CRITERIOS DE DISEO ELEMENTOS

SIFON ALCANTARILLA RAPIDAS CAIDA VERTICAL

Se dimensiona el tubo satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente del tubo, ngulos de doblados y sumergencia de entrada y salida Pendiente de tubos menor que 2:1

Pendiente min. Horizontal = 5/1000 Se recomienda transicin de concreto a la entrada y salida

cuando el sifn cruce caminos principales en tuberas de > 36 y para velocidades en el tubo mayores a 1m/s

Tipo de sifn Velocidad Cortos /transiciones de

tierra 1 m/s

Cortos/ transiciones de concreto

1.5m/s

Largos/ transiciones de concreto

3 a 2 m/s

Tipo de camino x el k cruza

Cobertura

Caminos principales y drenes

Min. 0.90m

Canales de riego sin revestir

0.60m

Canales de riego revestido

0.30m

Se recomienda aumentar un 50% o 0.30m como mximo al

borde libre del canal en una longitud min de 15m a partir de la estructura.

Las perdidas de carga por entrada y salida para las transiciones son de 0,40hv y 0,65hv respectivamente.

Para evitar remansos aguas arriba, el total de perdidas se

incrementan en un 10%. En la transicin de entrada considerar una profundidad de

sumergencia conocida como sello de agua de 1.5 veces la carga de velocidad del sifn, o min 1,1 o 3.

En la transicin de salida la sumergencia debe ser menor a

Hte/6 En sifones largos se proyectan estructuras de alivio.

Para sifones largos , se usa n = 0.008 cuando se calculan perdidas de energa.

Se proyectan ventanas de aireacin para evitar la cavitacin.

Las perdidas de cargas totales deben ser < a 030m. Cuando el sifn cruza una quebrada es necesario conocer el

Qmax. de la creciente.

Cruce con camino de

tipo

Ancho del camino en la corona de la alcantarilla o sifon

Cruce simple (m)

Cruce con sobreancho

V1(3m) 4.0 6.6

V1(3m) 5.5 6.6 V1(3m) 8.0 8.0

Las alcantarillas son diseadas para una presin hidrosttica interna mnima.

La eleccin del dimetro de la alcantarilla se hace en

funcin del caudal, de tal forma que no sobrepase la velocidad admisible.

Velocidad mxima de 1.06 m/s para una alcantarilla de transicin de tierra.

Velocidad mxima de 1.5 m/s para una alcantarilla de

transicin de concreto. Mxima elevacin de la alcantarilla es el dimetro de la

tubera + 1.5 de la carga de velocidad en la alcantarilla. La pendiente mnima de la alcantarilla es de 0.005 (

S=0.5%)

Tipo de camino x el k cruza

Cobertura

Carreteras principales y ferrocarriles

Min. 0.90m a 1.2m

Carreteras de parcelas Min. 0.60m

Talud a la orilla del camino 1,5:1

Se proyecta transiciones de concreto en los sgtes. casos: Cruces de los ferrocarriles y carreteras principales

Alcantarillas con dimetro mayor a 36 Alcantarillas con velocidades mayores a 1.06m/s

La pendiente mxima de la transicin admite un talud de 4:1

Se proyectan collares que incrementan la longitud del movimiento del agua a travs del exterior del tubo.

Las perdidas totales son iguales a 1.5 veces la carga de

velocidad en la tubera mas las perdidas por friccin. Para el clculo de las perdidas en las alcantarillas

funcionando llena, se puede usar la sgte. Formula, en el sistema mtrico decimal:

Transicin de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la seccin de control.

Seccin de control: es la seccin correspondiente al

punto donde comienza la pendiente fuerte de la rpida, mantenindose en este punto las condiciones crticas. En la rpida el tipo de flujo que se establece es el flujo supercrtico.

Canal de la rpida: es la seccin comprendida entre la seccin de control y el principio de la trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuracin del terreno una o varias pendientes. Son generalmente de seccin rectangular o trapezoidal.

Trayectoria: es la curva vertical parablica que una

la ltima pendiente de la rpida con el plano inclinado del principio del colchn amortiguador. Debe disearse de modo que la corriente de agua permanezca en contacto con el fondo del canal y no se produzcan vacos. Se acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la aceleracin de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad para que la lmina de agua se adhiera al fondo del canal.

Tanque amortiguador, colchn disipador o poza de

disipacin: es la depresin de profundidad y longitud suficiente diseada con el objetivo de absorber parte de la energa cintica generada en la rpida, mediante la produccin del resalto hidrulico, y contener este resalto hidrulico dentro de la poza. Se ubica en el extremo inferior de la trayectoria.

Transicin de salida: tiene el objetivo de unir la poza

de disipacin con el canal aguas abajo. Zona de proteccin: con el fin de proteger el canal

sobre todo si es en tierra, se puede revestir con mampostera.

Transicin de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la seccin de control.

Seccin de control: es la seccin

correspondiente al punto donde se inicia la cada, cercano a este punto se presentan las condiciones crticas.

Cadas en si: la cual es de seccin rectangular y puede ser vertical o inclinada.

Poza o colchn amortiguador: es de

seccin rectangular, siendo su funcin la de absorber la energa cintica del agua al pie de la cada.

Transicin de salida: une la poza de

disipacin con el canal aguas abajo.

PERDIDAS DE CARGA

DISEO DE CANALES OTROS SIFON

1. Caudal (Q). Es dato del problema. 2. Coeficiente de rugosidad de Manning (n). Depende de la

naturaleza de la superficie en contacto con el agua. Usualmente se toma 0.025 para canales en tierra y 0.015 para canales revestidos con concreto.

3. Talud (t). Depende del material excavado. 4. Relacin fondo/tirante

y

b. Es definido por el diseador

teniendo en cuenta factores como el mtodo de excavacin, la economa y la practicabilidad.

5. Tirante ( y ): Valor mximo de la profundidad de los canales de tierra segn la siguiente relacin: y = (A)1/2

Otros establecen: y = b/3 6. Ancho de la solera b: 7. Velocidad mnima permitida (Vmin). Los valores

normalmente sugeridos son: En canales revestidos, para evitar la sedimentacin del

escaso limo del agua: 0.60 0.90 m/s. En canales de tierra, para evitar el crecimiento de plantas :

0.70 0.75 m/s 8. Velocidad mxima permitida (Vmax). Para los canales

revestidos este parmetro podra ser pasado por alto, pero hay que tener presente que las velocidades muy altas (del orden de los 6 m/s) pueden levantar las piedras o los bloques del revestimiento.

9. Pendiente (So). Su valor viene gobernado sobre todo por la topografa, pero lo deseable es usar una pendiente pequea a fin de de no perder mucha altura y llegar al punto de entrega del agua con una cota alta.

10. Margen libre o freeboard (f). La prctica corriente es dejar un bordo libre o resguardo

igual a un tercio del tirante, es decir: f = y/3 11. Banquetas (Be, Bi). Estos valores dependen del tamao del

canal, pues de acuerdo a este tamao se establece el sistema

para el transito de operarios pero en los grandes deben permitir el transito de vehculos.

12. Dimensiones finales. El diseo culmina con un ajuste de cifras, sobre todo redondeando el valor obtenido del ancho de fondo b y recalculando el resto.

1. Escriba la ecuacin para determinar la prdida de carga total en tuberas y defina cada uno de los trminos: (02 puntos).

g

v

d

lf

g

vk

g

vh

.2

..

..

.2

.

.2

. 222

Donde: h : Perdida de carga total. v : Velocidad del flujo. g : Aceleracin de la gravedad. k : Coeficiente de accesorios. f : Factor de friccin. l : Longitud de la tubera. d : dimetro de la tubera.

2. Describa los principales estudios a realizar en los

almacenamientos. EL ESTUDIO DEL VASO: La localizacin de un vaso depende en gran medida del costo de la represa que controla el volumen de almacenamiento y depender de las condiciones fsicas e hidrolgicas de la cuenca por encerrar. Estudios de costos: costos de expropiacin de terrenos; reubicacin de obras de infraestructura existentes. Estudios tcnicos: topogrficos, geotcnico, geolgicos, geossmicos, hidrolgicos, etc. Estudio minucioso de las condiciones de estabilidad, permeabilidad y fugas de agua a otras cuencas que pudieran disminuir su capacidad de almacenamiento EL ESTUDIO DE LA BOQUILLA: Se debe estudiar los posibles ejes de la presa, considerando en el anlisis los aspectos geolgicos, topogrfico, canteras cercanas y facilidades para la construccin de la presa. Estudios de mecnica de suelos comprenden estudios geossmicos, perforaciones diamantinas, calicatas y socavones. ESTUDIO DEL ALIVIADERO: Tienen por objeto eliminar en el tiempo ms breve las descargas de avenidas y evitar que la presa sea daada. Su capacidad depende de la mxima avenida prevista con un

tiempo de retorno fijado por el reglamento o por el criterio del diseador. ESTUDIO DE LAS OBRAS DE EVACUACIN Y TOMAS: El volumen almacenado se evacua de la presa mediante los conductos fondo y tomas, que tienen la mayor parte de las veces una capacidad igual a mxima demanda del proyecto. En la mayora de las presas se ubican dentro del cuerpo de la presa y otras en el mismo vaso, en ambos casos sern necesarios estudios geolgicos estructurales para asegurar su estabilidad. Para regular los caudales es til compuertas y vlvulas. ESTUDIO DE LAS CANTERAS DE MATERIALES: requiere una investigacin de campo y laboratorio de los materiales que son posibles de emplearse de acuerdo al tipo de represa. Las canteras de materiales deben ubicarse en proximidades de la presa una distancia mxima de 3 km

1. Prdidas por transicin de entrada y salida:

g

vvh

g

vvh

s

e

2

)(2.0

2

)(1.0

2

4

2

31

2

1

2

21

g

vvh

g

vvh

s

e

2

)(2.0

2

)(1.0

2

4

2

31

2

1

2

21

Donde: h1e= Prdidas por transicin de entrada h1s= Prdidas por transicin de salida v1= velocidad en seccin 1 de la transicin de entrada. v2= velocidad en seccin 2 de la transicin de entrada. v3= velocidad en seccin 3 de transicin de salida. v4= velocidad en seccin 4 de transicin de salida 2. Prdidas por rejillas: Cuando la estructura consta de bastidores de barrote y rejillas para el paso del agua, las prdidas originadas se calculan con la ecuacin:

g

vKh n

2

2

2 2

45.045.1

Ag

An

Ag

AnK

Donde: h2= prdidas por rejillas K = coeficientes de prdidas en las rejillas An= rea neta de paso entre rejillas Ag= rea bruta de la estructura y su deporte, que

quede den tropel rea hidrulica vn= velocidad a travs del rea neta de la rejilla dentro

del rea hidrulica 3. Prdidas de carga por entrada del conducto:

g

vKeh

2

2

3

Donde: h3 = prdida de carga por entrada al conducto v = velocidad del agua en el barril Ke = coeficiente que depende de la forma de entrada. 4. Prdidas de carga por friccin en el conducto: Una frmula muy empleada para determinar las

prdidas por friccin es la de Manning:

L

R

vnSLhf

SRn

v

2

3

2

2

1

3

21

Donde: hf= prdidas por friccin n = coeficiente de rugosidad S = pendiente de la lnea de energa v = velocidad del agua en el conducto R = radio hidrulico L = longitud total del acueducto Cuando de se trata de un conducto circular el radio

hidrulico es:

4

dR

Luego:

L

d

vnSLh

Sdn

v

f

2

3

2

2

1

2

3

3969.0

3969.0

Donde, d es el dimetro del conducto. 5. Prdidas de carga por cambio de direccin

o codos: Una frmula muy empleada es:

g

vkch

290

2

5

Donde: h5= prdida de carga de cambio de direccin

= ngulo de deflexin kc= coeficiente para codos comunes = 0.25 6. Prdidas de carga por vlvulas de limpieza: Las prdidas de carga que se originaron en los

sifones por el hecho de insertar lateralmente una tubera en la que se coloca una vlvula para desage y limpieza se deben considerar como prdidas por la bifurcacin de tuberas.

Esta prdida existe an cuando una de las partes est cerrada por la vlvula ya que se forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de que se considera muy pequea y no se ha podido evaluar se olvida.

7. Prdidas de carga por ampliacin

(perdidas por salida): Algunas veces por exigencias topogrficas no

es posible localizar una transicin a la salida del sifn para el cambio de seccin, hacindolo en una caja, de la cual saldr el agua al canal. La prdida de carga ser motivada por ampliacin brusca en la seccin y se aplica la frmula de Borda.

g

vvh

2

)( 2217

Donde: h7 = Prdida de carga por ampliacin brusca. v1 = Velocidad en el sifn v2 = Velocidad aproximada en la caja

TIPOS DE PRESAS VERTEDEROS CANALES

Represa de Gravedad: Una represa de gravedad es una estructura slida, construida de concreto ciclpeo, de forma triangular, se adapta a cualquier ubicacin, pero su costo de mantenimiento es alto, mayor que el de las presas de tierra, sin embargo ha sido el tipo de presa ms construido inicialmente, las primeras se ejecutaron el siglo pasado.

Represa de Arco: Esta represa se distingue por su modo

original de resistencia, ya que la, presin de l agua no se trasmite ntegramente a la cimentacin sino que parte de ella se trasmite a los estribos por la accin de los arcos.

Represa de Contrafuertes: Tambin llamada de arcos mltiples se caracteriza por tener como apoyo de cada arco placas triangulares llamadas contrafuertes, que son las estructuras que reciben la compresin de los arcos y lo

trasmiten a su vez a la cimentacin. Represa de Tierra: Las presas de tierra se caracterizan porque

la mayor parte del volumen del relleno o la totalidad esta constituido de suelos finos, materiales que pueden tener como mximo gravas hasta de 4 de dimetro. La ventaja de estas presas es que se adaptan fcilmente a la cimentacin del terreno natural.

Represa de Enrrocamiento: Se denomina presa de

enrrocamiento cuando el cuerpo de la misma, esta constituido en mas de un 50% de materiales procedentes de rocas (rocas, aluviones y gravas) o por materiales que como mximo contienen un 10% de materiales finos (menores de 5 mm). Los referidos materiales son acumulados, distribuidos y compactados en el cuerpo de la presa.

1. Cuales son las consideraciones que se toman al aplicar la

ecuacin de la energa para la deduccin de las ecuaciones de los vertederos. (02 puntos).

Distribucin hidrosttica de presiones. Las perdidas por friccin y locales entre los puntos

prximos a la de descarga son despreciables. La tensin superficial es despreciable. El flujo aguas debajo de la estructura (vena) debe ser libre

(no ahogado) para garantizar que la presin en la vena sea la atmosfrica (chorro libre).

Se desprecia el efecto de la velocidad de aproximacin.

1. Escriba las ecuaciones para aforo de caudales en vertederos: rectangular; triangular, trapezoidal y circular; y defina cada uno de sus elementos.