UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

1

RESALTO HIDRAULICO

I. DEFINICION

El 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 y pasa a una zona de baja 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.

El resalto tiene lugar en una longitud relativamente corta y se caracteriza por una fuerte turbulencia. A travs de esta turbulencia se disipa el exceso de energa cintica que posee el agua en la seccin.

La propiedad de mayor utilidad prctica del resalto hidrulico es que a travs de l se puede disipar con xito una cantidad importante de energa indeseada. Esto es aprovechado en la prctica en el diseo de algunas estructuras hidrulicas.

Otra propiedad importante del resalto es el mezclado que se produce en el lquido por efecto de la turbulencia, la cual es aprovechado en algunos procesos industriales.

I.1. TIPOS DE RESALTO HIDRULICO

Estos diferentes tipos de resalto hidrulico en canales horizontales, cuya base de clasificacin es el nmero de Froude en la seccin de aguas arriba.

Es el paso brusco desde un flujo supercrtico a uno subcrtico.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

2

FR1 TIPO CARACTERSTICAS DEL RESALTO ESQUEMA

FR1 = 1 Flujo crtico, por lo que no se forma ningn resalto.

1 < FR1 < 1.7 Ondular La superficie de agua presenta la tendencia a la formacin de ondulaciones. La disipacin de energa es baja, menor del 5%.

1.7 < FR1 < 2.5 Dbil El ondulamiento de la superficie en el

tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Se generan muchos rodillos de agua en la superficie del resalto, seguidos de una superficie suave y estable. La energa disipada est entre el 5%-15%.

2.5 < FR1 < 4.5 Oscilante Presenta un chorro intermitente sin ninguna periodicidad, que parte desde el fondo y se manifiesta hasta la superficie, y retrocede nuevamente. Cada oscilacin produce una gran onda que puede viajar largas distancias. La disipacin de energa es del 15%-45%.

4.5 < FR1< 9.0 Permanent

e o Estable Se trata de un resalto plenamente formado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor, pudiendo variar la energa disipada entre 45 % a 70 %.

FR1 > 9.0 Fuerte Resalto con gran disipacin de energa

(hasta 80 %), gran ondulacin de la superficie con tendencia de traslado de la zona de rgimen supercrtico hacia aguas abajo. Caracterizado por altas velocidades y turbulencia, con generacin de ondas y formacin de una superficie tosca aguas abajo.

I.2. OBTENCIN DEL VALOR DEL RESALTO HIDRULICO: H

Para la determinacin del valor del resalto hidrulico H se aplica la

ecuacin de Bernoulli entre las dos secciones.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

3

Introduciendo la ecuacin de continuidad en la ecuacin

Valor del resalto hidrulico.

Con posteriores transformaciones se llega a la expresin:

I.3. LONGITUD DEL RESALTO HIDRULICO.

Un 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 los esfuerzos cortantes. Los resultados de pruebas experimentales, realizadas en 6 canales de laboratorio, por el Bureau of Reclamation, en donde se relaciona L/Y2 vs FR1, se presentan en la Figura, Silverster (1964) propone una ecuacin emprica para el clculo de la longitud del resalto en canales rectangulares y lechos horizontales relacionada a continuacin:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

4

I.4. EL PERFIL SUPERFICIAL

El 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.

II. ANALISIS DE LA PERDIDA DE ENERGIA Y LA DIMENCION DE LOS TIRANTES DE UN RESALTO HIDRAULICO.

Para analizar el resalto hidrulico se aplican las ecuaciones bsicas del movimiento a un volumen de control que contenga al resalto (se supone un canal de ancho constante b)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

5

Aplicando cantidad de movimiento:

que se puede simplificar como:

Aplicando continuidad

Entre las dos ecuaciones anteriores se llega a:

Para determinar la prdida de energa utilizamos la ecuacin de la energa:

Usando la ecuacin de continuidad se llega a:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA -INGENIERIA CIVIL

6

Esta ecuacin muestra que y2 tiene que ser mayor que y1 para que la disipacin de energa mecnica sea positiva. (Al revs sera imposible pues no hay ningn manantial de energa en el resalto)

Es interesante observar dos aspectos: a. Para F menores que 1 la disipacin de energa es negativa. Por tanto el resalto

hidrulico solo puede ocurrir cuando hay flujo supercrtico, o sea F > 1 y la altura (profundidad) de la superficie del agua tiene que incrementarse.

b. Se produce una disipacin muy pequea para 1 < F < 2. En esta zona el resalto aparece como una serie de ondulaciones estticas en el agua.

Uno de los usos principales del resalto hidrulico es como disipador de energa. Los vertederos y aliviaderos de las presas estn diseados para producir un resalto hidrulico con lo cual el flujo pasa a subcrtico y tiene una velocidad moderada. De lo contrario, la gran energa del agua del vertedero producira una gran abrasin en el lecho del ro y estructuras adyacentes.

III. APLICACIN DE UN RESALTO H

Resalto Hidrulico Como Disipador De Energa

El 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 como cuenco de disipacin o cuenco de aquietamiento, cuyo fondo se recubre para resistir la socavacin.