Saltos de Agua - Cascada Terminado

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El uso hidráulico de las l as caídas escalonadas fue desarrollado por civilizaciones antiguas desde hace más de 3500 años,

Perseguían principalmente dos propósitos: propósit os: disipar de una manera segura y controlada la energía cinética del flujo

Las civilizaciones andinas preincaicas e incaicas, diseñaban rápidas escalonadas para la conducción del agua: agu a: el canal de Quishuarpata, en Perú,

El uso hidráulico de las l as caídas escalonadas fue desarrollado por civilizaciones antiguas desde hace más de 3500 años,

Perseguían principalmente dos propósitos: propósit os: disipar de una manera segura y controlada la energía cinética del flujo

Las civilizaciones andinas preincaicas e incaicas, diseñaban rápidas escalonadas para la conducción del agua: agu a: el canal de Quishuarpata, en Perú,

 Ilustración 1. Caída ubicada en el sistema de riego del imperio imperio Inca.

Son caídas verticales continuas, que se proyectan para salvar desniveles.

Son estructuras utilizada s en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo.

El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan. La finalidad de una caída es conducir agua desde una elevación alta hasta una elevación baja y disipar l a energía generada por esta diferencia de nivele s.

La diferencia de nivel en forma de una caída se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal.

SALTOS DE AGUA - CASCADAS

Estructuras de regulación que disminuyen el nivel del agua a lo largo de su curso.

 Ilustración 2. La cascada Chongoyape.

Para evitar esto la longitud de los escalones debe ser bastante larga Al desaparecer el cajón disipador de energía, el flujo puede acelerarse y comenzar a saltar sobre los escalones

Se suprime el vertedero frontal con lo la caída se transforma en una escalera simple, con el consiguiente ahorro de material.

De acuerdo a Rumelin la longitud del escalón debe ser por lo menos igual a la longitud de la parábola del chorro de agua más tres veces la altura del escalón.

La resistencia de la pared al empuje disminuye y puede ser necesario hacerle de concreto armado, lo que encarece la obra

 Ilustración 7. Una rápida lisa y una rápida escalonada, operando con el mismo caudal.

Se muestra una rápida lisa y una rápida escalonada, ambas del mismo sistema de riego y operando con el mismo caudal, es notoria la diferencia entre magnitudes del resalto que se forma al final de una y otra estructura.

Parámetros que influyen en el diseño y construcción de la estructura:

Desnivel vertical

Pendiente promedio

Longitud horizontal

Tipo de terreno.

PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA:

Para desniveles abruptos las gradas pueden salvar desniveles de 4.0 metros a más

Los escalones funcionan bien cuando la relación entre el tramo horizontal y el vertical es mayor de 5 a 1

Si Yn>Y2 no será necesario considerarse colchón o poza al pie de las gradas

Cuando las condiciones del terreno no permiten diseñar escalón con esta relación se entonces se puede bajar la relación hasta 3 a 1

Para las caídas mayores son más apropiadas las caídas inclinadas

Para una escalera típica, los criterios de cálculo se indican y se aclaran en la ilustración N 5 °

 Ilustración 5. Componentes de una caída con pantalla

a) El número de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la caída depende de consideraciones económicas. Así el desnivel total queda dividido en varios tramos verticales iguales, cada uno de un valor Za En el caso de que el desnivel a vencerse no pase de 4 metros, por lo general, se utiliza un solo cajón y entonces la estructura se reduce a una caída o salto simple. b)

La carga H de agua sobre el vertedero está dada por la ecuación general N°  01

=××

  ……..()

Donde: C = coeficiente = 1.8 - 2.0 (forma vertedero) b= ancho de la caída constante en toda su longitud. El valor de H obtenido será también igual para todos los escalones.

c) El agua cae con un movimiento acelerado contrayéndose gradualmente el grueso del chorro junto al fondo del cajón este grueso o calado d1 está dado por la ecuación N °  02

  1 = ……..(2) 2( − 1)  =  +  +  d) Dentro del cajón, el agua pasa de régimen supercrítico al régimen subcritico, mediante

la fórmula de un resalto, cuyos calados conjugados son d1 y d2.   ∗     = − + + ……..(3)   .∗

Según V.A. Shaumain, para que el resalto se sumerja es suficiente que se cumpla la ecuación N° 04

 +   > .   …… .. () Siempre que:

  > .  ……..()

e) La longitud mínima del cajón debe ser la longitud parabólica L P  que sigue el chorro al caer, más la longitud L R necesaria para que se forme el resalto.

 =  +  ……..() Se obtiene de la mecánica que (ecuación N° 06)

  =

 ……..() 

Los valores están dados por:

 =   + .   +  ……..() ;  = /( ∗  ) Tomando en cuenta los siguientes datos experimentales: 

Para el perfil hidrodinámico

hB  = 0,74Ho, C = 2,2 

Para el vertedero pared delgada hB  = 0,67Ho, C = 1.9

Y reemplazando valores, se llega a un resultado prácticamente igual para los dos.

 = . /

+ +./ ……..()

Siendo

 =  Para el caso de que no exista vertedero a la entrada (Y 1=0) y el agua cayera sin esta obstrucción, se tiene según H. Rouse.

  = .   O haciendo los reemplazos correspondientes: 

  = .  Siguiendo un desarrollo similar al anterior se llega.

 = ./  + . / ……..() Según Agroskin 

  = .  ……..()

Y se llega al resultado final algo diferente

 = ./  + . / ……..() La longitud necesario para la formación del resalto según Shaumian es igual a:

  = .  ……..()

 Ilustración6. Detalle de la evolución del flujo en el escalo.

 Ilustración 10.1. Caída con mayor pendiente que el terreno

 Ilustración 10.2. Caída con menos pendiente que el terreno.

CONCRETO

f’c=210,

280, 310 kg/cm2

ACERO CORRUGADO

Fy=4200 kg/cm2

MODULO DE ELASTICIDAD

Ecu= 15000

PESO DEL CONCRETO

Yc=2400 kg/m3

AREA DE ACERO MINIMO

Asmin= 0.0018bh

CORTANTE DEL CONCRETO

Vc=Ø0.53

 ′

 ′  *b *d

1) Cuando operan muy cerca de la transición entre flujo saltante y flujo rasante. Ese flujo intermedio se caracteriza por fluctuaciones transitorias que inducen a un comportamiento inestable y peligroso del flujo, causan fluctuaciones de las presiones y hasta vibraciones sobre la estructura. Se recomienda enfáticamente evitar que la rápida opere para flujos intermedios entre el saltante y el rasante.

2) Construcción inadecuada, es decir, con materiales pobres en calidad y trabajo pobre en calidad. Los esfuerzos que soporta una rápida escalonada son muchos mayores a los que soporta una rápida lisa. En el flujo saltante la presión de impacto del chorro sobre la solera es por lo menos 10 veces la presión hidrostática. En el flujo rasante, el esfuerzo de corte promedio sobre la solera es como 30 veces mayor al producido por el flujo sobre una rápida lisa.

3) Falta de mantenimiento. Cuando el caudal supera al de diseño, es posible que ocurran daños en la estructura. Repararlos a tiempo asegura evitar el progreso de las fallas que pueden llevar a la rápida escalonada hasta el colapso. La experiencia registra rápidas escalonadas que en gran parte gracias a su cuidadoso mantenimiento soportan las exigencias de su operación desde hace más de un siglo.

Se recogen 31 autores con fórmulas para el cálculo de fosos de erosión la mayoría de ellos, concretamente 17, usan una formulación del tipo la expresión (10.24), donde q es el caudal unitario (m2 /s), H la altura de la caída de agua (m), d el diámetro característico de las partículas (m) y K una constante.

La única diferencia entre los diversos autores proviene de los exponentes x, y , z. De todos ellos únicamente Damle (1966) utilizó datos de prototipo, el resto eran datos de modelo. Los clasificaremos como Grupo I. En la tabla 1 podemos ver los exponentes utilizados.

Tabla 1. Valor de la constante, los exponentes y diámetro a utilizar en la expresión (10.24) para los diferentes autores 1932

0.521

0.57

0.20

0.32

d90

1937

0.202

0.54

0.225

0.42

dm

1937

1.90

0.54

0.225

0

--

1944

1.44

0.60

0.50

0.40

d90

1959

1.40

0.64

0.36

0.32

d85

1960

1.13

0.67

0.50

0.50

d90

1966

0.652

0.50

0.50

0

--

1966

0.543

0.50

0.50

0

--

1966

0.362

0.50

0.50

0

--

1969

2.126

0.67

0.18

0.063

dm

1974

1.663

0.60

0.20

0.10

dm

1973

1.50

0.60

0.10

0

--

1978

0.633

0.67

0.25

0

--

1980

1.35

0.50

0.3145

0.0645

d90

1980

2.30

0.60

0.10

0

--

1981

1 413

0 50

0 25

0