caidas

Universidad Nacional de Cajamarca

Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

CURSO:

IRRIGACION

TEMA:

CAIDAS VERTICALES

PROFESOR:

ING. BELTAN AMARO BRAVO JIMENEZ

ALUMNO :

MICHA BUENO, Moisés

CICLO:

X

GRUPO:

A

Cajamarca, Noviembre del 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CAIDAS

I. INTRODUCCION

La presencia de algunas depresiones, cursos de agua o accidentes topográficos, incorporan condiciones especiales y particulares a un canal, de manera que será necesario considerar estructuras complementarias, que permitan superar estos obstáculos. Entre los tipos de estructuras más usados se estudiara las caídas.

II. OBJETIVOS

Determinar en qué consiste una caída y cuáles son sus elementos. Aprender a diferenciar en que partes o tipo de topografía va una caída Aprender a diseñar una caída según los requerimientos de la necesarios

III. REFERENCIA TEORICA

1. DEFINICION DE CAIDAS

Son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario salvar desniveles bruscos en la rasante del canal; permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo.El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.La finalidad de una caída es conducir agua desde una elevación alta hasta una elevación baja y disipar la energía generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de una caída, se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal.La caída vertical se puede utilizar para medir el caudal que vierte sobre ella, si se coloca un vertedero calibrado.

2. ELEMENTOS DE UNA CAIDA VERTICAL

En el diseño de una caída, se pueden distinguir los siguientes elementos:

Transición de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la sección del Canal superior con la sección de control.

Sección de control: es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas. La sección de control tiene

IRRIGACION 1


por finalidad, mantener el flujo aguas arriba en régimen tranquilo, de manera que es en la misma sección de control donde ocurre el cambio de régimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad critica. La sección de control consiste en una variación de la sección del canal en el punto donde se inicia la caída o una rampa en contra pendiente, de manera que la energía en el canal aguas arriba sea igual a la energía en el punto donde se inicia la caída.

Caída en sí: la cual es de sección rectangular y puede ser vertical o inclinada.

Poza o colchón amortiguador: es de sección rectangular, siendo su función la de absorber la energía cinética del agua al pie de la caída.

Transición de salida: une la poza de disipación con el canal aguas abajo.

3. CRITERIOS DE DISEÑO DE CAIDA VERTICAL

Se construyen caídas verticales, cuando se necesita salvar un desnivel de un metro como máximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.

SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores de 3000 l /s∗m de ancho, siempre se debe construir caídas inclinadas, además manifiesta que la ejecución de estas obras debe limitarse a caídas y caudales pequeños, principalmente en canales secundarios construidos en mampostería de piedra donde no se necesita ni obras de sostenimientos ni drenaje.

Cuando el desnivel es≤0.30my el caudal ≤300 ls∗m de ancho de canal, no es necesario

posa de disipación. El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula con la fórmula para caudal

unitario “q”.

q=1.48∗H3/2

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Siendo el caudal total:

Q=23∗μ∗B∗√2g∗H 3 /2…………(formula de Weisbach)

μ=0.5

B=anchodecaida

La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua de altura que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.

Por debajo de la lámina vertiente en la caída se produce un depósito de agua de altura y p que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo.

La geometría del flujo de agua de un salto vertical, puede calcularse con un error inferior al 5% por medio de las siguiente funciones:

Ld∆Z

=4.30∗D 0.27

Y P

∆Z=1.0∗D0.22

Y 1∆Z

=0.54∗D1.425

Y 2∆Z

=1.66∗D0.27

LJ=6.9∗(Y 1−Y 1)

Dónde:

D= q2

g∗∆ Z3

Que se le conoce como numero de salto y

cosθ= 1.06

√∆ ZYc

+ 22

Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguiente:

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Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cámara indicada en la figura, en la cual se debe reemplazar para evitar la cavitación o resonancias sobre toda la estructura.

Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguiente:

a) Contracción lateral completa en cresta vertiente, disponiéndose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lámina vertiente.

b) Agujeros de ventilación, cuya capacidad de suministro de aire en m3

s∗m de ancho de

cresta de la caída.

qa=0.1qw

(Y P

Y )1.5

donde :qa=suministrode aire por metro deanchode crestay=tirantenormal aguasarribade la caida

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qw=maxima descargaunitariasobre la caida

pρg

= ρaρw (K e+

fLD

+K b+Kex )(Va)2

2g

Dónde:pρg

=¿ Baja presión permisible debajo de la lámina vertiente, en

metros columna de agua.(se puede suponer un valor de 0.04 m de columna de agua.Ka=¿ Coeficiente de perdida de entrada (usar Ke=0.5).f=¿Coeficiente de fricción de la ecuación de Darcy-Wisbach.

hf =f

LD

∗V 2

2g

L=¿Longitud de la tubería de ventilación, en metros.D=¿ Diámetro del agujero de ventilación, en m.K b= coeficiente de perdida por curvatura (usar Kb=1.1).Kex=¿ Coeficiente de perdida por salida (usar Kex=¿1.0).Va=¿ Velocidad media del flujo de aire atraves de la tubería de ventilación.

pρg

=¿Aproximadamente 1/830 para aire 20 °C .

Ejemplo de diseño de una caída vertical.

DATOS

Desnivel=∆ z=1m

Características del canal aguas arriba y aguas abajo

características del canalcaracterísticas

aguas arriba aguas abajo

Q(m^3/s) 2 2S(1‰) 1 0.7N 0.015 0.015Z(talud) 1 1b(m) 1 1Y(m) 0.85 0.935A(m^2) 1.57 1.81

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V(m/s) 1.27 1.1H(m) "0.85+0.082

=0.932"0.997

SOLUCIONANCHO DE LA CAIDA

q=1.48∗H3/2

q=1.48∗m3

s∗m

B=Qq

= 21.33

B=1.5m

TRANSICION DE ENTRADA

LTe=T 1−T 22∗tan α /2

T 1=B+1.2=2.7m

T 2=B=1.5m

α2=25 °

LTe=1.30≅ 2.0m

DIMENCIONES DE LA CAIDA

q=Qb

= 21.5

q=1.33 m3

s∗m

D= q ²g∗∆ Z ³

= 1.33²9.81∗1³

=0.18m

Ld=∆Z∗4.30∗D 0.27=1∗4.30∗0.180.27=2.8m

Y p=∆Z∗1.0∗D0.22=1∗1.0∗0.180.22=0.69m

Y 1=∆Z∗0.54∗D1.425=1∗0.54∗0.181.425=0.26m

Y 2=∆Z∗1.66∗D0.27=1∗1.66∗0.180.27=1.05m

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Y c=0.56m

L j=5.5m

longitud del estanque=8.2m

resalte=0.9356

=0.16≈0.20m

LONGITUD DEL TRAMO DEL CANAL RECTANGULAR (inmediatamente aguas arriba)

L=3.5Y c

L=1.96≅ 2m

VENTILACIÓN BAJO LA LÁMINA VERTIENTE

qa=0.1qw

(Y P

Y )1.5

qa=0.1 1.33

( 0.690.85 )1.5

qa=0.18 m3

s∗m

Qa=qa∗B=0.18∗1.5

Qa=0.27 m3

s

Asumiendo una longitud de tubería igual a 2 m y un valor f = 0.02 para tuberías de fierro, se tiene:

pρg

= ρaρw (K e+

fLD

+K b+Kex )(Va)2

2g

Qa=14πD 2V a

V a=0.344D2

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V a2

2 g=0.006

D4

Reemplazando valores

2.04= 1830 (0.5+0.02 2D +1.1+1) 0.006D4

5533.3=(2.6+ 0.04D ) 1D4

Resolviendo por tanteos, resulta:

D=0.151m

A=π D2

4

A=0.018m2

IV. CONCLUSIONES

Se pudo definir las caídas como unas estructuras que permiten un cambio brusco de rasante del canal en aquellas tipos de topografía donde la topografía es accidentada.

Se estableció los criterios necesarios para el diseño de las caídas según la autoridad nacional del agua.

V. BIBLIOGRAFIA

APUNTES DE ESTRUCTURAS HIDRAULIDAS, HUGO ARMANDO ROJAS RUBIO, 2008. PAG. 53 DISEÑO DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS, VILLÓN BÉJAR MÁXIMO, INSTITUTO

TECNOLÓGICO DE COSTA RICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA. PRIMERA EDICIÓN, AGOSTO DEL 2000. PAG. 65

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS, GUSTAVO SILVA MEDINA, ÚLTIMA REVISIÓN 2003.

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