INTRODUCCINLas cadas son estructuras que sirven para transportar el agua de un nivel superior a otro nivel inferior y que al hacerlo se disipe la energa que se genera. Existen de varios tipos y estos dependen de la altura y del caudal del agua que se transporta. Existen instituciones como el USBR que han clasificado los tipos de cadas segn os disipadores de energa que presenta de las cuales podemos mencionar por ejemplo el USBR BASIN TIPO I, TIPO II, TIPOIII, etc. Una cada por lo general consta de las siguientes partes: Transicin Aguas arriba, Entrada de la cada, Longitud de transicin, cuenco disipador, salida. Cada una de estas partes tiene sus criterios especiales de diseo, que escapa del alcance de este trabajo no obstante se mencionara ya que son tiles para el diseo de la cada. Las cadas son utilizadas ampliamente como estructuras de disipacin en irrigacin, abastecimiento de agua y alcantarillado y son tambin es necesario en presas, barrajes y vertederos. Aparte de costo, que, evidentemente, ser un factor importante a la hora de disear, es necesario considerar los factores tales como: Facilidad de construccin y la disponibilidad de materiales Rendimiento en sistemas llevando sedimento, los desechos y malas hierbas Capacidad de realizar otras funciones tales como puente

.OBJETIVOSConocer los diversos tipos de cadas y sus caractersticasConocer los criterios de diseo de las cadas.

Lacada hidrulicaes una situacin que se da frecuentemente en canales, cuando se produce un cambio en la profundidad del flujo desde un nivel alto a un nivel bajo. Como consecuencia se verifica una profunda depresin en la superficie libre del agua en el canal. Este fenmeno es consecuencia, generalmente, de un incremento brusco en la pendiente del canal, o en ensanchamiento rpido de la seccin transversal del mismo. En la regin de transicin entre un estado del flujo y el siguiente aparece normalmente una curva en la superficie del agua con la concavidad hacia abajo y luego presenta un punto de inflexin y pasa a tener su concavidad hacia arriba.1El punto de inflexin se encuentra aproximadamente en correspondencia de laprofundidad crtica, en el cual laenerga especficaes la mnima, y el flujo pasa de una situacin deflujo subcrticoa supercrtico.Como caso especial de la cada hidrulica se da la cada libre. Esta situacin se da cuando el fondo del canal tiene una discontinuidad, presenta un salto.

Trabajar en equipo2.ALCANCESEn el presente trabajo solo se comprender el anlisis y el diseo de cadas Tipo yde Tipo verticales y se harn mencin de los otros tipos que por lo general seclasifican por el tipo de Disipadores que tienen.Las cadas verticales son utilizadas cuando se desea decrecer la elevacin en unrango de 3 a 15 pies (1 a 4.5 m) a una distancia relativamente corta. Esto con lafinalidad de dispar la energa, y tambin reducir el poder erosivo del flujo3.FUNDAMENTO TEORICOLA HIDRAULICA DE LA ENERGIA DE DISIPACIONLos conceptos de energa y momentos derivados de las leyes de newton sonbsicos en la mecnica de fluidosENERGIA ESPECFICAPara cualquier seccin de un canal, se llama energa especfica a la energa por unidad de peso del lquido en movimiento con relacin a la solera, como se observaen Figura VIII.1.No es posible predecir el carcter del cambio de la energa especfica entre lassecciones 1 y 2. Es claro que la energa total debe disminuir, pero la energaespecfica puedeaumentar o disminuir dependiendo de otros factores como laresistencia al flujo, la forma de la seccin transversal, etc.

Definiendo la energa especfica como la distancia vertical entre el fondo del canal yla lnea de energa se tiene:E: energa especfica.Y: profundidad de la lmina del lquido.V: velocidad media del flujo.g: aceleracin de la gravedad.En funcin del caudal se tiene:A: reade la seccin hidrulica.Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad deancho,q=Q/b,la ecuacin anterior se transforma as:q: caudal por unidad de ancho.b: ancho de la solera del canal.Para caudal constante y canal rectangular, la energa especfica es funcinnicamente de la profundidad de flujo ysu variacin se muestra en lasiguientefigura:

DISEO DE CAIDAS VERTICALESLas cadas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesarioefectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (unosuperior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo queel agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro desostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.La finalidad de una cada es conducir agua desde una elevacin alta hasta unaelevacin baja y disipar la energa generada por esta diferencia de niveles. Ladiferencia de nivel en forma de una cada se introduce cuando sea necesario dereducir la pendiente de un canal.Una cada vertical esta compuesta por:transicin a la entrada, que une por mediode un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la seccin decontrol.Seccin de control ,es la seccin correspondiente al punto donde se iniciala cada, cercano a este punto se presentan las condiciones crticas.Cada en si , lacual es de seccin rectangular y puede ser vertical o inclinada.Poza o colchnamortiguador,es de seccin rectangular, siendo su funcin la de absorber la energacintica del agua al pie de la cada.Transicin de salida, une la poza de disipacincon el canal aguas abajo.

De la Figura anterior se tiene: d1+ hv1+ D1= dc + hvc + heDonde: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.El segundo miembro de la ecuacin 10-26, se obtiene suponiendo una seccin de control,se calcula el tirante crtico correspondiente as como la velocidad y la carga de velocidadcritica. De acuerdo a las caractersticas de llegada a la seccin, se estiman las perdidas decarga. La suma del segundo miembro se compara con la suma del tirante del canal y sucarga de velocidad.La seccin en estudio se tendr que ampliar o reducir hasta lograr que las sumas seaniguales.Una seccin adecuada y ms sencilla de calcular es la rectangular, esto se logra haciendolos 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 = aceleracin de la gravedad, 9.81 m/s2.La carga de velocidad en la seccin critica esta dada por las siguientes ecuaciones:Para canales trapeciales:

Las cadas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios en la rasante del canal, a fin de disipar energa.Tanto las cadas como las cadas-retenciones debern localizarse inmediatamente aguas debajo de las tomas siempre que no existan circunstancias muy especiales que no lo permitan. Es necesario tambin hacer hincapi en el hecho de que deber tratarse de uniformar la altura de cada en cada uno de los canales.Una cada se compone de las siguientes partes:a) Transicin de entrada (de trapezoidal a rectangular)b) Cada en s, la cual es de seccin rectangular y puede ser vertical o inclinada con pendiente de 1.3 : 1 a 1.5 : 1; utilizaremos estas ltimas ya que permiten un vaciado sin encofrado y una mejor adaptacin de las lneas de flujo a las secciones.c) Pozo amortiguador o colchn; es de seccin rectangular y su funcin es de absorber la energa cintica del agua en el pie de la cada.d) Transicin de salida (de rectangular a trapezoidal)

Por su sencillez para el clculo hidrulico de las cadas, se utilizar el mtodo empleado por el Bureau of Reclamation, a continuacin se describen los pasos a seguir, y con referencia a la figura 4.6.aa) Determinacin de los niveles de energa antes y despus de la cada.E aguas arriba = Elevacin= ElevacinE aguas abajo = Elevacin= Elevacinb) Determinacin de la diferencia de niveles de energa aguas arriba y aguas abajo de la cada F.F = Elevacin- Elevacinc) Determinacin del gasto por metro de ancho q. En secciones rectangulares el gasto por unidad de ancho viene dado por la expresin:por metro de ancho, siendod) determinacin del ancho de la cada J

En caso de que por razones de proyecto sea necesario tomar otro valor del ancho J se tomar este ltimo. As en cadas-retenciones en canales trapeciales J se tomar igual al ancho de la parte central de la retencin. (anexo).

En cadas-retenciones en canales prefabricados J ser igual al ancho total de la cresta vertedora.e) Determinacin de la profundidad crtica dc. Viene dada por la expresin del tirante crtico para secciones rectangulares., siendoEstos valores se encuentran tabulados en la tabla 4.5f) Determinacin de las profundidades aguas arriba del salto y de aguas abajo del salto .Conocida la relacinse entra en la tabla 4.6 Prdidas de energa en saltos hidrulicos y se determina los valoresy, conocida la profundidad crtica dc se pueden determinary.g) Determinacin de la elevacin del pozo.Elevacin del pozo = Elevacin= Elevacin Como una comprobacin se puede calcular de la siguiente forma: Elevacin= Elevacinh) Determinacin de la longitud del pozo amortiguador o colchn. Se tomar para esta longitud un valor recomendado por el Bureau of Reclamation.

i) Determinacin del borde libre en el pozo amortiguador para esto se determina el valor:

Siendoyla velocidad y rea correspondiente al tirante d. Con este valor se entra al figura 4.7 y se encuentra el borde libre del pozo.j) Determinacin de la longitud de las transiciones de entrada y salida. Las transiciones en este caso se calcularn bastante bruscas, formando ngulo de 25 con el eje del canal; con esto tendramos un factor de seguridad ya que el valor de F se reduce si se consideran las prdidas de carga en las transiciones que liberadamente se han despreciado en el clculo.