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DISEÑO DE RÁPIDAS

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DISEO DE RPIDASLasrpidassonusadasparaconduciragua desdeunaelevacinmayora unamsbaja.La estructurapuedeconsistirdeunaentrada,un tramoinclinado,undisipadordeenergayuna transicin de salida.Lasprdidasdecargaatravsdelaentrada podran ser despreciadas en el caso que sean lo sufcientementepequeasquenoafectenel resultado fnal.onsisteenuncanaldeconcretoarmado,de fuertependiente,deseccinusualmente rectangular,alolargodelcualsedesarrollaun !ujosupercrtico"#r$%&.Laseccindecontrol seencuentraenlaentrada,enlacualse producetirantecrtico"ycr&.'laliviaderocon rpidaestnormalmenteasociadoapresasde terrapln.()*'+, (' -./)(0*Debe tomarse en cuenta algunas consideraciones generales, como son:Los encuentros entre tramos consecutivos deben ser a ras.Para garantizar la estanqueidad, es necesario disponer water-stops y sellos impermeables en la unin entre elementos contiguos.()*'+, (' -./)(0*ycry%y1'y2y3*ello )mpermeabili4ante5ater 6 stopsEs posible la eistencia de curvas en planta y en elevacin, pero los radios de curvatura deben ser amplios.El suelo en el que se construye la r!pida debe ser "omog#neo en toda su etensin, a $in de evitar asentamientos di$erenciales.En caso de presencia de nivel $re!tico alto, debe disponerse un sistema de drena%e adecuado a $in de ale%ar el agua subterr!nea que pudiera originar problemas de subpresin y levantamiento de la estructura.()*'+, (' -./)(0*&uando en una r!pida se alcanza velocidades de '( a ') m*s, es necesario introducir un sistema de aireacin, a $in de controlar velocidades de $lu%o ecesivas, que podr+an orignar problemas diversos en el $uncionamiento de la r!pida.Los c!lculos "idr!ulicos en la r!pida se re$ieren a la determinacin de tirantes a lo largo de la ca+da, lo cual tiene importancia en:()*'+, (' -./)(0*a, la determinacin de la altura de los muros laterales de encauzamiento de la descargab, la determinacin del tirante inicial del resalto "idr!ulico que se produce en el disipador de energ+a, situado en el etremo $inal de la r!pida.()*'+, (' -./)(0*La determinacin de tirantes a lo largo de la r!pida, se e$ect-a "aciendo uso de los m#todos tramo a tramo que se proporcionan en el an!lisis del $lu%o gradualmente variado.En tal sentido, en un tramo gen#rico, conocidas las caracter+sticas del $lu%o en la seccin de aguas arriba se determina .mediante un proceso iterativo- las caracter+sticas en la seccin de aguas aba%o.Este proceso se repite "asta alcanzar el -ltimo tramo..L7L,* 8)(-.7L),*.L7L,* 8)(-.7L),*y1zy2Perdida de friccin =(hf=Sf.X)H1=altura de energaH2H2g 2V21g 2V22/s+, la secuencia de c!lculos para la determinacin del tirante en la seccin de aguas aba%o, 0',, de un tramo en estudio t+pico, es la siguiente: &onsiderando que las condiciones en la seccin de aguas arriba, 01,, se conocen, calcular:H1= z + y1 + v12/2g.L7L,* 8)(-.7L),*/sumir y', y con ello "allar /, P, 2, 3, 4$, 4$prom, "$ y 56'.3eri$icar si 56' es igual a 51.De no ser as+, volver a iterar en el tramo./l resolver un tramo, pasar inmediatamente al tramo siguiente..L7L,* 8)(-.7L),*/ireacin en r!pidas.-En el c!lculo del tirante aireado se procede como sigue:5allar 3 de:.L7L,* 8)(-.7L),*2 / 13 / 2aSbq 2Vqn1V

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+donde na est! dado por la siguiente relacin:&1 7 (.((8 9 &' 7 ( 95allar 6 a partir de la ecuacin:.L7L,* 8)(-.7L),*nbq 2VgqV C1b2gV C1n3 / 22121a1111]1

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+ ++:inalmente, "allar el tirante aireado con la relacin:ya 7 q * 063,.L7L,* 8)(-.7L),*

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+ + bq 2VgqV C11'21a. oefciente de rugosidad de 90::):; muros en una rpida de concreto, se asume valores de n 0nc?o superior de la seccin g < aceleracin de la gravedad "J.K% m>segL, o sea 21.1 pies>segL&M G < un factor de aceleracin, determinado abajoE on el piso de la transicin en un plano, G < = on el piso de la transicin en una curva circular Gg-cosH"2&b. Nransicioneson el piso de la transicin en una curva parablicaE Gs& /ara estructuras donde la cada vertical es menor a 3.D m'l tirante de agua despus del salto ?idrulico puede ser calculado de la formulaE (1< 6d%>d1 Q ""1v%1 Xd%1>g&Q "d%1X>3&&=.D (ondeE d% < Nirante antes del salto "m& v% < velocidad antes del salto "m>s& d1 < tirante despus del salto g < aceleracin de la gravedad "J.K% m>sI1&e. /o4a disipadora Para estructuras donde la cada vertical es menor que 4.5 m 15 !s"# al tirante des!u$s del salto !uede ser obtenida de la %igura 2. &a cota del nivel de energa# des!u$s del salto 'idr(ulico debera balancearse con la cota del nivel de energa en el canal# aguas aba)o de la estructura. Si las cotas no est(n balanceadas# debera asumirse una nueva elevaci*n !ara el !iso de la !o+a o un nuevo anc'o de !o+a , volverse a calcular los niveles de energa. &os tanteos se re!iten 'asta que el balance sea obtenido. FIGURA 5- POZA DISIPADORA Y UMBRAL TERMINAL-na !o+a disi!adora , una transici*n de salida construidas !ara las dimensiones recomendadas tal ve+ no contengan com!letamente la sal!icadura causada !or el agua turbulenta# !ero la estructura debe contener su%iciente de la turbulencia !ara !revenir da.os !or erosi*n des!u$s de la estructura. %. Nransiciones abruptas de una seccin del canal a otraM 1. 'structuras asimtricasM 2. urvas o ngulos en el alineamiento de la rpida. f.#ormacin de ondas FIGURA6SECCINTERICADEUNARPIDADEFLUJOESTABLE. LAFORMATRIANGULARPROVIENETANTODELASONDAS CRUZADAS COMO DE FLUJO NO ESTABLE %.*eleccionar y disear el tipo de entrada a ser usada. 1. (eterminar la gradiente de energa en el inicio de la seccin de la rpida. 2. alcula las variables de !ujo en la seccin de la rpida. 3. (isear la trayectoria y la parte pronunciada de la seccin de la rpida. D. 0sumir una elevacin para el piso de la po4a disipadora y calcular lascaractersticas del !ujo aguas arriba del salto ?idrulico. S. (eterminar el gradiente de energa en el canal despus del salto ?idrulico. 1. /-,'()9)':N, (' ()*'+,EC. /uede ser necesario asumir una nueva elevacin del fondo de la po4a y recalcular los valores arriba mencionados varias veces, antes de que se obtenga una coincidencia de niveles de energa. K. -evisar por operacin adecuada con capacidades parciales. J. (eterminar la longitud de la po4a y la altura de muros de la po4a. %=. (isear los bloques de la rpida y del piso, y el umbral terminal o transicin de salida como se requiera. %%. Ferifcar la posibilidad de la produccin de ondas en la estructura. %1. /roporcionar proteccin en el canal despus, si es requerido. 1. /-,'()9)':N, (' ()*'+,E0 continuacin se presenta el diseo de una rpida abierta que conducir % m2>seg. *e usar una po4a disipadora para eliminar el ePceso de energa despus al fnal de la rpida. 3. 'Y'9/L, (' ()*'+, a.Diseo de la Entrada La entrada es diseada para proporcionar un control en el canal aguas arriba. Las caractersticas del canal en el punto % sonE W < % m2>sd < =.C2 m* < =.===22b < %.K2 mn < =.=1DR < %.DE%La elevacin del nivel de energa en el punto % es calculado como sigue a continuacinE0% < 1.%3 m1 F%< =.3S m>s8v % < =.=% m'% < =.C3 m FIGURA 10 R!"#$ %&' !&($ #")"!$#&*$Dc = (q2/(b2 *!!"/# = ((".$2/($.%"2 *%.&"!"/# = $.'% (("2! Ac = =.3D m1 )c = 1.%J m>s *+c = =.13 mRc = =.13 m Para n de ,A--I-. = $.$"$ Sc = ( (2."% / $.$"$! / $.2'2/# !2 = $.$$## ("#! Ec = =.3JQ =.13 < =.C2 m Las prdidas por convergencia sonE $.2 / ($.2' 0 $.$"! = $.$1 ( on una transicin de 2.=D m de longitud la prdida por friccin serE 2($.$$$#1 3 $.$$##!/2!*#.$14 = $.$$5 ( /ara balancear la energa en el canal aguas arriba, en el fondo de la entrada en el punto 1, tiene que serE % %1J.3C A 'c A las prdidas en la transicin % %1J.3C A =.C2 A =.=D A =.=% < %%1K.SC m b.P6rdidas en la entrada 7otan 8 = #.#91 : ("'! : = )/(( " 0 ;!*dcos seg "12.22 ps>seg&*+# = 1.DK m "K.3D ps& S# = =.=K%S2So = "=.=K%S2 Q =.==22& >1 < =.=31D *A = =.=31D P D%.K1 < 1.1= m "=.=31D P %C= < C.12 ps& E# = =.%D Q 1.DK 1.1= < 3.J2 m "=.D= Q K.3D C.12 < %S.%K ps& c. Deter(inaciBn del C@Do en la secciBn de la rE?ida