Trabajo de Rapidas

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERÍA DE CIVIL AMBIENTAL AREA HIDRAULICA AUTOR MIGUEL MARTIN ENRIQUE LOZADA SILVA ENRIQUE LOPEZ MESTANZA RÁPIDAS

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HIDRAULICA

Transcript of Trabajo de Rapidas

UNIVERSIDAD CATLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJOFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERA DE CIVIL AMBIENTAL

AREA

HIDRAULICA

AUTORMIGUEL MARTIN ENRIQUE LOZADA SILVAENRIQUE LOPEZ MESTANZA

RPIDAS

CHICLAYO, JUNIO DEL 2015

RPIDAS

Concepto:Cuando el terreno natural por el cual debe pasar un canal tiene una pendiente muy fuerte, para evitar las velocidades excesivas deber proyectarse tramos de canal con pendiente suave ligados por estructuras llamadas cadas.

Propsito:Las rpidas (chutes) son usadas para conducir agua desde una elevacin mayor a una ms baja. La estructura puede consistir de una entrada, un tramo inclinado, un disipador de energa y una transicin de salida.

Descripciones: El tramo inclinado puede ser un tubo o una seccin abierta. Las rpidas son similares a las cadas La parte de la entrada de la estructura transiciona el flujo desde el canal aguas arriba de la estructura hacia el tramo inclinado. Debe proveer un control para impedir la aceleracin del agua y la erosin en el canal. En el caso que la pendiente de la entrada sea suficientemente pronunciada para soportar una velocidad mayor qua la velocidad crtica, debera calcularse dicha velocidad y tirante correspondientes, para determinar la gradiente de energa al inicio del tramo inclinado. El tirante de aguas abajo tambin puede ser provisto por la construccin de un control dentro de la transicin de salida. La prdida de carga en la transicin de salida es despreciable.

SECCION DE CONTROL: es la seccin donde se presenta el cambio brusco de pendiente y se caracteriza por que es esta seccin se produce el tirante critico. RAMPA: es el tramo de canal con pendiente de mayor que la critica presentndose en un escurrimiento de rgimen supercrticoTRAYECTORIA: es una curva parablica que liga la rampa con la parte inicial del colchn de amortiguamiento; de esta manera se evita que el agua se separe de la plantilla produciendo vibraciones y erosin.COLCHON DE AMORTIGUAMINETO: Es un deposito formado en su parte inicial por un plano inclinado 1.5:1 despus por un fondo plano de nivel inferior al canal de salida con el cual se une mediante el escaln

Procedimiento para el diseo1. Seleccionar y disear el tipo de entrada a ser usada. 2. Determinar la gradiente de energa en el inicio de la seccin de la rpida. 3. Calcula las variables de flujo en la seccin de la rpida. 4. Disear la trayectoria y la parte pronunciada de la seccin de la rpida. 5. Asumir una elevacin para el piso de la poza disipadora y calcular las caractersticas del flujo aguas arriba del salto hidrulico. 6. Determinar el gradiente de energa en el canal despus del salto hidrulico. 7. Puede ser necesario asumir una nueva elevacin del fondo de la poza y recalcular los valores arriba mencionados varias veces, antes de que se obtenga una coincidencia de niveles de energa. 8. Revisar por operacin adecuada con capacidades parciales. 9. Determinar la longitud de la poza y la altura de muros de la poza. 10. Disear los bloques de la rpida y del piso, y el umbral terminal o transicin de salida como se requiera. 11. Verificar la posibilidad de la produccin de ondas en la estructura.

Aplicacin:DISEO DE UNA RPIDAEJERCICIO: Disear una rpida para enlazar un desnivel de 22 metros en un canal cuyas caractersticas aguas arriba y abajo son:Q=2 b= 1 z= 1.5s= 1 n=0.02Y= 0.88mV= 0.98E=0.929 mEl perfil del terreno presenta 2 tramos de diferentes pendientes: la superior de 0.25 y la inferior de 0.20m en una longitud de proyeccin horizontal de 50m y 35m respectivamente. (Ver fig. 2)Solucin1. Caractersticas de la Rpida.Con la ayuda del perfil del terreno se definen ciertas caractersticas de la rpida.Pendiente S1= 0.25Pendiente S2 = 0.20Tramo superior L1= 50 mTramo inferior L2=35 mLongitud total= 85 mn=0.015b=1.0mz=1.5 (seccin de rpida: Trapezoidal)El tirante crtico de la seccin de control K - L es: ... (ver fig. 2)Yc= 0.56mVc=1.94 m/segEc= 0.75m2. Clculo de los tirantes de Escurrimiento de la Rpida.Los 85 m de longitud horizontal se han dividido en 17 tramos, cada uno de 5 m.Las longitudes inclinadas sern:a)Para pendiente S1=0.25L=L= 5.1539mb) Para pendiente S2= 0.20L=L= 5.099mSe aplica el teorema de Bernoulli, mediante el mtodo de incrementos finitos.

Tabla 1: TEOREMA DE BERNOULLI POR TRAMOS FINITOS.

Se hace el anlisis para diferentes valores de tirante y caudal constante, puesto que a mayor profundidad la velocidad ir aumentando y el tirante disminuyendo. Se confecciona la TABLA 1, teniendo en cuenta que:

El valor de energa (E) es:

Por lo tanto en Bernoulli debe cumplirse para la igualdad:

Una vez confeccionada la TABLA 1 se procede a graficar los tirantes versus energa en los dos tramos con sus respectivas pendientes:Tirante en el tramo de 50 m de Habindose dividido la longitud total de la poza en tramos pequeos de 5 metros, significa que tendremos que calcular en los 50 metros, 10 tirantes aparte del crtico que ocurre en la seccin K - L.El desnivel entre un tirante y otro ser. 0.25 *5 = 1.25 mEn la figura 3 se ubica el tirante crtico () en el eje de las abscisas, se intercepta en la curva E + y se baja al eje de las abscisas obtenindose el tirante esta operacin se repite 10 veces obtenindose as los 10 tirantes buscados para este tramo siendo el valor de luego se comprueba la ecuacin (A).En el primer tramo de 5 metros se tiene:1.25 + 0.56 + 0.192 = 0.2685 + 1.437 + 0.2965 2.002= 2.002Esto debe cumplirse con los tirantes de los tramos sucesivos, y no vale la pena chequear la igualdad, si se comprueba la elaboracin de la figura 3 est bien hecha.Tirante en el tramo de 35 m de S2= 0.20En este tramo se calcularn 7 tirantes siendo el desnivel entre un tirante y otro: 0.20 *5 = 1.00 mSe procede en forma similar a la anterior, iniciando el clculo con el ltimo tirante del tramo ya calculado, o sea con Y10= 0.18 m utilizando la figura 4.Los tirantes calculados por este mtodo grfico son:Para S1= 0.25 ... Y1= 26.85cm Para S2=0.20 ... Y10=18 cmy2= 22.70 cmy3= 20.70 cmy4= 19.70 cmy5= 19.00 cmy6=18.60 cmy7= 18.35 cmy8= 18.20 cmy9= 18.10 cmy10= 18.00 cmy11= 18.30 cmy12= 18.52 cmy13= 18.68 cmy14= 18.79 cmy15= 18.85 cmy 16= 18.90 cmy 17= 18.93 cm

3. Calculo del colchn amortiguadorSe efecta utilizando el mtodo grfico el cual consiste en trazar las curvas elevacin-tirantes entre las secciones CD - EF y elevaciones tirantes conjugadas menores en el tanque amortiguador. El punto de intercepcin dar la elevacin del tanque y el tirante conjugado menor, ver figura 5.Clculo de la Curva 1:Donde se produce el tirante Y17= 0.1893 m se tiene:Estacin 0 +085A= 0.243 m2V= 8.23 m/sV2/2g= 3.45 mCota fondo= 1505.50 msnmEnerga Esp.= 3.64 mLa elevacin de la lnea de energa en la estacin 0+085 ser:Cota de fondo + Energa especfica1505.50 + 3.64 = 1509.14 mAsumiendo tirantes menores a Y17= 0.1893, calculamos en la energa especfica para los tirantes asumidos y luego sus respectivas elevaciones respecto a la lnea de energa en la seccin CH o estacin 0+085, ver figura 2.A continuacin se elabora la tabla y al graficar los valores de la columna (1) vs (6) se obtiene la curva 1.

Calculo de la Curva 2:se elabora la tabla a partir de la ecuacin de la cantidad de movimiento donde: Q*v/g + A*Y = MY= (y/3) *((2b+T)/(b +T))T= b+ 2zyse grafica los valores de las columnas (1) vs (8) y se obtiene el grfico 6 a partir del cual para cada tirante conjugado menor se obtienen el conjugado mayor y se prepara la tabl 4, donde el valor de la columna (7) se obtiene restando a la elevacin del nivel de energa en el canal aguas abajo (Seccin A-B del grafico 2) el valor de la columna (6) se obtienen as la elevacin correspondiente al tirante Y1 elegido. Al graficar los valores (1) vs (7) de la tabla 4 se obtiene la curva 2 de la figura 5, donde la intercepcin de las curvas 1 y 2 proporciona el tirante conjugado menor Y1=0.145 y la elevacin o cota del fondo del colchn amortiguador, 1502.525m.

En la seccin A-B de la figura 2 se tiene que la elevacin de la linea de energa es:Cota de fondo + y + V2/2g = 1503 + 8.88 + 0.04891Elevacin de la lnea de energa: 1503.9289 m

Bibliografa:1. Cadas y rpidas. Rosell Caldern, Cesar Arturo.2. Estructuras hidrulicas. Arbul Ramos.