RESALTO HIDRULICODEFINICIONES- Es el fenmeno en el cual una corriente lquida de gran velocidad en flujo supercrtico, bajo ciertas condiciones, pasa a un flujo subcrtico con una brusca elevacin de la superficie libre.- Es el cambio que se d sbitamente bajo condiciones apropiadas, de unacorriente que fluye rpidamente en un canal abierto a una corriente que fluye despacio con un rea de seccin transversal mayor y una elevacin sbita en el nivel de la superficie del lquido.RESEAHISTORICAHasta 1818, el resalto hidrulico estuvo considerado como un fenmeno complejo y misterioso, pero en este mismo ao, Bidone, realiz las primeras investigaciones sobre el resalto hidrulico, 10 aos ms tarde Belanger, analiz el fenmeno segn el principio de conservacin de energa y despus corrigi su anlisis usando la ecuacin impulso-momentum.Posteriormente numerosos laboratorios e investigadores han realizado estudios sobre su longitud, disipacin de energa, eficiencia, saltos hidrulicos dentro de un canal con expansin gradual, inyeccin de un chorro por la parte inferior del canal, resaltos en canales con pendiente y otros fenmenos que generan caractersticas especficas.En 1934, Yarnell inici un amplio estudio del salto hidrulico en canales con pendiente, que no pudo terminar porque falleci en 1937. Kindsvater (1944), fueel primer investigador que desarroll una solucin racional del problema, utilizando los datos no publicados de Yarnell, Bradley y Peterka. En la actualidad, la solucin analtica del problema comprende la aplicacin de las leyes de la esttica de los fludos, el impulso-momentum y la energa especfica; los resultados obtenidos de estos anlisis tericos presentan un a buena concordancia con los resultados obtenidos mediante observaciones experimentales.GENERALIDADESBajo ciertas condiciones, una corriente lquida de gran velocidad en flujo supercrtico, en un canal abierto pasa a flujo subcrtico con una brusca elevacin de la superficie lquida. En efecto, la corriente de gran velocidad se expansiona y convierte su energa cintica en trmica y potencial.Las perdidas de energa son mayores a medida que la altura del salto es mayor.La distancia que hay desde la cara frontal del salto hasta un punto inmediato sobre la superficie del flujo aguas abajo de la ola asociada con el salto, se denomina longitud del salto hidrulico.En la zona donde se forma el resalto su produce una macro turbulencia y un arrastre de aire hacia el interior de la masa lquida, estas propiedades son aprovechadas para mezclar productos qumicos usados en la purificacin del agua y para airearla cuando va a usarse en abastecimiento urbano.La distribucin de velocidades aguas abajo del resalto no es uniforme, existiendo una mayor velocidad cerca del fondo del canal; en consecuencia, los coeficientes de correccin de velocidad y momentum estn lejos de la unidad, obtenindose resultados ligeramente diferentes a los obtenidos mediante anlisis tericos.En cada punto de la superficie libre del remolino que cubre el salto, el nivel oscila rpidamente; pero el termino medio de ese nivel puede ser considerado constante; ese nivel medio es el que determina la altura de presin sobre el fondo del canal, especialmente si la pendiente es pequea.Los resaltos hidrulicos han sido clasificados por el personal de Bureau of Reclamation, de los estados unidos, desde el punto de vista de la energa disipada en funcin del nmero de Froude (F); dicha clasificacin es la siguiente:- Para F de 1 a 1.7; solo hay una pequea diferencia entre las profundidades conjugadas (las que existen antes y despues del resalto). Se denominan ondas estacionarias.- Para F de 1.7 a 2.5; la superficie del agua es tranquila, la velocidad es uniforme y la prdida de energa es baja. Se denomina pre-resalto.- Para F de 2.5 a 4.5; ocurre un chorro oscilante entre el fondo y la superficie libre. Cada oscilacin produce una onda de periodo irregular la cual puede viajar grandes trayectorias antes de decaer, pudiendo producir grandes daos en el canal, especialmente si no es revestido. Se denomina resalto oscilante.- Para F de 4.5 a 9; se tiene un intervalo de resaltos adecuados. El resalto est equilibrado y su accin es la deseada, siendo la disipacin de energa de 45% al 70%. Se denomina resalto estable.- Para F de 9 en adelante; se generan olas intermitentes, que se desplazan hacia aguas abajo originando una superficie bastante alterada. La disipacin de energa puede llegar al 80%. Se denomina resalto fuerte.TIPOS DE RESALTOS HIDRULICOS

1. Resalto hidrulico en canales rectangulares sin pendiente

Para este tipo de resaltos la relaciones entre las variables se obtienen fcilmente usando las ecuaciones de cantidad de movimiento, energa y continuidad. En estas ecuaciones se supone la velocidad constante en toda la seccin. Debido a la proximidad de las secciones donde las ecuaciones se aplican, se desprecian las prdidas producidas por los efectos de friccin entre el fluido y el canal.

2. Resalto hidrulico en canales rectangulares con pendiente.Si la inclinacin del canal es apreciable no son suficientes las herramientas enunciadas para el caso anterior, ya que interviene en el fenmeno la fuerza de gravedad correspondiente al peso del fluido en la direccin del movimiento. Los anlisis tericos de este tipo de resalto se realizan bajo la suposicin de que en las secciones a y b rige la ley hidrosttica y que el movimiento general es prcticamente paralelo al fondo.3. Resalto hidrulico sumergido

Los resaltos sumergidos suelen formarse aguas debajo de compuertas o esclusas en sistemas de irrigacin, este ocurre si el tirante aguas abajo (y4) es mayor que y2(tirante de salto libre).4. Resalto hidrulico en interfaces de densidad.Sea encontrado que los resaltos hidrulicos pueden tambin ocurrir en internase de densidad dentro de flujos estratificados. Sin embargo este fenmeno denominado salto hidrulico interno, no suele ocurrir en la naturaleza, excepto en la atmsfera y en mareas de estuarios; esta carencia de observacin in situ quiz ocurra por que es un fenmeno interno que no necesariamente produce un efecto notorio en la interfase aire-agua.Los tipos de resaltos hidrulicos internos que pueden presentarse son:

a. cuando la capa 1, pasa de un rgimen interno supercrtico a un rgimen subcrtico por medio de un salto hidrulico interno.

b. cuando la capa 2, pasa de un rgimen interno supercrtico a un rgimen interno subcrtico por medio de un salto hidrulico interno.Para el anlisis de este resalto hidrulico se ignora el esfuerzo cortante interfacial entre las dos capas, se supone que no hay mezcla entre las capas y que todas las distribuciones de presiones son hidrostticas.5. Resalto hidrulico en canales no rectangulares.A los canales no rectangulares que ms se les han hecho estudios son a los trapezoidales, triangulares y los circulares.Para el calculo del resalto hidrulico en estos tipos de canales se han realizado introduciendo en las ecuaciones generales los datos especificados y tanteando hasta que se satisfagan dichas ecuaciones. Tambin pueden emplearse aproximaciones empricas y otras tcnicas analticas. (Mas informacin sobre esto en el libro Hidrulica de Canales Abiertos, de Richard H. French).6. Resalto hidrulico formado en la transicin de un canal.Se ha observado que un flujo supercrtico en un ensanche gradual de un canal, muestra que las lneas de corriente son aproximadamente radiales y que el resalto formado tiene las mismas caractersticas que un resalto circular. Debido a esta similitud, el resalto en un ensanche gradual de un canal, se trata analticamente como una seccin de un resalto circular. Para el anlisis de este resalto se supone que las lneas de corriente son paralelas y otros supuestos necesarios.USOS DE RESALTO HIDRULICOEl salto hidrulico va acompaado de una turbulencia importante y una disipacin de energa. En el campo de flujos en canales abiertos, el salto hidrulico suele tener muchas aplicaciones, entre las que se incluyen:1. La disipacin de energa en flujos sobre diques, vertedores y otras estructuras hidrulicas.2. El mantenimiento de altos niveles de agua en canales que de utilizan para el propsito de distribucin de agua.3. Incremento del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.4. La reduccin de la elevada presin bajo las estructuras mediante la elevacin del tirante del agua sobre la guarnicin de defensa de la estructura.5. La mezcla de sustancias qumicas usadas para la purificacin o el tratamiento de agua.6. La aerificacin de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua.7. La remocin de bolsas de aire con flujos de canales abiertos en canales circulares.8. La identificacin de condiciones especiales de flujo, como la existencia del flujo supercrtico o la presencia de una seccin de control para la medicin de la razn efectividad-costo del flujo.CONTROLES DEL RESALTO HIDRAULICOControlar los resaltos hidrulicos de modo que el flujo supercrtico, no salga de limites pre-establecidos, es de gran importancia para la conservacin de las obras hidrulicas, debido a que puede socavar el canal aguas abajo. Con el fin de controlar los resaltosse usan sobre elevaciones o cadas en el fondo, vertederos de cresta aguda o ancha, dientes en pozos de amortiguacin, inyeccin de flujo por la parte inferior del canal, etc.

De los diferentes mtodos mencionados, el de inyeccin de flujo por la parte inferior parece ser el mas efectivo, debido a que puede seguir controlando el resalto aunque no se produzcan las condiciones de diseo.

Carlos Mario Giraldo

___TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCIN1. CONCEPTOS PREVIOS 12. RESALTO HIDRULICO 32.1 TIPOS DE RESALTO 52.2 CARACTERSTICAS BSICAS DEL RESALTO HIDRULICO 62.3 LONGITUD DEL RESALTO HIDRULICO 72.4 EL PERFIL SUPERFICIAL 83. RESALTO HIDRULICO COMO DISIPADOR DE ENERGA 8IntroduccinEn el control de flujos hidrulicos es frecuente el diseo de estructuras disipadoras de energa. Los cuencos disipadores de energa tienen aplicaciones prcticas e importantes en el diseo de obras hidrulicas entre otras, un cuenco disipa la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidrulicas para que de esta manera se prevenga la socavacin aguas debajo de las estructuras; los cuencos disipadores ayudan a recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para distribucin de aguas, as mismo permiten incrementar el peso sobre la zona de aguas debajo de una estructura de mampostera y reducir la presin hacia arriba bajo dicha estructura aumentando la profundidad del agua en su zona de aguas abajo, y permiten aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducir si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto.Es importante que el ingeniero tenga los conocimientos bsicos para el diseo de estructuras hidrulicas con cambios repentinos de flujo, mediante la determinacin del nmero de froude y los efectos del cambio en las lneas de flujo en un punto especfico de un canal.Se comenta el principio del resalto hidrulico con las caractersticas a tener en cuenta para el diseo de cuencos disipadores y los tipos de resalto, se trata el resalto hidrulico como disipador de energa de forma detalla donde se describen las estructuras controladoras y tipos de cuencos disipadores ms comunes: el cuenco disipador SAF, el USBR tipo II, IV y V los cuales son los mas usados debido a su seguridad y eficiencia.Resalto Hidrulico Como Disipador De Energa Conceptos previosEfecto de la gravedad. El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relacin entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. Esta relacin esta dada por el Nmero de Froude, definido como:

Donde, v es la velocidad de flujo, g es la aceleracin de gravedad y D es la profundidad hidrulica,Donde, A es el rea mojada y T es el ancho de la superficieClasificacin del flujo respecto al rgimen de velocidad1. Flujo Supercrtico: en este estado el papel jugado por las fuerzas inerciales es ms pronunciado presenta una velocidad de flujo muy alta, una profundidad de flujo baja y se genera en condiciones de pendiente alta.1. Flujo Crtico: rgimen de flujo intermedio, se caracteriza por generar alta inestabilidad en el flujo, no es recomendable para el diseo.1. Flujo Subcrtico: en este estado el papel jugado por las fuerzas gravitacionales es ms pronunciado por lo tanto se presenta una velocidad de flujo baja, tiene una profundidad de flujo alta y se genera en condiciones de baja pendiente.Figura 1. Tipos de Flujo respecto al rgimen de velocidad.Para F = 1 el flujo es crtico, cuando F < 1 el flujo es subcritico, y si F > 1 el flujo es supercrtico.Energa especifica.Es igual a la suma de la profundidad del agua ms la altura de la velocidad en una seccin de canal (E = y + V2/2g). Cuando la profundidad de flujo se grafica contra la energa especifica para una seccin de canal y un caudal determinados, se obtiene unacurva de energa especfica; para una energa especfica determinada, existen dos posibles profundidades laprofundidad bajay1 y laprofundidad altay2. La profundidad alta es la profundidad alterna de la profundidad baja y viceversa. En el estado crtico (c) las profundidades alternas se convierten en una la cual es conocida comoprofundidad crticayc. Cuando la profundidad de flujo es mayor que la profundidad critica, la velocidad de flujo es menor que la velocidad critica para un caudal determinado y el flujo es subcrtico. Cuando la profundidad de flujo es menor que la profundidad critica, el flujo es supercrtico. Por tanto y1 es la profundidad de un flujo supercrtico y y2 es la profundidad de un flujo subcrtico (Figura 2)Coeficientes de distribucin de velocidad. Como resultado de la distribucin no uniforme de velocidades en una seccin de canal, la altura de velocidad de un flujo en canales abiertos es por lo general mayor que el valor calculado de acuerdo con la expresin V2/2g. A partir del principio de mecnica, elmomentumde un fluido que pasa a travs de una seccin de canal por unidad de tiempo se expresa por wQV/g,donde es conocido comocoeficiente de momentum, w es el peso unitario del agua, Q es el caudal, V es la velocidad media. El valor de para canales prismticos (canal construido con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante) rectos vara desde 1.01 hasta 1.12. Para canales de seccin transversal regular y alineamiento ms o menos recto, el efecto de la distribucin no uniforme de velocidades en el clculo delmomentumes pequeo y el coeficiente se supone como la unidad. En canales con secciones transversales complejas se requerirn mediciones de la velocidad real para determinar el coeficiente demomentum. El coeficiente por lo general es mayor en canales empinados que en canales con pendientes bajas.Momentum del flujo en canales abiertos. De acuerdo con la segunda ley de Newton, el cambio demomentumpor unidad de tiempo en el cuerpo de agua en un canal es igual a la resultante de todas las fuerzas externas que actan sobre el cuerpo:

Ecuacin de momentumDonde Q es el caudal, w es el peso unitario del agua, V es la velocidad media, P1 y P2 son las presiones resultantes que actan en las dos secciones, W es el peso del agua contenida entre las dos secciones y Ff es la fuerza de friccin y de resistencia totales externas que actan a lo largo de la superficie de contacto entre el agua y el canal.El principio demomentumtiene ventajas de aplicacin a problemas que involucran grandes cambios en la energa interna, como el problema del RESALTO HIDRULICO. Si la ecuacin de la energa se aplica, las prdidas de energa internas desconocidas representadas por hf son indeterminadas y su omisin resultara en error. Si se aplica la ecuacin demomentum, debido a que esta solo tiene en cuenta fuerzas externas, los efectos de las fuerzas internas no tendran que ser evaluados. El trmino para las prdidas por friccin debido a las fuerzas externas es poco importante y puede omitirse debido a que el fenmeno ocurre en un tramo corto del canal y los efectos debido a las fuerzas externas son insignificantes en comparacin con las prdidas internas.Fuerza especfica. Al aplicar el principio de momentum a un tramo horizontal corto de un canal prismtico pueden ignorarse los efectos de las fuerzas externas y del peso del agua. Entonces, = 0 y Ff = 0, y suponiendo 1= 2= 0, la ecuacin se convierte:

Las fuerzas hidrostticas P1 y P2 pueden expresarse como:Donde z1 y z2 son las distancias de los centroides de las respectivas reas mojadas A1 y A2, por debajo de la superficie de flujo. Tambin V1 = Q/A1 y V2 = Q/A2.Luego la ecuacin de momentum puede escribirse como:La fuerza especifica, expresa el momentum del flujo que pasa a travs de la seccin del canal por unidad de tiempo y por unidad de peso del agua y la fuerza por unidad de peso del agua. Si F1 = F2, las fuerzas especficas en las secciones 1 y 2 son iguales, siempre y cuando las fuerzas externas y el peso efectivo del agua en el tramo entre las dos secciones sean insignificantes.Para mantener un valor constante F1, la profundidad de flujo debe cambiar de y1 a y2 con el costo de perder cierta cantidad de energa "E, en el RESALTO HIDRULICO en un fondo horizontal las fuerzas especficas antes y despus del resalto son iguales y la prdida de energa es una consecuencia del fenmeno.Fenmenos Locales.En los canales abiertos a menudo ocurren cambios en el estado de flujo subcrtico a supercrtico o viceversa. Tales cambios se manifiestan con un correspondiente cambio en la profundidad de flujo de una profundidad alta a una profundidad baja, o viceversa. Si el cambio ocurre con rapidez a lo largo de una distancia relativamente corta, el flujo es rpidamente variado y se conoce comofenmeno local. Resalto HidrulicoEl resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad. Este fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico a subcrtico.Este involucra una prdida de energa relativamente grande mediante disipacin en el cuerpo turbulento de agua dentro del resalto. En consecuencia, el contenido de energa en el flujo despus del resalto es apreciablemente menor que el de antes del mismo.La profundidad antes del resalto es siempre menor que la profundidad despus del resalto. La profundidad antes del resalto se conoce como PROFUNDIDAD INICIAL y1, y despus del resalto se conoce como PROFUNDIDAD SECUENTE y2. Entonces, la energa especfica E1 correspondiente a la profundidad inicial y1 es mayor que la energa especfica E2 correspondiente a la profundidad secuente y2 en una cantidad igual a la prdida de energa "E.Figura 2. Resalto hidrulico interpretado mediante las curvas de energa especfica y fuerza especfica.Al establecer una relacin entre las profundidades inicial y secuente de un resalto hidrulico en un fondo horizontal de un canal rectangular, partiendo de las fuerzas especficas en las secciones 1 y 2, antes y despus del resalto se obtiene:

Para un determinado nmero de Froude F1 del flujo de aproximacin, la relacin de la profundidad secuente con respecto a la profundidad inicial est dada por la solucin cuadrtica:El principio de momentum se utiliza debido a que el resalto hidrulico produce una alta cantidad de energa interna que no se pueden evaluar con la ecuacin de energa.Para flujo supercrtico en un canal horizontal, la energa de flujo se disipa a travs de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la direccin del flujo. El resalto hidrulico se formar en el canal si el nmero de Froude F1 del flujo, la profundidad de flujo y1 y la profundidad y2 aguas abajo satisfacen la ecuacin:

Ecuacin del resalto en canales rectangulares horizontalesFigura 3. Relacin entre F1 y y2/y1 para un resalto hidrulico en un canal rectangular horizontal Tipos De ResaltoEl Bureau of Reclamation investig diferentes tipos de resalto hidrulico en canales horizontales, cuya base de clasificacin es el nmero de Froude F1 del flujo entrante:F1 = 1, el flujo es crtico, por lo que no se forma resalto.F1 = 1 a 1.7, la superficie de agua muestra ondulaciones y se presenta elresalto hidrulico ondulante.F1 = 1.7 a 2.5, el ondulamiento de la superficie en el tramo de mezcla es mayor, se presenta una serie de remolinos sobre la superficie del resalto, pero la superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a travs de la seccin es razonablemente uniforme y la prdida de energa es baja. Se presenta elresalto hidrulico dbil.F1 = 2.5 a 4.5, existe un chorro oscilante que entra desde el fondo del resalto hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad. Cada oscilacin produce una onda grande con periodo irregular, muy comn en canales, que puede viajar a gran distancia causando daos ilimitados a bancas de tierra y a enrocados de proteccin. Se produce elresalto hidrulico oscilante.F1 = 4.5 a 9.0, la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurren en la misma seccin vertical. La accin y la posicin de este resalto son menos sensibles a la variacin en la profundidad de aguas abajo. El resalto se encuentra bien balanceado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor. La disipacin de energa vara de 45 % a 70 %. Se presentaresalto hidrulico permanente o estable.F1 " 9, el chorro de alta velocidad choca con paquetes de agua intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del resalto, generando ondas hacia agua abajo. Existe gran ondulacin de la superficie con tendencia de traslado de la zona de rgimen supercrtico hacia aguas abajo. La accin del resalto es brusca pero efectiva debido a que la disipacin de energa puede alcanzar un 85%. Se produce elresalto hidrulico fuerte.En la prctica se recomienda mantener el resalto hidrulico en la condicin de resalto oscilante, por cuanto se trata de un resalto bien formado y accesible en las condiciones de flujo reales, si bien la disipacin que se logra no alcanza los mejores niveles. En los casos de resaltos permanente y fuerte, las condiciones hidrulicas aguas abajo son muy exigentes y difciles de cumplir en la prctica.Figura 3. Tipos de Resalto Hidrulico Caractersticas Bsicas Del Resalto HidrulicoLas caractersticas del resalto hidrulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los lmites permitidos por los materiales que componen el permetro mojado. El lugar geomtrico en el que se presenta el resalto se denomina colchn hidrulico. Se han investigado diferentes formas de colchones hidrulicos con el objeto de lograr una mejor disipacin de energa en una menor longitud. Para el diseo de colchones hidrulicos se consideran los siguientes aspectos.Prdida de energa. En el resalto hidrulico la prdida de energa es igual a la diferencia de las energas especficas antes y despus del resalto

Eficiencia.Es la relacin entre la energa especfica antes y despus del resalto, es una funcin adimensional y depende slo del nmero de Fraude del flujo de aproximacin.

Altura del resalto. Es la diferencia entre las profundidades antes y despus del resalto.

Longitud Del Resalto HidrulicoUn parmetro importante en el diseo de obras hidrulicas es la longitud del resalto, que definir la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de proteccin de la superficie para incrementar su resistencia a las tensiones de corte.La longitud del resalto puede definirse como la distancia medida desde la cara frontal del resalto y1 hasta un punto en la superficie inmediatamente aguas abajo del remolino y2. Los datos experimentales sobre la longitud del resalto pueden graficarse mediante el nmero de Froude F1 contra la relacin adimensional L/ (y2-y1), L/y1 o L/y2. La curva resultante de la grfica F1 versus L/y2 muestra la regularidad de una parte plana para el rango de los resaltos bien establecidos.

Figura 4. Relacin adimensional para la longitud del resalto hidrulico (Bureau of reclamation) El perfil superficialEl conocimiento del perfil superficial de un resalto hidrulico es necesario en el diseo del borde libre para los muros laterales del cuenco disipador donde ocurre el resalto. Tambin es importante para determinar la presin que debe utilizarse en el diseo estructural, debido a que la presin vertical en el piso horizontal bajo un resalto hidrulico es prcticamente la misma que hincara el perfil de la superficie del agua. El perfil superficial de un resalto hidrulico puede representarse mediante curvas adimensionales para varios valores de F1.

Figura 5. Perfiles superficiales adimensionales de resaltos hidrulicos en canales horizontales(Con base en datos de Bakhmeteff-Matzke) Resalto Hidrulico Como Disipador De EnergaEl resalto hidrulico es un medio til para disipar el exceso de energa en un flujo supercrtico debido a que previene la posible erosin aguas debajo de vertederos de rebose, rpidas y compuertas deslizantes, pues reduce rpidamente la capacidad de socavar el lecho del canal natural aguas abajo. El resalto hidrulico utilizado para la disipacin de energa a menudo se confina parcial o totalmente en un tramo del canal que se conoce comocuenco de disipacino cuenco de aquietamiento, cuyo fondo se recubre para resistir la socavacin.Las aplicaciones prcticas del resalto hidrulico son:1. Disipar la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidrulicas, y prevenir de esta manera la socavacin aguas debajo de las estructuras1. Recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para distribucin de aguas1. Incrementar el peso sobre la zona de aguas debajo de una estructura de mampostera y reducir la presin hacia arriba bajo dicha estructura aumentando la profundidad del agua en su zona de aguas abajo1. Aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducir si la profundidad de aguas abajo ahoga el resaltoEn el diseo de un cuenco disipador, se deben considerar los siguientes aspectos:Posicin del resalto. Existen tres modelos alternativos que permiten que un resalto se forme aguas debajo de una fuente (vertedero de rebose, una rpida o una compuerta deslizante):Caso 1: y2 = y2. Este caso representa un modelo para el cual la profundidad de aguas abajo y2 es igual a la profundidad y2 secuente a y1. En este caso se satisface la ecuacin y el resalto ocurrir sobre un piso slido inmediatamente delante de la profundidad y1. Es ideal para propsitos de proteccin contra la socavacin.Figura 6. Efecto de la profundidad de salida en la formacin de un resalto hidrulico aguas debajo de un vertedero o por debajo de una compuerta deslizante, cuando y2 = y2Caso 2: y2 < y2. Representa el patrn para el cual la profundidad de salida y2 es menor que y2. Esto significa que la profundidad de salida del caso 1 disminuye y el resalto se desplazar hacia aguas abajo hasta un punto donde se satisfaga la ecuacin. Este caso debe evitarse en el diseo, debido a que el resalto rechazado fuera de la zona resistente a la socavacin ocurrira en un lecho de cantos rodados sueltos o en un canal desprotegido ocasionando erosin severa. La solucin para el diseo es utilizar cierto control en fondo del canal, el cual incrementara la profundidad de agua y asegurar un resalto dentro de la zona protegida.Figura 7. Efecto de la profundidad de salida en la formacin de un resalto hidrulico aguas debajo de un vertedero o por debajo de una compuerta deslizante, cuando y2 < y2Caso 3: y2 > y2. Este caso representa un modelo en el cual la profundidad de salida y2 es mayor que y2. Esto significa que la profundidad de salida con respecto al caso 1 se incrementa. El resalto se ver forzado hacia aguas arriba, y finalmente puede ahogarse en la fuente y convertirse en un resalto sumergido. ste es el caso ms seguro para el diseo, debido a que la posicin del resalto sumergido puede fijarse con rapidez, sin embargo el diseo no es eficiente, debido a que se disipar muy poca energa.Figura 8. Efecto de la profundidad de salida en la formacin de un resalto hidrulico aguas debajo de un vertedero o por debajo de una compuerta deslizante, cuando y2 > y2Condiciones a la salida. En la mayor parte de los problemas prcticos, la profundidad de agua a la salida flucta, debido a cambios en el caudal de flujo en el canal. En tales casos, se dispone de una curva de calibracin de la profundidad de salida que muestra la relacin entre el nivel de salida y2 y el caudal Q. De la misma manera puede construirse una curva de calibracin del resalto para mostrar la relacin entre la profundidad secuente y2 y el caudal. Leliavsky sugiri que el diseo puede considerarse segn cinco diferentes clases de condiciones.Clase 1. Representa una condicin ideal para la cual las dos curvas de calibracin siempre coinciden. Esto significa que existe el caso 1 en la posicin del resalto y siempre se formar un resalto en el lugar deseado sobre una zona protegida para todos los caudales. Condiciones de esta clase rara vez se encuentran en la naturaleza.Clase 2. Representa las condiciones para las cuales la curva de calibracin del resalto siempre se encuentra en un nivel mayor que la curva de calibracin de profundidad de salida. Esto significa que siempre existe un caso 2 (la profundidad de salida es menor que la secuente) y el resalto se formar en un lugar alejado hacia aguas abajo. Un mtodo efectivo para asegurar que el resalto ocurra en la zona protegida es utilizar bloques para crear un cuenco disipador.Clase 3. Representa las condiciones para las cuales la curva de calibracin del resalto se encuentra siempre a un nivel menor que la de calibracin de profundidad de salida. Esto significa que siempre ocurre el caso 3 (la profundidad de salida es mayor que la secuente) y el resalto se mover hacia aguas arriba y tal vez se ahogar en la fuente y se disipar muy poca energa. Un mtodo efectivo para asegurar un resalto es construir una zona de aproximacin por encima del nivel del lecho del canal. La pendiente de la aproximacin puede ser tal que las condiciones apropiadas para un resalto se desarrollen all para todos los caudales. Otro mtodo es proveer una cada en el fondo del canal para bajar la profundidad de salida.Clase 4. Representa las condiciones para las cuales la curva de calibracin del resalto se encuentra a un nivel mayor que la de calibracin de profundidad de salida para caudales bajos pero a un nivel menor para caudales altos. Un mtodo efectivo para asegurar un resalto es proveer un cuenco disipador para formarlo a bajos caudales y combinar el cuenco con una aproximacin inclinada para desarrollarlo a satisfaccin de todos los caudales.Clase 5. Representa las condiciones para las cuales la curva de calibracin del resalto se encuentra a un nivel ms bajo que la de calibracin de profundidades de salida para caudales bajos pero a un nivel ms alto para caudales altos. Un mtodo efectivo para asegurar el resalto es incrementar la profundidad de aguas abajo lo suficientemente mediante la construccin de una piscina de aquietamiento formndolo as para caudales altos.Figura 9. Clasificacin de las condiciones de profundidad de salida para el diseo de obras de proteccin contra socavacin.Tipos de resalto. Al considerar los diferentes tipos de resalto hidrulico, el U.S Bureau of Reclamation da las siguientes recomendaciones prcticas:1. Todos los tipos de resalto se encuentran en el diseo de cuencos disipadores.1. El resalto dbil no requiere de bloques o consideraciones especiales. Lo nico que se necesita es dar la longitud apropiada al cuenco, la cual es relativamente corta. sta puede determinarse mediante el grfico donde se presenta la relacin adimensional para la longitud del resalto hidrulico.1. El resalto oscilante, encontrado a menudo en el diseo de estructuras de canales, presas de derivacin y obras de descarga es difcil de manejar. En lo posible deben evitarse los resaltos con nmero de Froude dentro del rango 2.5 a 4.5. En muchos casos no puede evitarse el uso de este resalto, pero en otros casos, alterando la dimensiones puede llevarse al rango deseable. Los bloques deflectores o accesorios tienen muy poco valor, las ondas son la principal fuente de dificultad, por consiguiente pueden utilizarse supresores de onda diseados para manejarlas.1. No se encuentra una dificultad particular para el resalto estacionario. Arreglos con deflectores y de bloques son tiles como medios para acortar la longitud del cuenco disipador.1. A medida que el nmero de Froude aumenta, el resalto se vuelve ms sensible a la profundidad de salida. Para nmeros de Froude tan bajos como 8, se recomienda una profundidad de salida mayor que la secuente para asegurar que el resalto permanecer en la zona protegida.1. Cuando el nmero de Froude es mayor que 10, un cuenco disipador de resalto puede no ser lo ms econmico. En este caso, la diferencia entre las profundidades, inicial y secuente es alta y, por lo general se requiere un cuenco muy profundo con muros de retencin muy altos. El costo del cuenco disipador no compensa los resultados obtenidos. Un disipador del tipo cubeta deflectora dar resultados similares a menor costo.yv1QS1Flujo SupercrticovQFlujo Crticoyv2QS1Flujo SubcrticoResalto HidrulicoCurva de Energa EspecficaCECurva de Fuerza EspecficaP2P1P2Profundidad inicialProfundidad crticaE1E2"EQLnea de EnergaE1E2"ECycy2Rango de flujo SubcrticoRango de flujo Supercrticoy2y1yy1ycy2P2P1F1=F2FyValores de y2/y1Valores de F10302826242220181614121086420 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

y1y2 = y2y1y2 = y2y2y1y2y2y1y2y2y1y2y2y1y2y2y2y1y2 = Profundidad secuentey2 = Profundidad aguas abajoNiveles y2 y2Caudal QCaso 1Calibracin del resalto = Calibracin de la profundidad aguas abajoNiveles y2 y2Caudal QCaso 2Calibracin del resalto > Calibracin de la profundidad aguas abajoNiveles y2 y2Caudal QCaso 3