CADASGENERALIDADESConcepto: Son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical (muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan), permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. Finalidad: Conducir agua desde una elevacin alta hasta una elevacin baja y disipar la energa generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de una cada, se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal. Elementos De Una Cada: Vertical En el diseo de una cada, se pueden distinguir los siguientes elementos: 1.0 Transicin de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la seccin de control. 2.0 Cada en s: la cual es de seccin rectangular y puede ser vertical o inclinada. 3.0 Seccin de control: es la seccin correspondiente al punto donde se inicia la cada, cercano a este punto se presentan las condiciones crticas. La seccin de control tiene por finalidad, mantener el flujo aguas arriba en rgimen tranquilo, de manera que es en la misma seccin de control donde ocurre el cambio de rgimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad crtica. La seccin de control consiste en una variacin de la seccin del canal en el punto donde se inicia la cada o una rampa en contra pendiente, de manera que la energa en el canal aguas arriba sea igual a la energa en el punto donde se inicia la cada. 4.0 Poza o colchn amortiguador: es de seccin rectangular, siendo su funcin la de absorber la energa cintica del agua al pie de la cada. Hugo Amado Rojas rubio Estructuras Hidrulicas (apuntes en revisin-2008) Obras de Arte 5.0 Transicin de salida: une la poza de disipacin con el canal aguas abajo.

CARACTERSTICAS DE LA CADA VERTICAL 1.0 Al caer la lmina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cmara, el cual se debe remplazar para evitar la cavitacin o resonancias sobre toda la estructura.2.0 Para facilitar la aireacin se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes:

a) Contraccin Lateral completa en crestas vertientes, disponindose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lmina vertiente.

b) Agujeros de ventilacin, cuya capacidad de suministro de aire en m3/seg/m. De ancho de cresta de la cada.

Donde:d1= Tirante normal en el canal superior, m.hv1= Carga de velocidad en el canal superior, m.D1= Desnivel entre el sitio donde comienza el abatimiento y la seccin de control, cuyo valor se desprecia por pequeo, m.hvc= Carga de velocidad en la seccin de control, m.dc= Tirante critico, m.he= Suma de las perdidas ocurridas entre las dos secciones, m.Una seccin adecuada y ms sencilla de calcular es la rectangular, esto se logra haciendo los taludes verticales. Del rgimen crtico para secciones rectangulares se tiene:

Donde:dc = Tirante critico, m.Q = Caudal que circula por la seccin, m3/s.B = Plantilla de la seccin, m.g = Aceleracion de la gravedad, 9.81 m2/s.La carga de velocidad en la seccin critica esta dada por las siguientes ecuaciones:Para canales trapeciales:

Donde:hvc = Carga de velocidad en la seccin critica, m.A = rea de la seccin, m2.T = Ancho de la superficie libre del agua, m.Para canales rectangulares:

Obtencin de la longitud del colchn, en relacin al perfil de la cada, se tiene la distancia Xn, a la cual va a caer el chorro; es conveniente que este caiga al centro de un colchn de agua que favorezca la formacin de un salto hidrulico, por lo que este colchn tendr una longitud de L = 2*Xn, en la figura siguiente se muestra el perfil de una cada:Xn se determina de acuerdo a las formulas de cada libre.

Donde: F = Distancia vertical entre las rasantes del canal aguas arriba y aguas debajo de la cada, m.P = Profundidad del colchn, m.La profundidad del colchn se obtiene con la expresin: Donde: L = Longitud del colchn, m.

1.2. CRITERIOS DE DISEO DE CADAS VERTICALESSe construyen cadas verticales, cuando se necesitan salvar un desnivel de 1 m como mximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores a 3000 lt/seg.*m de ancho, siempre se debe construir cadas inclinadas, adems manifiesta que la ejecucin de estas obras debe limitarse a cadas y caudales pequeos, principalmente en canales secundarios construidos en mampostera de piedra donde no se necesita ni obras de sostenimiento ni drenaje.Cuando el desnivel es 0.30 m y el caudal 300 lt/seg.*m de ancho de canal, no es necesario poza de disipacin.El caudal vertiente en el borde superior de la cada se calcula con la frmula para caudal unitario q. Siendo el caudal total: La cada vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.Por debajo de la lmina vertiente en la cada se produce un depsito de agua de altura Yp que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo.Rand (1955) citado por ILRI (5) Pag. 209, encontr que la geometra del flujo de agua en un salto vertical, puede calcularse con un error inferior al 5 %, por medio de las siguientes funciones:

Donde: Que se le conoce como numero de salto y

Al caer la lmina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cmara indicada en la figura 1. El cual se debe reemplazar para evitar la cavitacin o resonancia sobre toda la estructura.Para facilitar la aireacin se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes: Contraccin lateral completa en cresta vertiente, disponindose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire de la lamina vertiente.

Agujero de ventilacin, cuya capacidad de suministro de aire en m3/seg.*m de ancho de cresta de la cada, segn ILRI(5) Pag. 210, es igual a:

Donde: Suministro de aire por metro de ancho de cresta Tirante normal aguas arriba de la cada Mxima descarga unitaria sobre la cada

Donde: Baja presin permisible debajo de la lmina vertiente, en metros de columna de agua. (Se puede suponer un valor de 0.04 m. de columna de agua) Coeficiente de prdida de entrada. (Usar Ke = 0.5) Coeficiente de friccin en la ecuacin de Darcy Weisbach. Longitud de la tubera de ventilacin, m. Diametro del agujero de ventilacin, m. Coeficiente de perdida por curvatura. (Usar Kb = 1.1) Coeficiente de perdida por salida (Usar Kex = 1.0) Velocidad media del flujo de aire a travs de la tubera de ventilacin. aproximadamente 1/830 para aire a 20C.