DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA CAIDA VERTICAL

I. INTRODUCCION

El presente trabajo tiene por finalidad diseñar una caída del tipo Vertical, pues Como sabemos la construcción de obras hidráulicas son de gran importancia, por desniveles que puede tener el terreno ya que además de ser las de mayor tamaño e inversión, son además las que generan mayor impacto en la población o comunidad donde se construyen.

Así los servicios y beneficios que generan estas estructuras están basadas en el aprovechamiento de los recursos hídricos, aprovechamiento dado por obras de captación, conducción y distribución; tales como las bocatomas, canales, represas, entre otras, las cuales están acompañadas por obras de arte que las complementan y las ayudan a realizar el transporte de ese recurso tan valioso que es el agua.

La función de las estructuras de caída es la de llevar el agua de un lugar alto a uno bajo y la de disipar el exceso de energía resultante por dicha caída. Un canal a lo largo del mismo terreno podría ser lo suficientemente empinado como para causar severas erosiones en los canales de tierra o interrumpir el flujo en canales con recubrimiento.

El agua debe, por lo tanto, ser transportada por una estructura de caída diseñada para una segura disipación del exceso de energía. Los diferentes tipos de caídas que pueden ser usados son verticales, rectangulares inclinados, y en tuberías.

II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar una caída vertical

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar sus deferentes parámetros de diseño.

Diseñar hidráulicamente la caída vertical.

Distribuir adecuadamente el acero.

Δ Z

CAÍDA VERTICAL

S%

S%

III. MARCO TEORICO

CAÍDAS

DEFINICION

Las caídas son estructuras de conducción en el sistema de distribución de una zona de riego, que tienen por objeto salvar los desniveles que se van acumulando, debido a las diferencias existentes entre las pendientes del canal y la natural del terreno, correspondiente al eje longitudinal de ese mismo, sin que los tramos de canal aguas arriba y aguas abajo de la estructura se vean alterados por los efectos debidos a las altas velocidades que se desarrollen por el desnivel entre uno y otro tramo.

FINALIDAD

Conducir agua desde una elevación alta hasta una elevación baja y disipar la energía generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de una caída, se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal.

CRITERIOS PARA SU UTILIZACION

El criterio general que determina la utilización de una caída es cuando el desnivel (H ≤ 4.00m) se presenta en una longitud horizontal muy corta; la condición topográfica y geológica mostrará la utilización de una caída vertical o inclinada. Si la distancia horizontal tiene cierta importancia comparada con el desnivel (H> 4.00m) resulta la rápida.

CLASIFICACIÓN:

Las caídas se subdividen en: verticales e inclinadas.

- Las caídas verticales, son aquellas en que la liga entre ambos tramos de canal, se hace por medio de un plano vertical, en cuyo caso el muro que constituye este plano, tiene que resistir el empuje de tierras.

Recomendación: ∆Z ≤ 2.00 m

Δ Z

CAIDA INCLINADA

s%

s%

- Las caídas inclinadas, son aquellas que unen ambos tramos por un tramo inclinado o rampa, con talud igual al ángulo de reposo del terreno por lo cual basta construir dicho plano como si se tratara de un revestimiento, generalmente en la práctica la inclinación de este plano es de 1.5:1.

Recomendación: ∆Z ≤ 4.00 m

1. CAÍDA VERTICAL

En esta estructura el desnivel entre el tramo de canal superior y el canal inferior se une por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua brinque libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierras, capaz de soportar el empuje que ocasionen éstas.

1.1 Elementos de una Caída Vertical

En el diseño de una caída, se pueden distinguir los siguientes elementos:

1.1.1. Transición de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la sección del canal superior con la sección de control.

1.1.2. Caída en sí: la cual es de sección rectangular y puede ser vertical o inclinada.

1.1.3. Sección de control: es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas.

La sección de control tiene por finalidad, mantener el flujo aguas arriba en régimen tranquilo, de manera que es en la misma sección de control donde ocurre el cambio de régimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad critica.

La sección de control consiste en una variación de la sección del canal en el punto donde se inicia la caída o una rampa en contra pendiente, de manera que la energía en el canal aguas arriba sea igual a la energía en el punto donde se inicia la caída.

1.1.4. Poza o colchón amortiguador: es de sección rectangular, siendo su función la de absorber la energía cinética del agua al pie de la caída.

1.1.5. Transición de salida: une la poza de disipación con el canal aguas abajo.

1.2 Características de la Caída Vertical (Canal rectangular zona de control)

Δ Z

Y

P = r

V2/2g

Yc

Yp Y2

Y1

Ld Lj

12

3.5 Yc

Zona de Control

Cámara de aire

L.E.

L.E.h

Yn

1.3 Condiciones de Diseño:

H

d1

L

P

d2

Q1, S1, d1, A1, V1

Q1, S2, d2, A2, V2

dc

Sección de control

Poza de disipación de energía

1.4 Diseño Hidráulico

En la figura 1, se presenta una caída vertical en un canal con gasto Q; en el primer tramo se tiene “S1” y “n” dados, por lo que quedan definidos “d1”, “A1” y “V1”; sucede lo mismo en el segundo tramo donde “S2” es dado y se obtienen “d2”, “A2” y “V2”. Tramos tienen una plantilla con desnivel igual a H.

Figura 1. Análisis del escurrimiento en una caída vertical.

Si en forma sencilla en el primer tramo se deja escurrir el agua, ésta sufrirá una aceleración, que se traduce en un abatimiento de la superficie libre del agua, llegando a la sección de la caída con el tirante crítico, por lo cual en la zona próxima a la caída se producen velocidades altas que pueden originar erosiones. Como se sabe, el tirante crítico para un caudal dado, es el tirante con el cual la corriente presenta un mínimo de energía específica, este tirante es el que separa el régimen tranquilo o subcrítico del régimen rápido o supercrítico; depende exclusivamente de la geometría de la sección, si se cambia su forma se hace variar el tirante crítico; a esta sección donde forzosamente se presenta este tirante, se le denomina sección de control.

Las mejores condiciones de operación se presentarán cuando se reduzca la sección de control a dimensiones adecuadas, para que el remanso de abatimiento sea el indispensable para la buena circulación.

De acuerdo con el teorema de Bernoulli, se puede determinar la sección conveniente en el sitio de control.

IV. PROCEDIMIETO

V. DISCUSION DE RESULTADOS

El diseño de la caída vertical es para un caudal de 1.668 m3/seg.

Todos los parámetros obtenidos están en función del tirante crítico, es por ello que se debe tener cuidado con este dato.

Los criterios para determinar la utilización de una caída son:

- Relación entre el desnivel (H ≤ 5.00m) y la longitud horizontal.- La topografía - La geología

VI. COCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para el diseño de la caída vertical se agencio del manual del Silbo Agropecuario.

Haciendo uso de las formulas geométricas de canales tanto para el ingreso al vertedero y salida del vertedero

Una caída dentro de una estructura es importante pues conduce agua desde una elevación alta hasta una elevación baja disipando energía y por lo tanto evitando efectos tales como socavación.

En las caídas verticales, la liga entre ambos tramos de canal, se hace por medio de un plano vertical, en las inclinadas por una rampa.

La “diferencia fundamental”, es que en vez del muro de sostenimiento de tierras para la caída inclinada, sólo requiere un canal revestido de poco espesor (10 a 15 cm en concreto).

VII. BIBLIOGRAFIA

Manual de SILBO AGROPECUARIO (CAIDAS)

Manual: criterios de diseños de obras hidráulicas para la formulación de proyectos hidráulicos multisectoriales y de afianzamiento hídrico – Autoridad Nacional del Agua.

Hidráulica II - Pedro Rodríguez R.

Diseño de Estructuras Hidráulicas - ING. Omar Francisco Castro Zevallos