Diseño De Rapidas

INTRODUCCION

El presente documento ilustra la descripción, y desarrollo de criterios para la ejecución de obras hidráulicas como son caídas, rápidas y desarenadores. El objetivo principal de esta monografía de diseño, es proporcionar al diseñador una fuente de información que le sirva de guía para diseñar eficientemente dichas estructuras. Está acompañado con un cálculo ejemplo. Además se presenta teoría y fórmulas, cuyo origen está publicado en varios libros, por lo tanto, no fue factible desarrollar un solo sistema de símbolos, sin entrar en duplicaciones y/o complicaciones prácticas. Los objetivos son realizar el diseño hidráulico de una rápida, caídas y desarenadores, optimizar el diseño hidráulico para obtener una estructura económica y funcional, mantener el trazo y excavación de una canal, permitiendo la conexión de los tramos en toda su longitud mediante la construcción de rápidas. Proporcionar al Proyectista una fuente de información que le sirva de guía para diseñar eficientemente dichas estructuras.

El desarrollo de la Monografía supone la solución al problema de caídas abruptas mediante rápidas como elementos de enlace entre dos tramos de canal con diferencia de cotas apreciables en longitudes cortas, en donde no es aplicable la ecuación de Manning. En tal sentido, este trabajo desarrolla sólo uno de los métodos existentes en el diseño hidráulico de rápidas, al que se le ha reforzado mediante el empleo de la hoja de cálculo para el procesamiento de datos y la obtención de los gráficos requeridos.

DISEÑO DE RÁPIDAS

1. 1 DESCRIPCION

Las RAPIDAS son usadas para conducir agua desde una elevación mayor a una más baja. La estructura puede consistir de:

Una transición de entrada.

Un tramo inclinado

Un disipador de energía

Una transición de salida.

La Figura Nº 1 muestra la relación de las diferentes partes de la estructura.

1.2 La estructura puede consistir de:

Una entrada, un tramo inclinado, un disipador de energía y una transición de salida.

El tramo inclinado puede ser un tubo o una sección abierta. Las rápidas son similares a las caídas, excepto que ellas transportan el agua sobre distancias más largas, con pendientes más suaves y a través de distancias más largas. La parte de la entrada de la estructura transicional el flujo desde el canal aguas arriba de la estructura hacia el tramo inclinado. Debe proveer un control para impedir la aceleración del agua y la erosión en el canal. El control es logrado por la combinación de una retención y un vertedero en la entrada. La entrada usada debería ser simétrica con respecto al eje de la rápida, permitir el peso de la capacidad total del canal aguas arriba hacia la rápida con el tirante normal de aguas arriba, y donde sea requerido, permitir la evacuación de las aguas del canal cuando la operación do la rápida sea suspendida. Debería tener uñas para proveer una suficiente longitud de camino de percolación, calculado según el método de LANE.

La transición de entrada

Transiciona el flujo desde el canal aguas arriba de la estructura hacia el tramo inclinado. Debe proveer un control para impedir la aceleración del agua y la erosión en el canal. El control es logrado por la combinación de una retención, un vertedero o un control notch en la entrada. La entrada usada deberá ser simétrica con respecto al eje de la rápida, permitir el paso de la capacidad total del canal aguas arriba hacia la rápida con el tirante normal de aguas arriba, y donde sea requerido, permitir la evacuación de las aguas del canal cuando la operación de la rápida sea suspendida.

Las pérdidas de carga a través de la entrada podrían ser despreciadas en el caso que sean lo suficientemente pequeñas que no afecten el resultado final. De otra manera, las pérdidas a través de la entrada deben ser calculadas y usadas en la determinación del nivel de energía en el inicio del tramo inclinado. Si la pendiente del fondo de la entrada es suave puede asumirse que el flujo crítico ocurre donde la pendiente suave de la entrada cambia a la pendiente fuerte del tramo inclinado. En el caso que la pendiente de la entrada sea suficientemente pronunciada para soportar una

velocidad mayor que la velocidad crítica, debería calcularse dicha velocidad y tirante correspondiente, para determinar la gradiente de energía al inicio del tramo inclinado.

El tramo inclinado, con canal abierto, generalmente sigue la superficie original del terreno y se conecta con un disipador de energía en el extremo más bajo.

Poza Disipadora o salidas con obstáculos (baffled outlets) son usadas como disipadores de energía en este tipo de estructuras.

Una transición de salida es usada cuando es necesaria para conectar el flujo entre el disipador de energía y el canal aguas abajo. Si es necesario proveer el tirante de aguas abajo (tallwater) al disipador de energía, la superficie de agua en la salida debe ser controlada. Si se construye una transición de salida de concreto y no hay control del flujo después en el canal, la transición puede ser usada para proveer el remanso elevando el piso de la transición en el sitio de la uña, como se muestra en la Figura

Nº1. El tirante de aguas abajo también puede ser provisto por la construcción de un control dentro de la transición de salida. La pérdida de carga en la transición de salida es despreciable.

1.3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO.

1.3.1 Coeficiente de rugosidad de MANNING

• En el cálculo de las características de flujo en una estructura de este tipo son usados valores conservadores del coeficiente de rugosidad de MANNING “n” cuando se calcula la altura de muros en una rápida de concreto, se asume valores de n=0.14 y en el cálculo de niveles de energía valores de n=0.010.

• Para caudales mayores de 3 m3/s, deberá chequearse el número de Froude a lo largo del tramo rápido, para evitar que el flujo no se despegue del fondo.

1.3.2 Transiciones Las transiciones en una rápida abierta, deben ser diseñadas para prevenir la formación de ondas. Un cambio brusco de sección, sea convergente ó divergente, puede producir ondas que podrían causar perturbaciones, puesto que ellas viajan a través del tramo inclinado y el disipador de energía. Para evitar la formación de ondas, la cotangente del ángulo de deflexión de la superficie de agua en

...