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este infome cotiene todo lo que es diseño de un canal hidaulico

1. DISEÑO HIDRAÚLICO DE UNA CAÍDA



I. INTRODUCCION



Las caidas se utilizan cuando determinados condicionantes, especialmente
topograficos, hacen aconsejables salvar desniveles mas o menos apreciables en
sectores cortos del canal. Desde el punto de vista hidraulico y constructivos, tales
estructuras pueden agruparse en caidas inclinadas o rapidos y en caidas verticales
(Manuel Vicente,2001).

Cuando el terreno natural por el cual debe pasar un canal tiene una pendiente
muy fuerte , para evitar velocidades excesivas deberan proyectarse tramos de
canal con pendientes suaves ligados por estructuras llamadas caidas.
Las caidas son utilizadas ampliamente de disipacion de irrigacion, abastecimiento
de agua y alcantarillado y son tambien necesarias en presas, barraje y vertederos
(Nestor Durango,2016)


II. OBJETIVOS

Conocer los diversos tipos de caídas y sus características.

Conocer los criterios de diseño de las caídas.



III. MARCO TEORICO

SALTOS DE AGUA
Son obras proyectadas en un canal, para salvar desniveles bruscos en la rasante de
fondo.el salto puede ocurri en el tramo de pendiente supercrítica , al grado que el
salto hidraulico alcanzara la sección inicial llegando al ahogamiento.(Sotelo
Avila,2002)

CAÍDAS
Las caídas son estructuras que sirven para transportar el agua de un nivel superior
a otro nivel inferior y que al hacerlo se disipe la energía que se genera. Existen de

2. varios tipos y estos dependen de la altura y del caudal del agua que se
transporta.

La diferencia de nivel en forma de una caída, se introduce cuando sea necesario
reducir la pendiente de un canal. Las caídas son utilizadas ampliamente como

estructuras de disipación en irrigación, abastecimiento de agua y alcantarillado;
son también necesarias en presas, barrajes y vertederos.
Según Gómez Navarro, hace una diferenciación de estas obras y conviene en
llamarles caídas cuando los desniveles son iguales o menores a 4m., esta a su vez
pueden ser verticales o inclinadas. Para desniveles mayores a 4.0m la estructura
toma el nombre de rápida y en estos casos es conveniente un estudio económico
entre rápida o una serie de caídas que Domínguez, denomina gradas.


CARACTERÍSTICAS DE UNA CAIDA

• Se construyen caídas verticales, cuando se necesita salvar un desnivel de 1m como
máximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.

•Se construyen caídas rectangulares inclinadas en desniveles comprendidos entre
1m y 4.50m y caudales relativamente grandes.

•También para desniveles comprendidos entre 1 y 4.5m teniendo caudales
pequeños se puede optar por caídas entubadas, que estas nos permiten
aprovechar la superficie del terreno, como camino o una trocha para atravesar
nuestro canal.

•Para desniveles un poco mayores a 4.5m, con distancias horizontales cortas se
podría optar por caídas dentadas, que nos ayudan a disipar la energía mediante
dientes deflectores.

3. CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA CAÍDA

La mayoría de las obras hidráulicas con casos de desniveles que se suscitan en
cortas distancias opta por elegir caídas que pueden ser inclinadas o verticales, su
elección depende del terreno y la forma como se presenta la diferencia de nivel.
Las caídas pueden considerar pozas con obstáculos o sin obstáculos, su elección
depende de la velocidad del flujo al llegar a la misma.
La información mínima para el diseño de una caída son las características
hidráulicas y elevaciones del fondo de los tramos del canal tanto aguas arriba como
aguas debajo de la estructura proyectada, Perfil longitudinal del terreno del sitio
proyectado para ubicar la estructura con información sobre el material de la
cimentación propia del estudio geológico e investigaciones geotécnicas.




Numero de caídas.

Longitud e transitions de entrada.

Ancho del canal en el tramo de la caída.

Diseñar la poza disipadora en función de la altura de caída.

Borde libre de la caída.


Rugosidad en el funcionamiento de la caída.

Ventilación bajo la lamina vertiente.

Verificar que la velocidad del flujo de la caída este en el rango de 0.6m/s< v <2)
m/s.

4. Tener cuidado el mal funcionamiento hidráulico del chorro de la caída por que
puede producir una gran erosión en el muro vertical.





TIPOS DE CAIDAS


Caida verticales: Se usa en desniveles de hasta 1m pero cien por ciento
abruptos.









Caida rectangular inclinada: Se usa en desniveles comprendidos entre 1m
y 4.50m y caudales relativamente grandes.









Caida entubada: Se usa en desniveles comprendidos entre 1m y 4.50m y
caudales relativamente pequeños, Tiene la ventaja de perimitir el uso del
terreno en la superficie.














Caida dentada: Se usa en desniveles mayors de 5.50m que tiene lugar en
distancias horizontales relativamente cortas.

5. CAÍDAS VERTICALES

Las caídas 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, 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.

NOTA:

La caída vertical se puede utilizar para medir el caudal que vierte sobre ella, si se
coloca un vertedero calibrado.




Elementos de una Caída Vertical:


























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

Seccion de control: Es la seccion correspondiente al punto donde se
inicia la caida, cercano a este punto se presentan las condiciones criticas.

6. 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.





CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA CAÍDA VERTICAL





De la
Figura anterior se tiene: d1+ hv1+ D1= dc + hvc + he

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 sección de control,
cuyo valor se desprecia por pequeño, m.
hvc = carga de velocidad en la sección de control, m.
dc = tirante critico, m.
he = suma de las perdidas ocurridas entre las dos secciones, m.


El segundo miembro de la ecuación , se obtiene suponiendo una sección de control,
se calcula el tirante crítico correspondiente así como la velocidad y la carga de
velocidad critica. De acuerdo a las características de llegada a la sección, se estiman
las perdidas de carga. La suma del segundo miembro se compara con la suma del

7. tirante del canal y su carga de velocidad.
La sección en estudio se tendrá que ampliar o reducir hasta lograr que las sum as
sean iguales.
Una sección adecuada y más sencilla de calcular es la rectangular, esto se logra
haciendo los taludes verticales. Del régimen crítico para secciones rectangulares se
tiene:



Donde:
dc = tirante critico, m.
q = caudal que circula por la sección, m3/s.
b = plantilla de la sección, m.
g = aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2.

La carga de velocidad en la sección critica esta dada por las siguientes ecuaciones:
Para canales trapeciales:



Donde:
hvc = carga de velocidad en la sección critica, m.
A = área de la sección, m.
T = ancho de la superficie libre del agua, m.

Para canales rectangulares:


Diseño del colchón

Para el diseño del colchón, se determina la trayectoria de la vena media de la
sección de control. El diseño del colchón consiste en determinar su longitud, así
como la profundidad del mismo.
Obtención de la longitud del colchón, en relación al perfil de la caída, se tiene la
distancia Xn, a la cual va a caer el chorro; es conveniente que este caiga al centro
de un colchón de agua que favorezca la formación de un salto hidráulico, por lo que
este colchón tendrá una longitud de L= 2*Xn, en la Figura siguiente se muestra el
perfil de una caída:
Xn se determina de acuerdo a las formulas de caída libre:

8. Y = F + P
Donde:

F= distancia vertical entre las rasantes del canal aguas arriba y aguas debajo de la
caída,m.

P= profundidad del colchón, m.

La profundidad del colchón se obtiene con la expresión:

Donde: L= longitud del colchón, m.


La salida del colchón puede ser vertical o inclinada, aconsejándose que cuando sea
inclinada se haga con un talud en contra pendiente de 4:1 o de 2:1 según convenga.

El diseño estructural consiste en especificar las dimensiones, características y
materiales que constituyen la caída vertical. Se recomienda que esta estructura,
cuando se utiliza con gastos pequeños, menores de 2.8 m3/s, no tenga una caída
mayor de 2.5 m, de desnivel entre plantilla y plantilla.




a) Caídas verticales sin obstáculos

El proceso de cálculo para caídas verticales sin obstáculos es como Sigue:

9. Calcular el número de caída utilizando la siguiente relación:





Donde:

D = número de caída

Yc = tirante crítico de la sección de control h = desnivel
q = caudal unitario

10. Calcular los parámetros de la caída vertical, los cu ales se muestran en la figura 4.2.
Estos parámetros, según Rand (1955), se calculus con un error inferior al 5 %, con
las siguientes ecuaciones:




YP es la altura que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de
agua marche hacia abajo








Calcular la longitud del resalto, se puede calcular con la fórmula de Sieñchin:
L =5(Y2 - Y¡)


Calcular la longitud total del colchón, la cual será:

L, = Ld + L


Debe evitarse que en la cámara de aire se produzca vacío, por que

esto produce una succión que puede destruir la estructura por

11. cavitación, para evitar esto se puede hacer agujeros en las paredes laterales o
incrementar en la poza 10 ó 20 cm a ambos lados.



Para las filtraciones que se produce en la pared vertical, se

recomienda hacer lloraderos (drenes de desagüe).



b) Caídas verticales con obstáculos


Cuando la energía cinética es muy grande se construyen dados que ayudan a
disipar la energía en una longitud más pequeña de la poza de disipación.






















Longitud mínima del colchón:
Donde:
L= longitud mínima del colchón L
d= longitud de la caída Y
c= tirante crítico en la sección de control
Ubicación de los obstáculos:

L = longitud mínima del colchón
l¿ = longitud de la caída

12. Profundidad mínima de la capa de agua :

Altura óptima de los obstáculos:

Ancho de los obstáculos:




Espaciamiento entre los obstáculos:




Altura óptima del obstáculo final:



Caidas inclinadas

Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes,
siendo lavelocidad de flujo en la caída siempre mayor que la del propio canal,
causando serios daños porerosión si no se pone un revestimiento apropiado,
entonces, mediante el análisis hidráulico severifican los fenómenos del flujo que a su
vez serán el fundamento para la determinación de laclase de revestimiento y de su
extensión.Cuando se tiene un desnivel mayor a 4.5 m, la caída inclinada se denomina
rápida y el cálculohidráulico deberá hacerse como tal, tratándose de estos
desniveles, es aconsejable efectuar unanálisis hidráulico y económico que nos
permita decidir si más conveniente que una rápida resultaconstruir una serie de
caídas verticales a las cuales se les conoce como Gradas o Cascadas.

13. ELEMENTOS DE UNA CAIDA INCLINADA



TRANSICION DE ENTRADA AGUAS ARRIBAS

Tratándose de un canal trapezoidal y una caída de sección rectangular es necesario
proyectar unatransición de entrada a la caída que garantice el cambio gradual de la
velocidad del agua del canal hacia la entrada, mientras más alta sea la velocidad más
importante será disponer de una buena transición y tratándose de un canal de tierra
siempre será necesario proyectar aguas arriba de esa transición un enrocado de
protección contra las posibles erosiones.

SECCIÓN DE CONTROL

La sección de control consiste en una variación de la sección del canal en el punto
donde se inicia la caída o en 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.
La entrada hacia una caída puede adoptar diferentes formas, depende del criterio
del ingeniero y de la operations de canal donde va proyectada la caída, así tenemos
las siguientes alternativas:

1. Entrada con una sección de tirante crítico, que consiste en diseñar una estructura
en el borde superior de la caída en base al tirante crítico, de manera que la energía
en esta sección de tirante critico sea igual a la energía en el canal y de esta manera
se logra controlar el flujo.

2. Entrada con una sobreelevación o solera en el fondo, cuya altura es igual a la
diferencia de energías, es decir a la energía del canal en condiciones normales menos
la energía del canal correspondiente al tirante crítico.

3. Entrada con compuertas o ataquias, que permiten operar con el tirante para
diferentes caudales en el tramo del canal aguas arriba de la entrada.

14. CONDUCTO INCLINADO

El piso del canal superior se une con el del inferior siguiendo un plano con talud igual
al de reposo del material que conforma el terreno obteniéndose economía en el
proyecto, al necesitarse solo un revestimiento de 10 a 15 cm de espesor.
Se procura que los taludes del canal sigan las mismas inclinaciones que en la sección
de control, debiendo tener la parte revestida suficiente altura para que el agua no
brinque arriba de ella.
La altura de las paredes laterales pueden calcularse en base al tirante critico en la
entrada con un borde libre de 0.30 m para caudales menores a 3.0 m3/s. La
pendiente máxima del tramo puede ser 1:1.5 y la mínima 1:3 pero deberá
proyectarse de 1:2, el desnivel máximo deberá ser de 4.5 m
.
COLCHÓN

En el tramo inclinado se genera energía que deberá ser disipada mediante una poza
de disipación donde se producirá un resalto hidráulico, el cual deberá ser contenido
dentro de la longitud de la poza.
En algunos casos la caída propiamente dicha y el colchón, pueden ser de sección
rectangular o trapezoidal, la sección depende de las condiciones locales y en todo
caso del criterio del diseñador.

LA TRANSICIÓN DE SALIDA

La transición de salida conecta la poza de disipación con el canal agua abajo, que
puede ser un canal en tierra o revestido y tienen como objetivo evitar la erosión en
el canal en la fig. Nº4 se dan algunos tipos de transición de salida.



El tipo ―A : tiene los aleros a 90º y la longitud de estos dependen de la sección del
canal de salida, este tipo es el más fácil de construir.

El tipo ―B: tiene dos aleros a 45º y también su longitud depende de la sección del
canal.

El tipo ―C : es el más difícil de construir y su longitud se determina de acuerdo al
cálculo de transiciones.
A la salida de la poza se puede proyectar cualquiera de estos 03 tipos, lo importante
es darle la longitud adecuada al enrocado de protección.

15. CRITERIOS DE DISEÑO

SECCIÓN RECTANGULAR

La rampa inclinada en sentido longitudinal de la caída en sí, se recomienda en un
valor de 1.5:1 a 2:1, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del
material confinado.

El ancho de la caída B es igual a: Q
B
q


Dónde:











Es muy importante tener en cuenta la supresión.

SECCIÓN TRAPEZOIDAL

Las caídas inclinadas de sección trapezoidal suelen proyectarse con poca frecuencia,
principalmente porque resultan pozas de disipación demasiado largas en
comparación con las pozas de caídas de sección rectangular, sin embargo, algunas
veces a pesar de requerir pozas largas, resultan económicas, por el ahorro en el
encofrado al no presentar muros verticales y porque el acero de refuerzo
generalmente resulta el mínimo. Este tipo de caídas es recomendable, proyectarlas
de preferencia en canales revestidos de concreto, pero si es el caso lo amerita
también puede proyectarse en canales de tierra y aquí pueden ser de concreto
armado o de Mampostería.
CAÍDAS (GRADAS):

16. Son caídas verticales continuas, que se proyectan para salvar desniveles
abruptos siendo recomendable no proyectar en este caso caídas o gradas con alturas
mayores s 0.80 m.





























IV. CONCLUSIONES

Se aprendio a conocer diversos tipos de caídas y sus características.

Aprendimos a conocer los criterios de diseño de las caídas.


V. RECOMENDACIONES


Las caídas se utilizan para llevar el nivel de agua de un nivel superior a otro
inferior y evitar que se erosione el curso de agua y dañe la estructura del
canal es por tal motivo que se le utiliza también como disipador de energía.

Las caídas son estructuras que se utilizan comúnmente tanto para canales
como para alcantarillas y se basan en la utilización del resalto hidráulico para
disipar la energía.


Son muy comunes las de tipo inclinado y las de caída vertical, aunque

17. dependiendo de las condiciones generalmente resultan más
fáciles de construir las inclinadas y son también más económicas.

Existence normas y diseños ya preestablecido que facilitan el diseño de
caídas, dependiendo de la elección de las condiciones Del terreno y de la
altura de al caída y del numero de froude para elegir el modelo de disipador
de energía.



VI. BIBLIOGRAFIA



Chow V. 1994. Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill Interamericana,
S.A. Colombia.

Manuel Vicente Mendez.(2001) Elementos de hidráulica de canales.
Universidad católica Andres Bello.UCAB , Caracas.

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UNAM. Mexico.

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Perú.

Philip L. Thompson y Roger T. Kilgore.(2006), Diseño hidráulico de
disipadores de energía para alcantarillas y canales Circular de ingeniería
hidráulica.


J Skutch, DROP - Manual de diseño Análisis hidráulico y diseño de
estructuras de disipación de energía, 1997.

https://es.scribd.com/document/384476432/CAIDAS

https://es.scribd.com/presentation/388138090/CaidasFinal?fbclid=IwAR0
C0OvhP2ptdk5EUluF22_pab1lgweOwVCakn4EEIZSWKBIPZ8GjI__FY


ANEXO