DISEÑO DE RAPIDA

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

En un proy proyec ecto to de rie riego, go, se tien tienee un cana canall late latera rall que que cond conduc ucee un caud caudaal de 0.35 0.35 m3/s m3/seg eg,, traz trazad adoo en tier tierra ra (n = 0.02 0.0255) de secc secció iónn trapezoidal con un talud Z = 1, ancho de solera 0.75 m, y trazado con una pendiente de 0.5 ‰.

En un tramo de su perfil longitudinal tiene que atravesar un perfil como se muestra en la figura. Diseñar una rápida de sección rectangular. 15.40 S = 0.0005 H = 2.00 m

S = 0.01887

13.40 12.90 S = 0.0005

106.00 m Tramo de un perfil longitudinal 1.- Diseño de canal, aguas arriba y aguas abajo de la rápida Determinacion del tirante

Q = 0.35 m³/seg (Canal trazado en tierra) n = 0.025 S = 0.0005

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Tirante normal (y) = 0.6029 m = 0.8157 m2 Área hidráulica (A) = 1.9558 m Espejo de agua (T) Número de Froude (F) = 0.21214 Subcrítico Tipo de Flujo

Perímetro (P) Radio Hidráulico (R) Velocidad (v) Energía (E )

= 2.4553 m = 0.3322 m = 0.4291 m/seg ##############

BL = 0.20 m

y = 0.60 m

b = 0.75 m

2.- Cálculo del ancho de solera en la rápida y el tirante en la sección de control.  Asumimos un valor del ancho ancho de la solera solera del canal canal de la rápida: rápida:

b = 0.40 m Cálculo del tirante critico de la sección rectangular:

Q2 g Q2 g





 Ac 3 T c  b 3 y c 3 b

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Cálculo del tirante normal de la sección rectangular:

yn = 0.37 m

b = 0.40 m

Debido a que el canal de la rápida presenta una velocidad erosiva se tendrá que revestir con concreto:

n = 0.015 Por Manning: 1

Q

n

2

1

AR S  3

2

Evaluacion del tirante 2

Q*n 1

=

by 

s2 0.038 Tirante normal Área hidráulica (A) Espejo de agua (T) Número de Froude (F) Tipo de flujo

= 0.3722 m = 0.1489 m2 = 0.4000 m = 1.23029 Supercrítico

=

by  b

3

2y 

0.038

Perímetro (P) Radio Hidráulico (R) Velocidad (v) Energía (E )

= 1.1444 m = 0.1301 m = 2.3509 m/seg ##############

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es: L



T 1 T 2 2Tg 2 2 . 5

De donde donde : T 1 T2

L=

 Espej Espejo o b 

de agua agua en el canal  canal .

A nc nc ho ho d e so le le ra ra e n l a r á pi pi da da.

1.88 m

Para nuestro caso asumiremos una longitud de transción de:

L=

1.90 m

4.- Cálculo hidráulico en el canal de la rápida 4.1.- Cálculo de los tirantes y las distancias

4.2.- Borde Libre

x

y

0.00 10.60 21.20 31.80 42.40 53.00 63.60 74.20 84.80 95.40 106.00

0.4278 0.3599 0.3733 0.3721 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

5.- Cálculo de las coordenadas y elevaciones de la trayectoria La trayectoria parabólica pares (x,y) de la rápida como se muestra en la figura, se calcula dando valores horizontales de x y calculando y con la siguiente ecuación:

S Origen de coordenadas

Ө 0

Y X

Fig. Trayectoria Parabólica y=- xtgq

gx 2 1 2 2v max

tg2q

Donde : y=Coordenada vertical (ordenada).

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Gráfica del Perfil de la Trayectoria 13.450 m 13.400 m 13.350 m 13.300 m

Gráfica del Perfil de la Trayectoria

13.250 m

Poly. (Gráfica del Perfil de la Trayectoria)

y = -0.004x2 + 0.0065x + 13.397 13.200 m 13.150 m 0.00 0.00 m 0.10 0.10 m 0.20 0.20 m 0.30 0.30 m 0.40 0.40 m 0.50 0.50 m 0.60 0.60 m

yc = 0.43 m

1

0.70 m 1 2

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Numero de Froude : F1 F1 = V1 / [ g x Y1 ] 0.5 = 3.55

d2

 0.5d1 

d12 4



2V12d1 g

Y2 / Y1 = 0.5 x [ (1 + 8F²) 0.5 - 1] = 4.55

Y2 =

0.835 m

Debido a que el Número de Froude es 3.55 se utilizará utilizará un estanque tipo I (bloques de canal de descarga), según recomendación recomendación de la BUREAU OF RECLAMATION.

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

6.- Cálculo de la longitud del colchón Para calcular la longitud del colchón puede usarse la fórmula de Sieñchin: L = K y2 - y 1  Si en d o K = 5 p ar ar a u n c an an al d e s e cc io io n r ec ec t a ng ul ul ar   .

L=

3.26 m

7.- Cálculo de la profundidad del colchón amortiguador: La profundidad del colchón amortiguador se calcula con la siguiente forma:

Elevación del canal

Elevación del colchón

h = 1.25*y1 = 0.23 m

Universidad Nacional de Cajamarca

Irrigación

Cálculo del perfil por el método de tramos fijos

x ①

∆x ②

S0∆x ③

y ④

A ⑤

P ⑥

R ⑦

R2/3 ⑧

v ⑨

v2/2g ⑩

E ⑪

E + S0∆x ⑫

SE ⑬

0 10.60 21.20 31.80 42.40 53.00 63.60 74.20 84.80 95.40 106.00

10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60 10.60

0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000

0.4278 0.3599 0.3733 0.3721 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722 0.3722

0.1711 0.1440 0.1493 0.1488 0.1489 0.1489 0.1489 0.1489 0.1489 0.1489 0.1489

1.2556 1.1198 1.1466 1.1441 1.1443 1.1443 1.1443 1.1443 1.1443 1.1443 1.1443

0.1363 0.1286 0.1302 0.1301 0.1301 0.1301 0.1301 0.1301 0.1301 0.1301 0.1301

0.2648 0.2547 0.2569 0.2567 0.2567 0.2567 0.2567 0.2567 0.2567 0.2567 0.2567

2.0453 2.4312 2.3440 2.3518 2.3512 2.3512 2.3512 2.3512 2.3512 2.3512 2.3512

0.2132 0.3013 0.2800 0.2819 0.2818 0.2818 0.2818 0.2818 0.2818 0.2818 0.2818

0.6410 0.6612 0.6533 0.6540 0.6539 0.6539 0.6539 0.6539 0.6539 0.6539 0.6539

0.8410 0.8612 0.8533 0.8540 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539

0.0134 0.0205 0.0187 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189

SE * x

E+ SE *x

⑭

⑮

⑯

0.0170 0.0196 0.0188 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189 0.0189

0.1798 0.2079 0.1993 0.2001 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000

S E 

0.8409 0.8612 0.8533 0.8540 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539 0.8539

CURVA DE REMANSO 0.4400 0.4300 0.4200     ) 0.4100    m     (    e 0.4000    t    n 0.3900    a    r    i    T 0.3800

TIRANTE VS LONGITUD

0.3700 0.3600 0.3500 0

20

40

60

80

100

120

Longitud (m)

 ___________________________________________________________________________________________________________________________I  ___________________________________________________________________________________________________________________________I ngeniería Civil