), y el aguacayera sin esta obstrucción, se tiene que según H. Rouse:
Siguiendo un desarrollo similar al anterior se llega:
= 1.35∗
/
2
+0.167
/
Según Agroskin:ℎ
= 0.308∗
Y se llega a un resultado final algo diferente:
= 1.46∗
/
2
+0.154
/
La longitud necesaria para la formación del resalto según Shauman es igual a LR=3.2*h2=3.2*d 2
4. BIBLIOGRAFIA
DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS : ING. CIVIL ARBULU RAMOS, JOSE
MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE
PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO: AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA.
