UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL INGENIERA CIVILCRITERIOS CONSTRUCTIVOS DEOBRAS DE ARTE

CURSO: ESTRUCTURAS HIDRULICAS NUEVO CHIMBOTE 2007 OBJETIVOS Objetivos Generales: Conocer los diferentes tipos de obras de arte. Aplicar los criterios para el diseo hidrulico de las diferentes obras de arte de un sistema hidraulico. Objetivos Especficos: Aplicarlos parmetros de diseo, aprendidos y los obtenidos en la teora incluida en el presente trabajo Disear las principales obras de arte como: rpidas, cadas, acueductos, canoas, sifones, vertederos, alcantarillas; etc. OBRAS DE ARTE O ESTRUCTURAS SECUNDARIAS Las obras de arte llamadas tambin estructuras secundarias, constituyen el complemento para el buen funcionamiento de un proyecto hidrulico.Este tipo de estructuras se disean teniendo en cuenta las siguientes consideraciones.- Segn la funcin que desempean- Segn su ubicacin- De acorde a la seguridad contemplada en el proyecto a realizar- El riesgo como factor preponderante ante una probable falla y el impacto que ello cause.CLASIFICACIN:Se clasifican segn la funcin que van a desempear en el proyecto:Estructuras para salvar desniveles Cadas RpidasEstructuras para cruzar depresiones Acueductos SifonesEstructuras para control de gasto Vertederos Medidores ParshallEstructuras para distribucin de gasto Tomas laterales PartidoresEstructuras de seguridad Puente Canal o Canoas Alcantarillas ACUEDUCTOSLa finalidad de un acueducto es pasar agua de un canal de riego por encima de otro canal de riego, un dren o una depresin en la trayectoria, por lo general se usa construcciones de concreto armado.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ACUEDUCTOLa ventaja de un acueducto es que al cruzar el canal o dren se obstaculiza el flujo libre del agua a travs de ellos. La desventaja es que su construccin interrumpe durante el periodo considerable el riego, lo que hace necesarios desvos correspondientes. Adems el acueducto es una solucin es cara y siempre debe verificarse si no hay otra solucin mas barata, como por ejemplo una alcantarilla es el canal o dren por cruzarse. Cuando el caudal de este ltimo la permite.CRITERIOS HIDRULICOSEl criteriohidrulicodeunacueductodeberahacerseantes del diseoestructural. L informacin mnima para el diseo hidrulico consiste en:- Las caractersticas hidrulicas del canal de riego.-Las elevaciones del fondo del canal de riego, tanto aguas arriba como aguas debajo de la estructura.Encuantoalaubicacindel acueductodebeasegurarsequeel flujodeaguahaciala estructura sea lo mas uniforme posible y orientar y alinear el acueducto de tal forma que no sea un obstculo ni para el canal que pasa por el ni para el canal que cruza. En el diseo hidrulico de un acueductose puede distinguir los siguientes componentes:- La transicin de aguas arriba y abajo del acueducto.- El tramo elevado.LA TRANSICINLatransicinaguasarribayabajo del conducto debe producir un cambio gradual dela velocidaddel aguaenel canal mismo, haciael tramoelevado, cambiandotambinla seccin trapezoidal del canal o rectangular si esta fuera del caso. En cuanto ms alta sea la velocidad del agua en el canal, ms importante seria disponer de una buena transicin.LA ENTRADAPorlogenerallas velocidadesdel aguason msaltas enel acueductoqueen elcanal, resultando en una aceleracin del flujo en la transicin de entrada y una disminucin del palode agua en una altura suficiente para producir el incremento de la velocidad necesario y para superar las perdidas de carga por friccin transicin. Cuando se desprecia la perdida de carga por friccin, que generalmente es mnima.CRITERIOS ESTRUCTURALESCondiciones del sueloPara disear una estructura de acueducto se tiene que conocer las condiciones del suelo sobre lo cual se construir la estructura. Se tiene que hacer como mnimo una perforacin en el sitio de construccin de cada obra de arte y hastauna profundidad de por lo menos de dos metros por debajo del nivel de cimentacin de la estructura. Tambin se debe anotar el nivel del mapa fretico encontrado al momento de la perforacin. En base a los datos de perforacin se puede calcular o estimar la capacidad de carga del terreno, y calcular la presin lateral en las paredes.Loa datos necesarios que se tiene determinar o estimar en base de las perforaciones son:- La textura- El peso especifico del material seco.- El peso especifico del material bajo agua- El anulo de friccin interna.- La capacidad portante del suelo.Caractersticas Estructurales.Las caractersticasde los materiales que se usarn en la construccin: concreto, armadura, madera, etc.- Concreto(para concreto armado)- Concreto ciclpeo- Armaduras- Densidad del concreto.Adems se tiene que mencionar el tipo de cemento y el recubrimiento necesario que depende de las condiciones que debe resistir el concreto.Diseo Estructural El diseo estructural del acueducto comprende en tres elementos que forman la estructura, como son:- La caja que conduce el agua o el acueducto.- Las columnas.- Las zapatas.Para cada uno de estos elementos debera verificarse cual seria el caso critico. Para iniciar el clculo de cada elemento, se debe estimar un valor para su espesor. Como valorinicial paralalosaylasvigasdelacajadeacueductoserecomiendatomarun espesor d = 0.15m. , bsicamente por razones constructivas.La caja del AcueductoLa caja consiste de una losa soportada por dos vigas laterales, formando as una canaleta de seccin rectangular para transportar el agua. Las vigas estn soportadas en ambos extremos por las columnas. El caso critico para el diseo es cuando la caja esta llena de agua hasta la parte superior de las vigas laterales, es decir sin considerar el borde libre.El calculo de la caja se hace en dos etapas, considerando primero las cargas en la seccin transversal y luego las cargas que actan sobre las vigas en el sentido longitudinal.Las cargas de seccin transversal.- La presin lateral del agua sobre las vigas.- El peso del agua sobre la losa.- El peso propio de la losa.La ColumnasLa columna transmite las cargas de caja hacia la zapata, y cuenta con una viga en la parte superior, la cual forma el soporte para la caja.Las cargas que actan sobre la columna son:- Las reacciones de las vigas de la caja.- El peso propio.La Zapata La zapata debe transmitir todas las cargas de la estructura hacia el terreno, sin aceptar asentamientos inaceptables. El rea portante de la zapata debe ser suficiente para garantizar dicha transmisin y consecuentemente la presin de la zapata debe ser menor que la capacidad que la carga del terreno, considerando un factor de seguridad mayor de tres metros Criterios de diseoSe disean como un canal Que la pendiente del acueducto sea mayor o igual a la pendiente del canal, para evitar sedimentacin.canal acueductoS S Considerar al acueducto como complemento de la estructura. Se recomienda considerar una seccin rectangular, por fines estructurales Disponer de las estructuras de seguridad. El aliviadero se ubica aguas arriba.A. Procedimiento para el diseo Transiciones. TgB BL5 12 21 2Donde:L: longitud de transicinB1: Ancho del acueductoB2: Ancho del fondo del canal La entrada y=hv+ C2hv= (1 + C2)hvy : Disminucin del pelo de agua (m)hv: Diferencia en la carga de velocidadgV Vhv22122 V1: velocidad del agua en el canal aguas arribaV2: velocidad del agua en el acueductoC2: Coeficiente de prdida en la entradaTipo de la transicin C2C0Curvado 0.10 0.20Cuadrante cilndrico 0.15 0.25Simplificado en lnea recta 0.20 0.30Lnea recta 0.30 0.50Extremos cuadrados 0.30 0.75 Elevacinal inicio del acueductooal final de latransicinde entradaCota B = Cota A + Y1- (Y2 + y)Cota A: Elevacin al inicio de la transicin de entrada Cota B: Elevacin al final de la transicin de entradaY1:Tirante de agua en el canal aguas arribaY2:Tirante de agua en el acueductoY: Disminucin del pelo de agua La salida y=hv+ C0 hv= (1 + C0)hvy : incremento del pelo de agua (m)hv: Diferencia en la carga de velocidadgV Vhv22322 V2: velocidad del agua en el acueductoV3: velocidad del agua en el canal aguas arribaC0: Coeficiente de prdida en la salidaTipo de la transicin C2C0Curvado 0.10 0.20Cuadrante cilndrico 0.15 0.25Simplificado en lnea recta 0.20 0.30Lnea recta 0.30 0.50Extremos cuadrados 0.30 0.75 Elevacin al inicio del acueducto o al final de la transicin de salidaCota D = Cota C- [Y3 - (Y2 + y)]Cota C: Elevacin al inicio de la transicin de salidaCota D: Elevacin al final de la transicin de salidaY3:Tirante de agua en el canal aguas abajoY2:Tirante de agua en el acueductoY: incremento del pelo de agua Borde libre0.15: para tirante de agua hasta 0.40 m.0.25:para tirante de agua desde 0.40 m. hasta 0.60 m.0.30: para tirante de agua desde 0.60 m. hasta 1.50 m. Pendiente del acueductoSr = (Cota B Cota C ) /LSr: pendiente de la rasante del acueductoCota B: Elevacin al inicio del acueducto (msn)Cota C: Elevacin al final del acueducto (msn) Calculo Hidrulico( )n S R AQ/r/ 2 1 3 2Q: Caudal (m3/s)A: rea mojadaR: Radio hidrulicoSr: pendiente de la rasante del acueducton: factor de rugosidad de manning.CADAS Lascadasogradas sonestructuras 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 cada es 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. La cada vertical se puede utilizar para medir el caudal que vierte sobre ella, si se coloca un vertedero calibrado.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 Seccindecontrol:eslaseccincorrespondienteal puntodondeseinicialacada, cercano a este punto se presentan las condiciones crticas. 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. 5.0 Transicin de salida: une la poza de disipacin con el canal aguas abajo. CARACTERSTICAS DE LA CADA VERTICAL1.0 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 deespacio lateral para el acceso de aire debajo de la lamina vertiente.b) Agujeros de ventilacin, cuya capacidad de suministro de aire en m3/seg/m. De ancho de cresta de la cada.5 . 11 . 0

,_

YYqqapwDonde:qa= Suministro de aire por metro de ancho de cresta. Y = Tirante normal aguas arriba de la cada qw= Mxima descarga unitaria sobre la cada.CRITERIOS DE DISEO DE UNA CADANumero de cadas.Longitud e transicin de entrada.Ancho del canal en el tramo de la cada.Disear la poza disipadora en funcin de la altura de cada.Borde libre de la cada.Rugosidad en el funcionamiento de la cada.Ventilacin bajo la lamina vertiente.Verificar que la velocidad del flujo de la cada este en el rango de 0.6m/s < v< (1.5 2)m/s.- Tener cuidado el mal funcionamiento hidrulico del chorro de la cada por que puede producir una gran erosin en el muro vertical.CADAS VERTICALES CON OBSTCULOS PARA EL CHOQUEEl Bureau of Reclamation, ha desarrollado para saltos pequeos, un tipo de cada con obstculos donde choca el agua de la lmina vertiente y se ha obtenido una buena disipacin de energa para una amplia variacin de la profundidad de la lmina aguas abajo a tal punto que puede considerarse independiente del salto.PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO DE UNA CADA SIN OBSTCULO 1. Diseo del canal, aguas arriba y aguas abajo de la cada Utilizar las consideraciones prcticas que existen para el diseo de canales. 2. Clculo del ancho de la cada y el tirante en la seccin de control En la seccin de control se presentan las condiciones crticas. Para una seccin rectangular las ecuaciones que se cumplen son las siguientes: min32E yc g EQbmin3282732232g bQgqyc ,_

nyDc(Numero de cadas verticales)Se puede asumir que nE E min(energa especfica en el canal), para inicio de los clculos realizar la verificacin. Tambin se puede suponer un ancho en la seccin de control de la cada, calcular el tirante crtico y por la ecuacin de la energa calcular el tirante al inicio de la transicin.Existen frmulas empricas para el clculo del ancho de la rpida, las cuales son: De acuerdo a Dadenkov, puede tomarse:

52765 . 0 Q b (Ancho de la cada)

Otra frmula emprica: QQb+11 . 1078 . 18 (Ancho de la cada)Por lo general el ancho de solera con esta ltima frmula, resulta de donde: mayor magnitud que con la frmula de Dadenkov. 3. Diseo de la transicin de entrada Para el caso de una transicin recta la ecuacin utilizada es:

5 . 22 22 1tgT TL Donde: T1 = espejo de agua en el canal. T2 = b = ancho de solera en la cada. 4. Clculo de la transicin de salida Se realiza de la misma forma que la transicin de entrada 5. Dimensiones de la cada(Q < 0.1 m3/s)TOMAS LATERALES Las tomas laterales son estructuras hidrulicas que permiten derivar o captardeterminado caudal desde un canal madre.Una toma lateral consiste en una ventana de ingreso y un conducto corto que descarga al aire libre o hacia una posa disipadora.Estas obras pueden servir tambin para medir la cantidad de agua que circula por ellas. Para obtener una medicin exacta del caudal a derivar, stas tomas se disean dobles, es decir, se utilizan dos bateras de compuerta; la primera denominada compuerta de orificio y la segunda compuerta de torna yentre ellas unespacioque acta cornocmara de regulacin.Toma con doble CompuertaCONSIDERACIONES HIDRULICAS- Las tomas laterales en una red de riego, en especial son colocados en los canales secundarios o terciarios.- Las tomas se instalan normales al canal alimentador, lo que facilita la construccin de la estructura.- Generalmente se utilizan compuertas cuadradas las que se acoplan a una tubera. Lasdimensionesdelascompuertas, son iguales aldimetrode la tubera ysta tendr una longitud variable dependiendo del caso especfico.- cuandolatomatengaqueatravesarunacarreteraocualquierotraestructura, se puedefijar una longitud de 5 m para permitir un sobre ancho de la berma del canal en el sitio de toma por razones de operacin. -TOMA LATERAL MEDIANTEESPIGONESUna toma tpica de agua mediante espigones. Se desva el agua del ro o riachuelo hacia el canal de aduccin, colocando un espign, que consiste de sentados de piedras, en el ro. De acuerdo a las condiciones locales, esta obra de toma puede ser construida con o sin barraje.La bocatoma sin barraje conviene para la captacin de caudales ms pequeos. En perodos de estiaje o de niveles medios de agua, en los cuales el ro lleva ninguno o pocos sedimentos, el canal de aduccin no es afectado por la introduccin de arrastres de slidos. En pocas de crecidas sin embargo, cuando el ro lleva grandes cantidades de acarreo, el espign es destruido, de manera que los sedimentos quedan en el ro, ya que solamente caudales pequeos, en relacin a los caudales del ro, son descargados del canal de aduccin. Luego al descenso de las crecidas, al final de la poca de lluvias, hay que restablecer el espign para garantizar la descarga de agua hacia el canal de aduccin en la subsiguiente poca de estiaje. Esta manera de dimensionamiento de tomas laterales mediante espigones no hace posible averiguar las condiciones hidrulicas exactas de las descargas que entran al canal de agua motriz, puesto que el caudal afluente hacia el canal, guiado por un espign, depende mucho de las condiciones del flujo en el ro (en especial del nivel del agua en el ro). Mediante la aplicacin de las curvas caractersticas del ro y del canal (las relaciones entre niveles y caudales, slo se puede estimar las descargas aproximativas que entran al canal de agua motriz. Estas descargas de agua motriz se las puede averiguar en dependencia de los niveles de agua tanto del ro como del canal que coincide en la zona de la toma, por lo cual es posible deducir el caudal aproximativo correspondiente en el canal de agua motriz. VERTEDERO TIPO "TIROL" (TOMA EN EL LECHO)La bocatoma situada en el lecho capta el agua motriz desde el fondo del ro. Para tal efecto se dispone de un colector fijado en direccin del flujo, siendo cubierto con una rejilla. Las barras de la rejilla se tienden en direccin de la corriente, y las mismas impiden el ingreso de sedimentos ms gruesos al colector, los cuales son evacuados y transportados hacia aguas abajo. Granos con tamaos menores que el espaciamiento de las barras de la rejilla son llevados con el agua derivada por el colector y deben ser separados posteriormente. La estructura ubicada en el lecho puede ser construida al nivel del fondo del ro o erigida del mismo en forma de un vertedero. Consideracionespara el diseo de la toma lateral en el lecho hay que tomar lo siguiente: - Construccin maciza del cuerpo de concreto, ya que la obra est sujeta a grandes fuerzas de abrasin. - Angulo de inclinacin de la rejilla recomendado entre 5 y 35. -Fijacin firme de las barras de rejilla. - Borde suficientemente libre entre nivel de agua en el colector y la cota superior de la rejilla (como mnimo 0.25 t, con t = profundidad mxima del agua en el canal colector). -Pendiente suficiente del colector para la evacuacin de los sedimentos introducidos por la rejilla. El tamao de estos sedimentos est limitado por el espaciamiento entre las barras.-Al dimensionar la toma en el lecho hay que considerar que todo el caudal afluente del ro es tomado hasta llegar al lmite de la capacidad de la rejilla. En caso de que la cantidad mx. Posible de agua captada sea mayor que la descarga en pocas de estiaje, el ro en el tramo aguas abajo queda seco. -Si el caudal afluente sobrepasa el lmite de la capacidad de la rejilla, (por Ej. durante pocas de crecidas), las descargas no derivadas son evacuadas por encima de la rejilla hacia aguas abajo. Por estas razones, la delimitacin de la cantidad mxima de agua motriz es ms exacta mediante una bocatoma en el lecho del ro que mediante un vertedero lateral con barrajes firmes (pero hay que tomar los dispositivos apropiados para la separacin de cantidades mayores de slidos ingresantes al canal colector). Vertedero tipo "TIROL" /toma en el lecho del roCRITERIOS DE SELECCIN PARA LA CONSTRUCCIN DE TOMA LATERALLa toma de agua mediante espign siempre es recomendable para los ros de las Cordilleras peruanas, que llevan grandes cantidades de sedimentos y parcialmente tienen fuertes pendientes, tanto ms cuanto no afectan considerablemente ni el ro ni el rgimen fluvial. Los criterios para la seleccin de la toma en el lecho se los pueden tomar del siguiente Criterios de seleccin Toma en el lecho (vertedero tipo "TIROL")Captacin de agua para la generacin de energa hidroelctricaBien posible en conexin con un desarenadorCaudal de captacin Larejillaenelfondosiempre capta del ro cada caudal afluente hasta llegar al lmite de la capacidad de la rejillaPendiente del ro:- muy fuerte (I > 10 %) hasta fuerte (10 % > I > 1 %):Muyfavorable; estaobrahaprobadosu eficacia debido a su operacin sin mantenimiento, encasodequeseabien construida.- pendiente media (1 % > I > 0.01 %):Desfavorable; sedimentos finos entran en el colector, lo que puede causar fuerte sedimentacindelantedel canal deagua motriz o en el mismo; la disposicin de las facilidades de lavado es ms difcil.- pendiente suave (0.01 % > I > 0.001 %)Desfavorable.Curso del ro:- recto: Muy favorable debido a un paso de agua uniforme por la rejilla- sinuoso Desfavorable, debidoaunpasodeagua no uniforme por la rejilla- bifurcado DesfavorableCaudal slido del ro:-concentracin del materialslido en suspensin:- alta concentracin Menos apropiada- baja concentracin Muy favorable-transporte slido de fondo:- fuerte Bien apropiada en caso de sedimentos gruesos; la evacuacin de sedimentos finos por facilidades de lavado es difcil y costosa- pequeo Bien apropiadaProcedimiento para el diseoEn el diseo de una toma tubular comprende lo siguiente:- Dimetro de la tubera- Longitud de la tubera.- Velocidad en el conducto.- Dimensiones de la caja de entrada.- Sumergencia a la entrada y salida.- Dimensiones de la transicin *Longitud y talud de salida)- Determinar las cotas de fondo.El U.S. Bureanof Reclamation, recomiendaqueparainiciar los clculos se adoptar la velocidad en el conducto (V) = 1.07 m/seg. Adoptar la velocidad en el conducto V = 1.07 m/seg.Clculo del rea de la tubera :Por continuidad: Q = A. V VQA Donde:Q = Caudal a derivar por la toma (m3/seg.)A = rea de la tubera (m2)V = Velocidad en el conducto (m/seg.) Clculo del dimetro de la tubera : A 4D4DA2 Verificar el rea de la tubera :A = D2/4 (m2). Verificar la velocidad en el conducto :V = Q / A (m/seg.) Clculo de la prdida de carga Hidrulica total en la tubera: Prdida en la entrada del tubo (he) :He = Ke x hv ; g 2vhv2Donde:he= Prdida en la entrada del tubo (m)hv= Carga de velocidad en la tubera (m)V= Velocidad en la tubera (m/seg.)Ke =Coeficiente que depende de la forma de la entrada en la tubera.Cuadro N 01: coeficiente en la entrada de la tubera. Prdida en la salida del tubo (hs):h2 = ke x hv (Tomando las mismas consideraciones que en la prdida en la entrada del tubo). Prdida por friccin en los tubos (hf):hf = sf x L; D x PPARRv nsf 1]1

;) (23 / 2Donde:Sf = Pendiente de friccin del tubo (m/m)L = Longitud total de la tubera (m)A = rea hidrulica de la tubera (m2)R = Radio Hidrulico de la tubera (m)P = Permetro mojado de la tubera (m)D = Dimetro de la tubera (m) Prdida de carga hidrulica total (htotal):htotal = he + hs + hfForma de entrada Ke- Compuerta en pared delgada contraccin suprimida en los lados y en el fondo.- Entrada con arista en ngulo recto- Entrada con arista en ngulo redondeado- Entrada con arista completamente redondeada- Entrada abocinada circular- Tubo entrante.1.000.500.230.100.0040.78 Clculo de Sumergencia en la entrada y salida :Sumergencia en la parte superior del tubo:Sme = 1.78 x hv + 0.08Sumergenciaenlasalida(seconsidera4siempreycuandosetrabajeen pulgadas).Sms = 4 = 0.10m. Clculo de los lados de la caja de entrada:a) Ancho de la caja (B):B = D + 0.305D = Dimetro de la tubera en m.b) Carga en la caja (h):Q = 1.84 x b x h 3/2, despejando se tiene:) m (B x 84 . 1Qh32

,_

Clculo de cotas :a) Cotas de entrada de tubera :Nivel mnimo Pelo de Agua canal principal = cota de rasante de canal+ altura mnima de agua.Sumergencia de entrada.Cota parte superior del tubo (Entrada) = Nivel. M.P.A Sme.Dimetro del tubo.Cota Pelo de agua en el tubo de entrada = cota de la partesuperior del tubo tubo.b) Cotas en la salida de la tubera:- Cota de suministro = N.M.P.A - htotal- Sumergencia de salida.- Cota parte superior del tubo de salida (Cst)- Dimetro del tubo.- Cota pelo de agua en el tubo de salida = Cst - tubo- Cotas de caja de entrada.- Seconsidera la cota en la entrada de la tubera incrementndolea stalacarga en la caja.- Cota en la salida del tubo = cota de entrada en el tubo hfPARTIDORESSon estructuras que permiten distribuir el gasto en una canalizacin generalmente en02mdulos. Lospartidorespuedenserpermanentesmviles. Enel ltimo caso los partidores se construyen de elementos metlicos mviles y en los primeros pueden ser de concreto albailera. (Presenta un flujo subcrtico), se disea los partidores como rectangulares.Criterios de diseo- Flujo en el canal subcrtico.- Flujo permanente.- Calcular b1 y b2.- Ancho de cada canal es proporcional al caudal.Q = (by) V = (b1 y1) V1 + (b2 y2) V2Aplicacin:SiQ1 = 30% Q1 = (b1 y1) V1 Q2= 70% Q2 = (b2 y2) V2VERTEDEROSSellamavertederoalaestructurahidrulicasobrelacual seefectaunadescargaa superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas segn las finalidades a las que se destine. Si la descarga se efecta sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse como dispositivosdeaforoenellaboratoriooencanalesde pequeas dimensiones.El vertedero de pared gruesa se emplea adems como obra de control o de excedencias en una presa y como aforador en grandes canales.Elvertederoes una estructura hidrulicadestinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Tiene varias finalidades entre las que se destaca: Garantizar la seguridad de la estructura hidrulica, al no permitir la elevacin del nivel, aguas arriba, por encima del nivel mximo. Garantizar un nivel con poca variacin en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma Constituirse en una parte de una seccin de aforo del ro o arroyo En una presase denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuacin de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.Generalmente se descarganlas aguas prximas a la superficie libre del embalse, en contraposicin de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.Los vertederos sonestructuras que tienen aplicacinmuyextendida entodotipode sistemas hidrulicos y expresan una condicin especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempean funciones de seguridad y control.Un vertedero puede tener las siguientes misiones:- Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el nivel de requerido para el funcionamiento de la obra de conduccin.- Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lmina lquida de espesor limitado. -Enunaobradetoma, elvertedero se constituyeenel rganodeseguridad demayor importancia, evacuandolas aguas enexcesogeneradasdurante los eventosde mximas crecidas.- Permitir el control del flujo en estructuras de cada, disipadores de energa, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc. ClasificacionesLos vertederos pueden ser clasificados de varias formas: Por su localizacin en relacin a la estructura principal: o Vertederos frontales o Vertederos laterales o Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sita fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido: o Vertederos libres, sin control. o Vertederos controlados por compuertas. desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento: o Vertedero de pared delgadao Vertedero de pared gruesao Vertedero con perfil hidrulico desde el punto de vista de la seccin por la cual se da el vertimiento: o Rectangulares o Trapezoidales o Triangulares o Circulares o Lineales, en estos el caudal vertido es una funcin lineal del tirante de agua sobre la cresta desde el punto de vista de su funcionamiento, en relacin al nivel aguas abajo: o Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abajo o Vertedero ahogado Vertederos de pared delgadaLa utilizacindevertederosde pared delgada est limitada generalmente a laboratorios, canales pequeos ycorrientes quenollevenescombros ysedimentos. Los tipos ms comunessonel vertederorectangular yel triangular. Lacaradeaguasarribadebeser instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La estructura delgadaestpropensaa deteriorarse y con el tiempo la calibracin puedeser afectada por la erosin de la cresta.El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeas, porque la seccin transversal de la lmina vertiente muestra de manera notoria la variacin en altura.Larelacinentreladescargaylaalturasobrelacrestadel vertedero, puedeobtenerse matemticamente haciendo las siguientes suposiciones del comportamiento del flujo:1. Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presin vara con la profundidad de acuerdo con la hidrosttica (p = gh).2.La superficie libre permanece horizontal hasta el planodel vertedero ytodas las partculas que pasan sobre el vertedero se mueven horizontalmente (en realidad la superficie libre cae cuando se aproxima al vertedero).3. La presin a travs de la lmina de lquido o napa que pasa sobre la cresta del vertedero es la atmosfrica.4. Los efectos de la viscosidad y de la tensin superficial son despreciables.Estas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal:Ecuacin para un vertedero rectangular de pared delgada:AplicandolaecuacindeBernoulli entrelospuntos1y2sobreunamismalneade corriente, se obtiene:Un coeficiente Cd determinado experimentalmente, se involucra para considerar el uso de las suposiciones, entonces:Cd es conocido como Coeficiente de Descarga.Unvertederorectangular sincontraccinesaquel cuyoanchoesigual al del canal de aproximacin. Para este tipo de vertedero es aplicable la frmula de Rehbock para hallar el valor de Cd:Donde p es la altura de la cresta del vertedero medida desde el piso del canal.Un vertedero rectangular con contraccin es aquel en el cual el piso y los muros del canal estn lo suficientemente alejados del borde del vertedero y por lo tanto no influyen en el comportamiento del flujo sobre l. Para este tipo de vertedero es aplicable la frmula de Hamilton-Smith para hallar el valor de Cd:Ecuacin para un vertedero triangular de pared delgada:Siguiendo el mismo procedimiento anterior y despreciando el valor de v1/2g puesto que el canal de aproximacin es siempre ms ancho que el vertedero, se obtiene la descargaa travs de:(Formula dePoleni-Weisbach) Considerando la Ecuacin de la Energa, a lo largo de una lnea de flujo se presenta un incremento de la velocidad y correspondientemente una cada del nivel de agua. En el coronamiento del vertedero queda el lmite superior del chorro lquido, por debajo del espejo de agua, con una seccin de flujo menor al asumido por Poleni-Weisbach.Vertedero de pared delgada y Condiciones de flujo adoptadas para la Frmula De Poleni-Weisbach Vertederos de pared delgada en funcin de las condiciones de flujo aguas arribaVERTEDEROS DE PARED GRUESA Relacin entre C Y H para vertederos de muro grueso triangularesAforadores ParshallEs una estacin de medicin de gasto muy verstil que se utiliza para hallar la medicin del gasto en canales y obras hidrulicas. Fue desarrollado por Parshall en EE.UU. en base a los fundamentos del venturmeto y d la ocurrencia del flujo crtico en el medidor; permite medir caudales pequeos y elevados desde 10 lt/s hasta 150 lt/s.Su facilidad de instalacin lo hace apropiado para el aforo A. Elementos de un Aforador ParshallDonde:F = Longitud de garganta.G = Longitud de la seccin divergente.K=Diferenciadeelevacinentreel extremomsbajodelacanaletayla cresta.M = Longitud del piso de llegada o acceso.N = Profundidad de la depresin en la garganta, por abajo de la cresta. Seccin convergenteConsiste en dos muros verticales que converge hacia el centro del medidor el fondo de piso de este tramo corresponde a la rasante del canal Garganta del medidorEs la seccin contrada de la estructura, consiste endos muros verticales paralelos, en este tramo el piso presenta un declive. Tramo divergenteEs el tramo desalida del medidor consiste en dos muros verticales y elpiso presenta un ascenso en donde se presenta el establecimiento delflujo critico al inicio de este tramo, adems se tiene dos tanques ubicados convenientemente que permiten leer los tirantes d flujo HA y HB.B. Criterios de seleccin del medidorSe selecciona en base al caudal que se espera medir y al tirante del flujo del canal, la seleccin se hace en base al ancho de la garganta (W).C. Ventajas y desventajas- Ventajas Diseo estndarMayor precisin en la medicin, error 3Fcil instalacinMnima sedimentacin- DesventajasAlto costoSu fabricacin o construccin requiere mano de obra calificadaD. Frmulas utilizadas para el diseoGasto para medidores Parshall0.10 Q 150 m3/sSistema ingls 026 052 14..W .Ha W Q ft3/segSistema mtrico ( )026 057 1281 3 3716 0.W .Ha . W . Q m3/sParshall Sumergidos 70 0.HAHB>Parshall No Sumergidos 70 0.HAHBRPIDAS Definicin Las rpidas son estructuras que sirven para enlazar dos tramos de un canal donde existe un desnivel considerable en una longitud relativamente corta. La decisin entre la utilizacin de una rpida y una serie de cadas escalonadas est supeditada a un estudio econmico comparativo.La rpida es un canal de fuerte pendiente que permite unir una cota mayor con una cota menor de un canal de conduccin. Las rpidas se construyen de diferentes secciones encontrndose las mas comunes la seccin rectangular y trapezoidal, los materiales de construccin de diversos.PARTES DE UN CANAL DE RPIDA1. Transicin entrada y salida.2. Cuerpo de la rpida.3. Posa de disipacin de energa.4. Entrada tramo centro de conexin del canal poza de disipacin.Datos (de campo necesario para el diseo hidrulico) -Se requiere conocer las propiedades hidrulicas y elevaciones de la rasante. -las secciones del canal aguas arriba y aguas abajo de larpida.-un perfil del tramo en la localizacin de la estructuraElementos de una rpidaLos elementosde unarpidasemuestran en lafigura 3.1, la cual estCompuesta de: TransicindeEntrada::unepor mediodeunestrechamientoprogresivolaseccindel canal superior con la seccin de control. Seccin de Control:: es la seccin correspondiente al punto donde comienza la pendiente fuerte de larpida, mantenindoseenestepuntolascondicionescrticas. Enlarpidageneralmentese mantiene una pendiente mayor que la necesaria para mantener el rgimen crtico, por lo que el tipo de flujo que se establece es el flujo supercrtico. Canaldelarpida:eslaseccincomprendidaentrelaseccindecontrol yelprincipiodela trayectoria. Puedetenerdeacuerdoalaconfiguracindel terrenounaovariaspendientes. Son generalmente de seccin rectangular o trapezoidal. Trayectoria:es la curva vertical parablica que une la pendiente ltima de la rpida con el plano inclinado del principio del colchn amortiguador. Debe disearse de modo que la corriente de agua permanezcaencontactoconel fondodel canal ynoseproduzcanvacos. Si latrayectoriase calcula con el valor de la aceleracin de la gravedad como componente vertical, no habr presin del agua sabre el fondo y el espacio ocupado por el aire aumentar, imitndose as la capacidad de conduccin del canal, por lo que se acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la aceleracin de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad para que la lmina de agua se adhiera al fondo del canal. Tanque amortiguador, colchn disipador o poza de disipacin: es la depresin (le profundidad y longitud suficiente diseada con el objetivo de absorber parte de la energa cintica generada en la, rpida, mediante la produccin de! resalto hidrulico, y contener este resalto hidrulico dentro de la poza. Se ubica en el extremo inferior de a trayectoria. Transicin de salida: tiene el objetivo de unir la poza de disipacin con el canal aguas abajo. Zona de proteccin: con el fin de proteger el canal sobre todo si es en tierra, se puede revestir con mampostera. Figura 3.1Diseo de una Rpida Procesos Clculo utilizando el anlisis del flujo en un perfil longitudinal con tramos de pendiente fuerteycalculandolascurvasderemanso. Parasimplificar clculos sepuedeusar el software HCANALES. Procedimiento, el indicado a continuacin: Condiciones de diseo rpida para caudal pequeo < (5 7) m3/s.- No hay curva parablica de conexin.- Taludpendiente cero aguas abajo al final de poza disipadora.PASOS A SEGUIR EL DISEO1. Disear las transiciones de entrada y salida.2. Identificar la seccin del control de flujo.3. Diseo del cuerpo del canal en rpida.4. Diseo de la poza de disipacin de energa.5. Control de velocidades y el tirante del flujo en el canal de rpida.6. Verificar: El flujo en el canal en rpida es no uniforme y/o no permanente.Procedimiento para el diseo de una rpida. 1. Diseo del canal, aguas arriba y aguas abajo de la rpida Utilizar las consideraciones prcticas que existen para el diseo de canales. 2. Clculo delancho de solera en la rpida y el tirante en la seccin de control En la seccin de control se presentan las condiciones crticas, para una seccin rectangular las ecuaciones que se cumplen son las siguientes: min32E yc32232g bQgqyc g EQbmin32827Se puede asumir que nE E min(energa especfica en el canal), para inicio de los clculos realizar la verificacin. Tambin se puede suponer un ancho en la seccin de control de la cada, calcular el tirante crtico y por la ecuacin de la energa calcular el tirante al inicio de la transicin.Existen frmulas empricas para el clculo del ancho de la rpida, las cuales son: De acuerdo a Dadenkov, puede tomarse:

Otra frmula emprica: QQb+11 . 1078 . 18 (Ancho de la rpida) 3. Diseo de la transicin de entrada Para el caso de una transicin recta la ecuacin utilizada es: 5 . 22 22 1tgT TL Donde: T1 = espejo de agua en el canal. T2 = b = ancho de solera en la rpida. 4. Clculo de la transicin de salida Se realiza de la misma forma que la transicin de entrada 5. Verificar velocidades.6. Verificar borde libre7.Comprobar o verificar supresiones en fondo del canal.8.Calcular el tirante al final de la rpida.PUENTE CANAL O CANOADefinicin El puente canal o acueducto, es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresin. La depresin puede ser otro canal, un camino, una va de ferrocarril o un dren. El puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto, hierro, madera u otro material resistente, donde el agua escurre por efectos de la gravedad. Son las obras mediante las cuales es posible cruzar un canal con cualquier obstculo que se encuentra a su paso. una depresin o sobre elevacin natural o artificial del terreno Para salvar el obstculo, se debe recurrir a una estructura de cruce que puede ser: puente canal sifn invertido alcantarilla tnelEleccin del tipo de estructura En cada caso se debe escoger la solucin ms conveniente para tener un funcionamiento hidrulico correcto, la menor prdida de carga posible y la mayor economa factible. 1.Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstculo, se puede utilizar una alcantarilla, y si el obstculo es muy grande se puede usar un tnel. 2. Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstculo, se puede utilizar como estructura de cruce un puente canal o un sifn invertido. 2.1El puente canal se puede utilizar cuando la diferencia de niveles entre la rasante del canal y la rasante del obstculo, permite un espacio libre suficiente para lograr el paso de vehculos en el caso de caminos o ferrocarriles; el paso del agua en el caso de canales, drenes, arroyos ros. 2.2 El sifn invertido se puede utilizar si el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstculo, y no se tiene el espacio libre suficiente para lograr el paso de vehculos del agua. Elementos hidrulicos de un puente canal Enel diseohidrulico, como semuestra enla figura 7.2, se puedendistinguir los siguientes componentes: 1.Transicindeentrada,uneporunestrechamientoprogresivoel canal conel puente canal, lo cual provoca un cambio gradual de la velocidad del agua en el canal. 2.Conducto elevado,generalmente tiene una seccin hidrulica ms pequea que la del canal. Lapendientedeesteconducto, debeajustarselomsposiblealapendientedel canal, a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo. Debe procurarse que en el conducto el flujo sea subcrtico, 3. Transicin de salida, une el puente canal con el canal. CONSIDERACIONES PARA EL DISEO HIDRULICO 1. Material El material utilizado para la construccin del puente canal puede ser:concreto, madera, hierro, u otro material duro, lo cual nos permite elegir el coeficiente de rugosidad. 2. Forma de la seccin transversal Por facilidades deconstruccin seadopta una seccinrectangular, aunquepuede ser semicircular o cualquier otra forma. 3. Ubicacin de la seccin de control Por lo general, un puente canal cuya vista en planta se disea para las condiciones del flujo subcrtico (aunque tambin se puede disear para flujo supercrtico), por lo queelpuentecanalrepresenta unasingularidaden elperfillongitudinaldel canal,quecrea efectos hacia aguas arriba. 4. Diseo del conducto elevado Por condiciones econmicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo subcrtico. A fin de que las dimensiones sean las mnimas posibles se disea para condiciones cercanas a las crticas.Para una seccinrectangular, encondiciones crticas se cumplenlas siguientes ecuaciones: min32E yc g EQbmin328275. Clculo de la transicin de salidaPara el caso de una transicin recta la ecuacin utilizada es:

5 . 22 22 1tgT TL Donde: T1 = ancho de solera el conducto. T2 = b = = espejo de agua en el canal.La transicin de entrada se disea en forma similar, siendo:32232g bQgqyc T1 = espejo de agua en el canal. T2 = b = ancho de solera el conducto.6. Clculo de las prdidas en las transicionesLas prdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las prdidas por cambio de direccin, siendo su ecuacin: vh K h 2 1Donde: 2 1h= prdidas por transicin entre 1 y 2 K = coeficiente de prdidas en la transicin, puede ser: Ke = coeficiente de prdidas en la transicin de entrada Ks = coeficiente de prdidas en la transicin de salida vh = diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo Tipo de transicinKeKs Curvado Cuadrante cilndrico Simplificado en lnea recta Lnea recta Extremos cuadrados 0.10 015 0.20 0.30 0.3O 0.20 0.25 0.30 0.50 0.75 SIFONES Los sifones son conductos cerrados que trabajan a presin, se utilizan para conducir el aguaenelcrucedeuncanal conunadepresintopogrficaenlaqueestubicadoun camino, una va de ferrocarril, un dren o incluso otro canal. Con el fin de que el sifn funcione adecuadamente, es necesario que la tubera de salida del sifn este ubicado a un acota mas baja que de la tubera de entrada, con una caida por lo menos igual a las perdidas de energa por friccin y accesorios a travs del sifn.Partes de un sifn: 1. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada Desarenador 2. . Conducto o barril 3. Desarenador 4. Transicin de entrada 5. Desage de excedencias 6. Registros para limpieza y vlvulas de purga 7. Transicin de salidaNo siempre son necesarias todas las partes indicadas pudiendo suprimirse algunas de ellas. 1. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada Por facilidad de construccin se localizan a la entrada del conducto, o sea al finalizar la transicin de entrada.La compuerta de emergencia consiste en una o varias compuertas deslizantes o agujas de madera que corren sobre ranuras hechas en las paredes laterales o enviguetas dehierroyqueenunmomentodeterminadopuedancerrar laentradaal conducto para poder hacer limpieza o reparaciones al mismo.Larejilladeentradaseacostumbrahacerlaconvarillasde3/8dedimetroovarillas cuadradas de 0.95 x 0.95 (3/8 x 3/8) colocados a cada 10 cm., y soldadas a un marco de 2.54 x 1.27 (1 x 1/2). Su objeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetos extraos que impidan el funcionamiento correcto del conducto. La rejilla permite tambin proteger a las personas que por una u otra razn estn usando el canal.2. Conducto o barrilForma la parte ms importante y necesaria de los sifones. Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchn mnimo de 1 m en las laderas y de 1.5 m en el cruce del cauce para evitar probables fracturas que pudieran presentarse debido a cargas excesivas como el paso de camiones y tractores. Seccin transversal Por cuestiones de construccin pueden ser: 1. Cuadradas 2. RectangularesH/B = 1.53. Circulares Velocidades en el conducto Las velocidades de diseo en sifones grandes es de 2 a 3m/seg, mientras que en sifones pequeos es de 1.6 m/s. Un sifn se considera largo, cuando su longitud es mayor a 500 veces el dimetro. Funcionamiento El sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. Ahogamiento > 10 % , puede tenerse ahogamiento las perdidas totales. 3. Desarenador Consiste en una o varias compuertas deslizantes colocadas en una de las partes laterales, que descargan a un canal con pendiente superior a la del propio canal. Sirven a la vez para desalojar el agua del sifn, cuando por reparaciones en ste sean cerradas las compuertas o agujas de emergencia, se recomienda hacerlos de las dimensiones convenientes para que pase el caudal por desalojar y unirlos al canal colector de la obra de excedencias. Conviene localizarlo antes de la transicin de entrada. 4. Transiciones de entrada y salida Como enla mayoradeloscasos, la seccin del canal es diferente a la adoptada en el conductoobarril, esnecesarioconstruir una transicin de entrada y otra de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda. 5 . 22 22 1tgT TLEn eldiseode una transicinde entrada y salida es generalmente aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifn un poco ms abajo de la superficie normal del agua. Esta prctica hace mnima la posible reduccin de la capacidad del sifn causada por la introduccin del aire. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifn se recomiendaqueestcomprendidaentreunmnimode1.1hyunmximode1.5h.donde: Hv = carga de velocidad5.Desage de excedencias Es una estructura que evita que el nivel del agua suba ms de lo tolerable en el canal de llegada, evacuando el caudal que no pueda pasar por el sifn. Generalmente consiste en un vertedor lateral construido en una de las paredes del canal.Para el caudal normal, la cresta del vertedor estar al nivel de la superficie libre del agua. 6.Registro para limpieza y vlvula de purga Se coloca en la parte ms baja del barril, permite evacuar el agua que quede almacenada en el conducto cuando se deja de usar el sifn, con fines de limpieza o reparacin, y consistir envlvulasdecompuertadeslizante, delasdimensionesqueseestimeconvenientede acuerdo con el caudal a desalojar. Se pueden usar para desalojar lodos. Algunas veces estas vlvulasno sepueden colocaren la parte ms baja del sifn por tratarse del fondo del cauce del ro por salvar, habiendo necesidad cuando se presente el caso, de alguna bomba quesuccioneel aguarestante. Estasvlvulasseprotegenpormediodeunregistrode tabique o concreto que llega hasta la parte superior del terreno. Deben abrirse gradualmente para evitar aumentos de velocidades fuertes en las tuberas.Clculo hidrulico de un sifn Prdidas de carga por transicin de entrada y salida Con el plano a curvas de nivel y el perfil del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifn y se procede a disear la forma y dimensiones de la seccin del conducto ms econmica y conveniente, estoseobtiene despus dehacer varios tanteos, tomandoencuenta las prdidas de carga que han de presentarse.Las dimensionesdelaseccintransversaldelconducto dependen del caudalquedeba pasar y de la velocidad que se pueda dar. En sifones grandes se considera una velocidad conveniente de agua en el barril de 2 a 3 mIs que evita el depsito de azolve en el fondo delconductoyquenoestan grande que pueda producir la erosin del materialdelos barriles. Cuando por las condiciones del problema, no sea posible dar el desnivel que por stas limitaciones resulten, se pueden reducir las prdidas, disminuyendo prudentemente la velocidad del agua, teniendo en cuenta que con esto se aumenta el peligro de asolvamiento del sifn, por lo que habr necesidad de mejorar las facilidades para limpiar el interior del barril.El sifn funciona por diferencia de cargas, sta diferencia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de cargas AZ debe ser mayor o igual que las prdidas totales. Prdidas en el sifnLas principales prdidas de carga que se presentan son: 1. Prdidas por transicin de entrada y salida 2. Prdidas en la rejilla 3. Prdidas de entrada 4. Prdidas por friccin en el conducto o barril 5. Prdidas por cambio de direccin o codos 6. Prdidas por vlvulas de limpieza 7. Prdidas por ampliacin Perdidas de carga por transicin de entrada y salida.( )gv vhle21 . 02122( )gv vhls22 . 02423Donde:hie = prdida por transicin de entrada h1 = prdida por transicin de salida V1 = velocidad en seccin 1 de la transicin, de entrada. v2 = velocidad en seccin 2 de la transicin, de entrada. V3 = velocidad en seccin 3 de transicin de salida. v4 = velocidad en seccin 4 de transicin de salida. Prdidas por rejillas Cuando la estructura consta de bastidores de barrotes y rejillas para el paso del agua, las prdidas originadas se calculan con la ecuacin: gvK hn222Donde:K= coeficiente de prdidas en la rejilla A= rea neta de paso entre rejillas Ag = rea bruta de la estructura y su soporte, que quede dentro del rea hidrulica v= velocidad a travs del rea neta de la rejilla dentro del Prdidas de carga por entrada al conducto gvKe h223Donde: h3= prdida de carga por entrada al conducto y = velocidad del agua en el barril Ke -coeficiente que depende de la forma de entradaV -Velocidad del agua en el barril. Valores de Ke Compuerta en pared delgada contraccin suprimida enlos lados y en el fondo 1 .00 Para entrada con arista en ngulo recto0.5 Para entrada con arista ligeramente redondeada0.23 Para entrada con arista completamente redondeada R/D =0.15 0.10 Para entrada abocinada circular0.004 4. Prdidas por friccin en el conducto Una frmula muy empleada para determinar las prdidas por friccin es la de Manning: 21321S RnvLRvnSL hf232

,_

Donde:hf= prdidas por friccin n= coeficiente de rugosidad S= pendiente de la lnea de energa y= velocidad del agua en el conducto R=radio hidrulicoL = longitud total del conducto Prdidas de carga por cambio de direccin o codos gvkc h2 9025Donde:h5 = prdida de carga por cambio de direccin = ngulo de deflexin kc = coeficiente para codos comunes = 0.25 Prdidas por vlvulas de limpieza Lasprdidasdecargaqueseoriginanenlossifonesporel hechodeinsertarlateralmenteuna tubera en la que se coloca una vlvula para desage y limpieza se deben considerar como prdidas por bifurcacin de tuberas.Esta prdida existe an cuando una de las partes est cerrada por la vlvula, ya que se forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de que se considera muy pequea y no se ha podido evaluar se olvida. Perdidas por ampliacin (prdidas por salida) Algunas veces por exigencias topogrficas no es posible localizar una transicin a la salida del sifn para el cambio de seccin, hacindolo en una caja, de la cual saldr el agua al canal. La prdida de carga ser motivada por ampliacin brusca en la seccin y se aplica la frmula de Borda. ( )gv vh222217Donde:h7 = prdida de carga por ampliacin bruscav1 = velocidad en el sifn v2 = velocidad aproximada en la caja ALCANTARILLASA. Consideraciones hidrulicasEl escurrimiento a travs de una alcantarilla generalmente queda regulado por los siguientes factores: Pendiente del lecho de la corriente aguas arriba y aguas abajo del lugar Pendiente del fondo de la alcantarilla Altura de ahogamiento permitido a la entrada Tipo de entrada Rugosidad de las paredes de la alcantarilla Altura del remanso de salidaTodos los factores se combinan para determinar las caractersticas del flujo a travs de la alcantarilla. Para el diseo de una alcantarilla el proyectista deber considerar: El caudal de diseo La altura de agua permisible a la entrada La altura de agua a la salida La pendiente con que se colocar el conducto Su longitud El tipo de entrada Longitud y tipo de transiciones La velocidad del flujo permisible a la salidaB. Consideraciones de diseoLas siguientes consideraciones para el diseo de una alcantarilla son proporcionadas por el Bureau of Reclamation: Las alcantarillas son diseadas para una presin hidrosttica interna mnima, es decir, el gradiente hidrulico est un poco por encima de la parte superior del tubo y a veces dentro del tubo mismo. La eleccin del dimetro de la alcantarilla, se hace en funcin del caudal de tal formaquenosobrepaselavelocidadadmisible, Conlatablasepuede definir el dimetro para:- Una velocidad mxima admisible de 1.06 mIs (3.5 pies /s), para una alcantarilla con transicin en tierra, tanto a la entrada como para la salida.- Una velocidad mxima admisible de 1.5 mis (5 pies/s), para una alcantarilla con transicin de concreto, tanto para la entrada como para la salida.Datos para la seleccin del dimetro de tuberas Lamximaelevacindelnivel delaguaenlaentradadelaalcantarillaes igual al dimetro de la tubera ms 1.5 la carga de velocidad en la alcantarilla es decir:D + 1.5hv.Donde: La pendiente mnima de la alcantarilla es de 0.005 (S0 = 5%). Cobertura de tierra mnima entre la corona del camino y el tubo:-En carreteras principales y ferrocarriles coberturas mnimas de 0.90 m.(3 pies).- En carreteras con parcelas, coberturas mnimas de 0.60 m(2 pies). Talud a la orilla del camino: 1.5:1 Las transiciones reducen las prdidas de carga y previenen la erosindisminuyendo los cambios de velocidad.Las transiciones pueden hacerse de concreto, tierra y suelo - cemento.Las transiciones de Concreto son necesarias en los siguientes casos:- En los cruces de ferrocarriles y carreteras principales.- En las alcantarillas con dimetro mayor de 36 pulg. (9 1.44 cm).- En las alcantarillas con velocidades mayores de 1.06 mIs (3.5 pies/s).La pendiente mxima de la transicin admite un talud de 4:1 Collaresqueincrementanlalongituddel movimientodel aguaatravsdelexterior del tubo. Lasprdidas asumidasson de 1.5 veces la carga de velocidad en la tuberams las prdidas por friccin.hT1 = 1.5hV+hfE Para el clculo de las prdidas en las alcantarilla funcionando llena, se puede usar la siguiente frmula, en el sistema mtrico decimal:Donde:hT2= carga, en mKe =coeficiente de prdidas a la entradaD = dimetro de la tubera, en mn = coeficiente de rugosidadL = longitud de la alcantarilla, en mQ = caudal, en m3/sSe han determinado valores experimentales deKcpara las diferentes condiciones de la entrada.C. PROCEDIMIENTO DE CALCULOa. Calcular las dimensiones del canal, es decir, definir sus dimensiones y parmetros hidrulicos.b. Calcular las dimensiones de la alcantarilla, para esto, con el caudal conocido, usando la tabla de datos para seleccinde latubera, determinar el dimetro de la alcantarilla, recordar que para una transicin de tierra elegir v = 1.06 m/s y para una transicin de concreto elegir v = 1.52 m/s.c. Calcular el rea A con el dimetro elegido:d. Calcular la velocidad en el conducto, para esto, con el caudal dado y el rea calculada, usar la ecuacin de continuidad:e. Calcular la carga de velocidad en la alcantarilla:f. Calcular la elevacin del nivel de agua a la entrada de la alcantarilla:NAEA= CotaA +yDonde:NAEA = elevacin del nivel de agua en el canal, a la entrada de la alcantarillaCota A = cota de fondo del canal antes de la transicin y= tirante en el canalg. Calcular cotas:CotaB = NAEA-l.5hv-DCota F =Cota B + D + coberturaCota E =Cota A + H Donde:Cota B = elevacin del fondo de la tubera al inicio de la alcantarillaCota F = elevacin de la carretera, o fondo del canal a atravesarCota E = elevacin del ancho de corona del canalH = profundidad del canal (incluye bordo libre)Cobertura = profundidad de cobertura de la alcantarillah. Calcular la longitud total de la alcantarilla:L = 2xZx (Cota F - Cota E) + ancho del camino Donde:Z: talud del caminoEsta longitud se redondea de acuerdo a un mltiplo de la longitud de tuberas que existen en el mercado.i. Calcular cada en la tubera:Z = LS0Donde:Z = diferencia de cotas, al inicio y al final de la alcantarilla L = longitud de la tuberaSo = pendiente de la tuberaSomin= 0.005j. Calcular Cota C:Donde:Cota C = elevacin del fondo al final de la alcantarillak. Calcular la pendiente de la lnea de energa:l. Calcular hfE:HfE = LSEm. Calcular las prdidas asumidas hTl, n. Calcular el nivel del agua a la salida de la alcantarilla, NASA:NASA NAEA hTIo. Calcular cota en D:CotaD = NA SA- yDonde:Cota D = elevacin del fondo del canal despus de la alcantarilla Y = tirante en el canalp. Calcular las longitudes de las transiciones:L1 = 3D 05 mnL2 = 4D 05 mn . tgt TL5 12 2q. Calcular el talud de transicinB . Elev A . ElevLZVerificar que el talud 4:1 es decir Z 4r. Calcularlas prdidas reales hT2Donde:hT2= carga, en mKe =coeficiente de prdidas a la entradaD = dimetro de la tubera, en mn = coeficiente de rugosidadL = longitud de la alcantarilla, en mQ = caudal, en m3/ss. Verificar que hT2

hT1PROCESO CONSTRUCTIVO DE OBRAS DE ARTEUnavezconcluidoel diseohidrulicoseprocederarealizar el anlisisy diseo estructural donde determinaremos el peraltamiento, dimensiones y refuerzo de cada estructura as como la resistencia del concreto a emplear. Su proceso constructivo comprende de la ejecucin de diferentes partidas entre las ms usuales tenemos:A. OBRAS PROVISIONALESA.1 Instalacin y desmontaje de campamentoA.2 Transporte y retiro de equipos y/o maquinariaA.3 Mantenimiento de camino de accesoB. TRABAJOS PRELIMINARESB.1. Trazos y replanteos topogrficosB.2. Limpieza y desbroce de terreno manualC. MOVIMIENTO DE TIERRASC.1 Excavacin de canal en terreno naturalC.2Excavacin y perfilado caja de canal C.3Excavacin para estructuras en material sueltoC.4Compactacin de superficieC.5Relleno compactado con material para baseC.6Relleno compactado con material para sub baseC.7Relleno compactado con material propioC.8Relleno compactado para estructurasC.9Relleno compactado para camino de servicioC.10 Carguias y transporte de material para base C.11 Carguias y transporte de material para sub base, D. CONCRETO EN SUPERFICIED.1. Concreto simple Fc=100 Kg./cm2, para solado e=0.10mD.2. Concreto simple fc=100 kg/cm2+30% la P.G., para falsa zaparaD.3. Revestimiento de concreto fc= 175 kg/cm2 e=0.075D.4. Concreto reforzado fc= 210 kg/cm2, con acelerarteD.5. Encofrado y desencofrado planoD.6. Acero de refuerzo fc = 4200 kg/cm2E. MISCELNEOSE.1 Tubera de concreto simple normalizadoE.2 Juntas water stop de 9E.3 Sellado de juntas con material elastomeritoE.4 Planchas de neoprenoy accesorios para puenteE.5 Escalones de fierro D = E.6 Compuerta plana deslizante tipo ARMCOPANEL FOTOGRFICOPROCESO CONSTRUCTIVO DE DIFERENTES OBRAS DE ARTE VERTEDERO LATERAL TOMALATERAL

SIFNINVERTIDORPIDAACUEDUCTO DE CONCRETO ARMADO