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RPIDASVersin 1.0 Noviembre 2010

SOFTWARE PARA EL DISEO HIDRAULICO DE ESTRUCTURAS

DE DISIPACION DE ENERGIA EN CANALES

Por:

Walter Ral Huatuco [email protected]

MANUAL DEL USUARIO

2010


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CONTENIDO

Pg.

I. INTRODUCCIN 03

II. INSTALACION Y REQUERIMIENTOS DEL PROGRAMA 04

III. PANTALLA DE INICIO DE SESIN 05

IV. DESCRIPCION DE LOS MDULOS 05

V. MDULO: RPIDA 06

5.1Descripcin de Mens

VI. MDULO: CAIDA INCLINADA 186.1 Descripcin de Mens

VII. MDULO: CAIDA VERTICAL 28

7.1Descripcin de Mens

VIII.MDULO: CANAL 36

IX. EJEMPLOS DESARROLLADOS CON EL SOFTWARE 38


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I. INTRODUCCIN.-RPIDAS Versin 1.0, es un software para el diseo hidrulico de estructuras de

disipacin de energa en los canales de riego, se considera a las Rpidas, Cadas Inclinadas

y Cadas Verticales.

El diseo hidrulico de las estructuras de disipacin de energa en el caso de las rpidas y

cadas inclinadas se realiza mediante mtodos numricos para la solucin de las ecuaciones

no lineales, por el mtodo de Newton Raphson.

En el diseo se utilizan tanques amortiguadores generalizados desarrollados por la United

States Bureau of Reclamation y Tanque tipo SAF, para la disipacin de energa.

El programa informtico realiza el clculo hidrulico, el dimensionamiento de la estructura

de disipacin de energa, la verificacin del funcionamiento del tanque amortiguador para

diferentes caudales, verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida, muestra

resultados grficamente y en tablas. Asimismo los datos ingresados por el usuario y

resultados se pueden guardar en un archivo que generar el programa y tiene la capacidad

de exportar los datos grficos al AutoCAD 2010.

El software ha sido probado, verificado y comparado con los resultados de los ejercicios y

ejemplos propuestos en diferentes libros y manuales que se presentan en la bibliografa,

para validar los resultados obtenidos con el uso del software, los cuales se anexan al final

del presente documento.

El programa est disponible en una versin 32-bit y es compatible con Windows XP,

Windows Vista y Windows 7.

El Autor


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II. INSTALACION Y REQUERIMIENTOS DEL PROGRAMARequisitos del software:

El software RPIDAS Versin 1.0,es compatible con los sistemas operativos de 32-bit Windows XP, Windows Vista y Windows 7,

Se requiere tener instalado en el sistema la aplicacin del AutoCAD 2010 para la

exportacin de los resultados grficos.

Requisitos de Hardware:

Requerimiento mnimo: PC con Pentium IV, 1Gb RAM, monitor VGA y una

impresora si el usuario desea obtener reportes impresos.

Instalacin del Software

Desde el CD-ROM, la instalacin empieza automticamente en la mayora de las

computadoras cuando en el CD-ROM se inserta el software. Si la instalacin no empieza

automticamente, con el INSTALL.EXE el programa localizar en el CD-ROM el ndice

de la raz, usando el SETUP.EXE.

Una vez completada la instalacin, se puede empezar haciendo doble clic el cono de

RPIDAS,localizado en el grupo de programas.


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Ventana del resultado grfico de la Rpida

Descripcin de la barra de herramientas de la ventana del resultado grfico:

Muestra todo el dibujoZoom aumenta

Zoom disminuye

Muestra el perfil de la poza de disipacin

Muestra la planta de la poza de disipacin

Muestra las secciones transversales de la estructura

Muestra la seccin de control de la rpidaMuestra el grfico y el cuadro de coordenadas de la trayectoria de la rpida

Muestra tabularmente el perfil hidrulico de la rpida

Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora

Windows System.

Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows.

Exporta el dibujo grfico al AutoCAD 2010. Para exportar el dibujo previamentedebe ejecutarse la Aplicacin del AutoCAD 2010.


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Opciones de la ventana para exportar al AutoCAD2010:

Intervalo Vertical: indica el intervalo vertical en que sern mostrados los valores de

las elevaciones en la cuadrcula.

Intervalo Horizontal: indica el intervalo horizontal en que sern mostrados los

valores de las progresivas en la cuadrcula.

Altura de Texto: indica la altura del texto de las elevaciones y las progresivas que

sern dibujados en la el AutoCAD.

Opcin Dibujar Lnea Gradiente de Energa: Permite agregar la Lnea Gradiente de

Energa en el dibujo.

Cuadro de dilogo para exportar dibujo grfico al AutoCAD 2010.


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Resultado del diseo de la Rpida en el AutoCAD 2010

Tabla Perfil Hidrulico de la Rpida.- Abre la tabla que muestra las elevaciones de la

superficie de agua, velocidades, incremento del tirante por la aireacin calculado por el

mtodo del HEC-RAS (Manual de Referencia de Hidrulica del HEC-RAS [10]), entoda la seccin longitudinal de la rpida.


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Cuadro de resultados de perfil hidrulico de la rpida

Secciones Transversales.- Muestra las secciones transversales del canal aguas arriba,

seccin de control, canal de la rpida, poza y canal aguas abajo.


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Cuadro de dilogo para mostrar las secciones transversales

Trayectoria de la Rpida.- Muestra la ecuacin, las coordenadas (X, Y), el P.C.

(Punto comienzo), P.T. (Punto trmino) y el grfico de la trayectoria de la rpida.

Cuadro de resultados muestra el Perfil de la Trayectoria


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Dimensiones de los Bloques del Tanque Amortiguador.- Muestra las dimensiones de

los bloques de impacto provistos en el tanque amortiguador. Est disponible solo para

aquellos tanques que disponen de bloques de impacto: Tanques amortiguadores tipo

USBR I, II, III y Tanque tipo SAF.

Cuadro de resultados del dimensionamiento de los bloques de impacto en el Tanque

amortiguador.

Verificacin del funcionamiento del Tanque.- Las revisiones de la operacin del

funcionamiento del tanque amortiguador para diferentes caudales inferiores al caudal

(Q) de diseo: (0.1Q, 0.2Q,,Q), se compara los niveles de energa a la salida del

tanque amortiguador con el nivel de energa del canal aguas abajo, indicando adems

advertencia o mensajes de error relacionados al clculo de la evaluacin del tanque.


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Estas revisiones se realizan con las dimensiones ya fijadas de la estructura de la Rpida,

haciendo que fluyan diferentes caudales sobre ella.

Cuadro de resultado de evaluacin de la operacin del taque o poza de disipacin.

Verificacin de la Estabilidad del Flujo en el Canal de la Rpida.- Las revisionesde

la formacin de ondas a lo largo del canal de la rpida se realizan utilizando losNmeros de Vedernikov y de Montouri con el procedimiento sugerido por el USBR

(1974) [1] y mediante el uso del grfico mostrado abajo, para caudales 0.2Q, 0.5Q y Q,

donde Q es el caudal de diseo de la estructura.

Criterio para flujo estable (sin ondas)


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Cuadro de dilogo de evaluacin de la estabilidad del flujo en el canal de la Rpida.

Men Opciones:

El Men de Opciones ofrece el acceso necesario al usuario a la pantalla para modificar la

longitud del resalto, bordos libres en el canal y ngulo en las transiciones.

Bordo Libre, Transicin y Tanque Amortiguador.- Abre una cuadro de dialogo que

permite la entrada de los bordos libre del canal, definir el ngulo en las transiciones

modificar parmetros en la frmula del resalto y asimismo fijar lmites mnimos de la

altura de los bloques de impacto en la poza.


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Cuadro de dilogo para modificar bordos libres del canal y el ngulo de las transiciones.


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Cuadro de dilogo del ingreso de datos para el diseo de una poza de disipacin en

rgimen supercrtico.


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Cuadro de dilogo para exportar dibujo grfico al AutoCAD 2010.

Resultado del diseo de la Cada Vertical en el AutoCAD 2010

Secciones Transversales.- Muestra las secciones transversales del canal aguas arriba,

seccin de control, canal de la rpida, poza y canal aguas abajo.


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Cuadro de dilogo para modificar bordos libres y ngulo de la transicin.


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Cuadro de dilogo para modificar constante en la frmula del resalto y la opcin de limitar

la altura de los bloques de impacto en la poza

Cuadro de dilogo para definir el tipo de aireacin o ventilacin de la napa en la cada

vertical.


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Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador Tipo II


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Perfil hidrulico de la rpida

Trayectoria de la rpida


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Verificacin de la operacin de la poza

Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida


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Resumen y comparacin de resultados:

VariablesCalculado en el

libro

Calculado por

el SoftwareObservaciones

Tirante crtico en la seccin de

control (Yc): 0.49 0.494

Tirante al final del canal de la rpida

(yo):0.18 0.1787

Longitud de la Trayectoria(Xo): 3.66 3.80

Tirante conjugado menor(Y1): 0.08 0.0762

Tirante conjugado mayor(Y2): 1.01 1.0277

Longitud de la Poza (Lp): 4.27 2.878

En el libro existe

error de seleccintipo de tanque

Profundidad de la Poza: 0.68 0.38

Cota de fondo de la Poza: 1110.44 1110.74

Nmero de Vedernikov (Nv)

(Q=0,5Qd)2.34 2.3605

Nmero de Montouri (M) (Q=0,5Qd) 0.148 0.151

EJEMPLO Nro 02. Diseo de una rpida propuesto en el libro: Manual de Diseo

Hidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 205, ejercicio 4.25.

Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas

caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:

Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 2.0 m3/s Caudal "Q": 2.0 m3/sAncho "b": 1 m Ancho "b": 1 mTalud Z: 1.5 Talud Z: 1.5Rugosidad "n": 0.020 Rugosidad "n": 0.020Pendiente "s": 0.001 m/m Pendiente "s": 0.001 m/m

Canal de rpida: Poza de disipacin:Ancho "b": 1 m Ancho "b": 1.0 mTalud Z: 1.5 Talud Z: 1.5Rugosidad "n": 0.015Pendiente "s1": 0.25 m/mPendiente "s2": 0.20 m/m


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Planta de la poza de disipacin



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Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida


VariablesCalculado

en el libro

Calculado por


Tirante crtico en la seccin

de control (Yc):0.56 0.5598

Tirante al final del canal de la

rpida (yo):0.1893 0.1901

Longitud de la

Trayectoria(Xo):4.47 4.44

Tirante conjugado

menor(Y1):

0.145 0.1471

Tirante conjugado

mayor(Y2):1.373 1.3604





(Q=0,5Qd)No calcula 5.9215

Nmero de Montouri (M)



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Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador

Resultados con el uso del software:

Seccin de control y tirante crtico


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Seccin longitudinal de la poza de disipacin

Planta de la poza de disipacin


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EJEMPLO Nro 04.Diseo de una rpida propuesto en la Monografa Tcnica UNMSM

[13].

Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas

caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:

Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 0.30 m3/s Caudal "Q": 0.30 m3/sAncho "b": 0.60 m Ancho "b": 0.60 mTalud Z: 0 Talud Z: 0Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.025Pendiente "s": 0.0061 m/m Pendiente "s": 0.012 m/m

Canal de rpida: Poza de disipacin:Ancho "b": 0.30 m Ancho "b": 0.30 mTalud Z: 0 Talud Z: 0Rugosidad "n": 0.01Pendiente "s1": 0.09325 m/m

Perfil longitudinal del canal.

Solucin:


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Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador




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Variables

Calculado

en la

monografa

Calculado por

el Software

Observaciones


de control (Yc):0.4671 0.4671

Tirante al final del canal de la

rpida (yo):0.1821 0.1787

Longitud de la

Trayectoria(Xo):2.63 2.90

Tirante conjugadomenor(Y1):

0.146 0.1395

Tirante conjugado

mayor(Y2):1.109 1.1413






Nmero de Montouri (M)



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EJEMPLO Nro 05.Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Design of Small

Canal Structures[1], Pg. 62.

Disear una cada inclinada para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal

cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:

Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 1.41584 m3/s Caudal "Q": 1.41584 m3/sAncho "b": 1.524 m Ancho "b": 1.524 mTalud Z: 1.5 Talud Z: 1.5Rugosidad "n": 0.025 Rugosidad "n": 0.025Pendiente "s": 0.0005 m/m Pendiente "s": 0.0005 m/m

Poza de disipacin:Ancho "b": 1.9812 mTalud Z: 0


Solucin:


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Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II




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VariablesCalculado

en el libro

Calculado por



de control (Yc):0.3718 0.373

Sobre elevacin (h) en la

seccin de control:- 0.32

Tirante conjugado

menor(Y1):0.0682 0.073

Tirante conjugado

mayor(Y2):

1.194 1.158


En el libro existe

error de seleccin

tipo de tanque



EJEMPLO Nro 06. Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Manual de

DiseoHidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 181, ejercicio 4.22.

Disear una cada inclinada de seccin rectangular para enlazar un desnivel mostrado en el

perfil, en un canal cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:

Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 17.00 m3/s Caudal "Q": 17.00 m3/s

Ancho "b": 3.4 m Ancho "b": 2.0 mTalud Z: 0 Talud Z: 1.5Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.014Pendiente "s": 0.0017 m/m Pendiente "s": 0.0011 m/m



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aSeccin de control y tirante crtico



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DiseoHidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 191, ejercicio 4.23.

Disear una cada inclinada de seccin trapezoidal para enlazar un desnivel mostrado en el


Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 5.00 m3/s Caudal "Q": 5.00 m3/sAncho "b": 2.5 m Ancho "b": 2.5 mTalud Z: 1.5 Talud Z: 1.5Rugosidad "n": 0.035 Rugosidad "n": 0.035Pendiente "s": 0.003 m/m Pendiente "s": 0.003 m/m

Poza de disipacin:Ancho "b": 2.5 mTalud Z: 1.5


Solucin:


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Cadas [4], Pg. 53.

Disear una cada inclinada de seccin trapezoidal para enlazar un desnivel mostrado en el


Aguas arriba: Aguas abajo:Caudal "Q": 5.30 m3/s Caudal "Q": 5.30 m3/sAncho "b": 1.5 m Ancho "b": 1.5 mTalud Z: 1 Talud Z: 1Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.014Pendiente "s": 0.0016 m/m Pendiente "s": 0.0013 m/m



Solucin:


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Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II




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Planta y seccin longitudinal de la cada inclinada


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Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador USBR Tipo II



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