Pres Tvb Rapidas

65
Resumen elaborado: Ing. Teresa Velásquez Bejarano Docente Principal del DRAT-FIA Fuentes: Fotografías de Proyectos del SUR del Perú. Principios y aplicaciones del Drenaje. Diseño y Manejo de los sistemas de Drenaje. ILRI. Manuales de Diseño cooperacion Peruano-Holandesa. ILACO. Manual Design of Small Dams y Small Canal Structures. Bureau of Reclamation. Manual Criterios de diseños de obras hidraulicas para la formulacion de proyectos hidraulicos multisectoriales y de afianzamiento hidrico. ANA. CURSO Diseño Hidráulico y Estructural de Obras de Arte RAPIDAS UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA Departamento de Recursos Hídricos

description

Criterio para el diseño de rápidas en canales de riego.

Transcript of Pres Tvb Rapidas

  • Resumen elaborado:

    Ing. Teresa Velsquez Bejarano

    Docente Principal del DRAT-FIA

    Fuentes:

    Fotografas de Proyectos del SUR del Per.

    Principios y aplicaciones del Drenaje. Diseo y Manejo de los sistemas de Drenaje. ILRI.

    Manuales de Diseo cooperacion Peruano-Holandesa. ILACO.

    Manual Design of Small Dams y Small Canal Structures. Bureau of Reclamation. Manual Criterios de diseos de obras hidraulicas para la formulacion de proyectos hidraulicos multisectoriales y de afianzamiento hidrico. ANA.

    CURSO Diseo Hidrulico y Estructural de Obras de Arte

    RAPIDAS

    UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA Departamento de Recursos Hdricos

  • RAPIDAS Las rpidas son usadas para conducir agua desde una elevacin mayor a

    una ms baja. La estructura puede consistir de una entrada, un tramo

    inclinado, un disipador de energa y una transicin de salida.

    El tramo inclinado puede ser un tubo o una seccin abierta. Las rpidas son similares a las cadas, excepto que ellas transportan el agua sobre distancias

    ms largas, con pendientes ms suaves y a travs de distancias ms largas.

  • PERFILES HIDRAULICOS

    EN UNA RAPIDA Fuente:

    Hidraulica-Ven Te Chow

  • PERFILES HIDRAULICOS

    EN UNA RAPIDA Fuente:

    Hidraulica-Ven Te Chow

  • FINALIDAD DE UNA RAPIDA La finalidad de una rpida es conducir agua desde un determinado

    nivel a uno mas bajo y disipar la energa generada por esta diferencia de niveles a travs de una poza disipadora.

    Al efectuarse el desplazamiento del flujo a travs de la rpida, pasa de un flujo Normal a un Flujo Supercrtico para luego a travs de la poza disipadora obtener nuevamente su estado de flujo Normal debido a la liberacin de energa a travs del Salto Hidrulico y al suscitarse el choque de un flujo Supercrtico con un flujo Normal.

  • ELEMENTOS DE UNA RAPIDA TRANSICION DE ENTRADA: Une por medio de un estrechamiento progresivo la

    seccin del canal superior con la seccin de control.

    SECCION DE CONTROL: Es la seccin correspondiente al punto don de comienza la pendiente fuerte de la rpida, mantenindose en este punto las condiciones criticas. En la rpida generalmente se mantiene una pendiente mayor que la necesaria para ,mantener el rgimen critico, por lo que ek tipo de flujo que se establece es el flujo supercrtico.

  • ELEMENTOS DE UNA RAPIDA CANAL DE RAPIDA: Es La Seccin Comprendida entre La seccin de control y el

    principio de la trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuracin del terreno una o varias pendientes. Son generalmente de seccin rectangular o trapezoidal.

    TRAYECTORIA: Es la curva vertical parablica que une la pendiente ultima de la rpida con el plano inclinado del principio del colchn amortiguador. Debe disearse de modo que la corriente de agua permanezca en contacto con el fondo del canal y no se produzcan vacos.

  • ELEMENTOS DE UNA RAPIDA TANQUE AMORTIGUADOR

    TRANSICION DE SALIDA

    ZONA DE PROTECCION

  • ALGUNAS VISTAS

  • RAPIDAS

    NATURALES EN

    BASAMENTOS

    ROCOSOS

  • RAPIDAS EN

    CANALES DE

    RIEGO

  • 12

    PRESA RAJUCOLTA

    Archivo TVelasquez

    RAPIDAS EN

    PRESAS

  • 13

    SALIDA

    ALIVIADERO

    PRESA RAJUCOLTA

    Archivo TVelasquez

    RAPIDAS EN

    PRESAS

  • 14

    RAPIDA ALIVIADERO

    PRESA RAJUCOLTA

    Archivo TVelasquez

    RAPIDAS EN

    PRESAS

  • DISEO DE UNA RAPIDA

    Debe proveer un control para impedir la aceleracin del agua y la erosin en el canal. El control es logrado por la combinacin de una retencin y un

    vertedero en la entrada. La entrada usada debera ser simtrica con respecto

    al eje de la rpida, permitir el peso de la capacidad total del canal aguas

    arriba hacia la rpida con el tirante normal de aguas arriba.

  • La Rapida debera tener uas para proveer una suficiente longitud de camino de percolacin, calculado segn el mtodo de LANE.

    Las prdidas de carga a travs de la entrada podran ser despreciadas en el caso que sean lo suficientemente pequeas que no afecten el resultado final. De otra

    manera, las prdidas a travs de la entrada deberan ser calculadas y usadas en

    la determinacin del nivel de energa en el inicio del tramo inclinado.

    Si la pendiente del fondo de la entrada es suave puede asumirse qua el flujo crtico ocurre donde la pendiente es suave puede asumirse que el flujo crtico ocurre

    donde la pendiente suave de la entrada cambia a la pendiente mas fuerte del

    tramo inclinado.

    Una transicin de salida es usada cuando es necesario para transicionar el flujo entre el disipador de energa y el canal despus. Si es necesario proveer el tirante

    de aguas abajo (tailwater) al disipador de energa, la superficie de agua en la

    salida debe ser controlada.

    DISEO DE UNA RAPIDA

  • Criterios Hidrulicos en Rapidas

    Fuente:

    Design of small dams. Bureau of Reclamation Design of small dams. Bureau of Reclamation Manuales de Diseo cooperacion Peruano-Holandesa. ILACO.

  • ENTRADA

    POZA AMORTIGUADORA

    SALIDA

    SECCION CONTROL

  • Transicin de entrada

    Las transiciones en una rpida abierta, deben ser diseadas para prevenir la

    formacin de ondas. Un cambio brusco de seccin, sea convergente divergente, puede producir ondas que

    podran causar perturbaciones, puesto que ellas viajan a travs del tramo inclinado y el

    disipador de energa.

    Para evitar la formacin de ondas, la cotangente del ngulo de deflexin de la superficie de agua en el plano de planta desarrollado de cada lado de una transicin no

    debera ser menor que 3.375 veces el nmero de FROUDE (F).

    Esta restriccin sobre ngulos de deflexin se aplica para cada cambio de seccin hecha en la entrada, en el tramo inclinado o en la poza disipadora.

    Si esta restriccin no controla el ngulo de deflexin, el mximo ngulo de deflexin

    de la superficie de agua en la transicin de entrada puede ser

    aproximadamente 30.

    Transicin de entrada

  • El ngulo de la superficie de agua con el eje en la transicin de salida puede ser

    aproximadamente 25 como mximo. El mximo ngulo de deflexin es calculado como sigue:

    Transicin de entrada

    Ctg = 3.375 F

    d Tirante para el piso de la rpida,

    Usando d= Area de la seccion/ancho superior de la seccion

    g aceleracion de la gravedad 9.8 m/seg2 osea 32.2 pies/seg2

    K Factor de aceleracin determinado segn:

    K = 0 si el piso de la Transicin es plano.

    Si el piso de la transicin es circular:

    Si el piso de la transicin es parablico:

    hv velocidad en el inicio de la trayectoria

    R Radio de la curvatura del piso

    Lt Longitud horizontal de origen a fin de la transicin

    Angulo de la pendiente del punto a ser considerado o Angulo de la pendiente al comienzo de la transicin l Angulo de la pendiente al final de la transicin.

    o

    l

  • Seccin de Control Punto donde comienza la pendiente fuerte de la rapida. En el quiebre se tendra el tirante

    critica ya que en la rapida se establece un regimen supercritico.

    Canal de la Rapida. Se proyecta de acuerdo a la topografia del terreno.

    Su seccion es generalmente rectangular o trapecial. El borde libre se puede obtener

    utilizando la frmula emprica : BL = 0.61 + 0.037 (d)1/2

    Para usar la frmula es necesario determinar los tirantes de agua (d en pies) y las

    velocidades (v en pies/seg) existentes en distintos puntos a lo largo de la rpida.

    Los tirantes se pueden obtener realizando el estudio de los quiebres en la pendiente de la

    rpida.

    Los valores usados son 0.012 a 0.014 cuando se trata de muros de concreto

  • Seccin de la rpida

    La seccin para el canal de la rpida es rectangular.

    Para rpidas pequeas de 9 m de longitud aproximadamente, la friccin puede ser

    despreciada y la Ecuacin de Bernoulli que se usa es:

    d1 + hv1 + Z = d2 +hv2

    Para rpidas mayores de 9 metros de longitud, la friccin se considera y la Ecuacin de

    Bernoulli es:

    d1 + hv1 + Z = d2 +hv2 +hf

    Siendo: (unidades en metros)

    hf= perdida por friccin en el tramo y es igual a la pendiente de friccion promedio Sa en el

    tramo multiplicada por la longitud L del tramo.

    Sf en el punto del tramo es calculada con:

    Z Diferencia de Elevaciones, R= Radio Hidrulico

    d1= Tirante aguas arriba

    d2= Tirante aguas abajo

    hv1= Energa de velocidad aguas arriba.

    hv2= Energa de velocidad.

    Otra forma de ecuacion donde la friccion es considerada:

    Sa pendiente de friccion promedio

    S Pendiente del canal

  • Trayectoria de la rpida

    La trayectoria va conectada a la poza amortiguadora, varia de 1.5:1 y 3:1. siendo usual 2:1. La Trayectoria

    se determina mediante la ecuacin:

    x=Distancia horizontal desde el punto de origen de la trayectoria

    Y=Distancia vertical desde el punto de origen de la trayectoria

    Lt Longitud horizontal de origen a fin de la trayectoria

    o Angulo de inclinacin entre el canal de la rpida y el origen de la trayectoria

    L Angulo de inclinacin entre el canal de la rpida y el final de la trayectoria

    La longitud de la trayectoria puede ser seleccionada con:

    y obteniendo K= 0.5 o menos.

  • Poza Amortiguadora

    En la Poza amortiguadora el flujo de agua llega a gran velocidad, mayor que la velocidad

    critica, generndose generalmente un salto hidrulico que disipa la Energa resultante de la

    turbulencia.

    Para una operacin correcta del Numero de FROUDE en la poza, este debe de estar

    comprendido en valores mayores de 4.5 y llegan hasta 10.

  • Poza Amortiguadora

    Si el Numero de FROUDE es mayor de 10, no se esta planteando la mejor dimensin para el

    diseo de la Poza de disipacin y hay que afrontarlo con estructuras adicionales.

    La Poza Amortiguadora es generalmente rectangular de pendiente cero.

    Los tirantes conjugados se calculan con la siguiente expresion:

  • Pozas de Disipacin

    TANQUE SAF

    SAINT ANTONY FALLS

    VERTEDEROS PEQUEOS,

    OBRAS DE DESCARGA DONDE:

    Velocidades no son mayores de

    15 a 18 m/seg

    1.7 < F1 < 17 Fr = v/ (gy) 1/2

  • Pozas de Disipacin

    TANQUE USBR II US BUREAU OF RECLAMATION

    VERTEDEROS DE GRAN

    MAGNITUD,

    OBRAS DE DESCARGA DONDE:

    Velocidades no son mayores de

    15 a 18 m/seg

    F1 > 4.5 Fr = v/ (gy) 1/2

  • Pozas de Disipacion

    TANQUE USBR II US BUREAU OF RECLAMATION

    VERTEDEROS DE GRAN

    MAGNITUD,

    OBRAS DE DESCARGA DONDE:

    Velocidades no son mayores de

    15 a 18 m/seg

    F1 > 4.5 Fr = v/ (gy) 1/2

  • Pozas de Disipacion

    TANQUE USBR III US BUREAU OF RECLAMATION

    VERTEDEROS DE GRAN

    MAGNITUD,

    OBRAS DE DESCARGA DONDE:

    Velocidades no son mayores de

    15 a 18 m/seg

    F1 4.5 Fr = v/ (gy) 1/2

  • Pozas de Disipacion

    TANQUE USBR IV US BUREAU OF RECLAMATION

    VERTEDEROS DE GRAN

    MAGNITUD,

    OBRAS DE DESCARGA DONDE:

    Velocidades son menores de 15

    m/seg

    2.5 < F1 < 4.5 Fr = v/ (gy) 1/2

  • Formacion de Ondas

    La formacin de ondas puede ser causada

    por :

    - Transiciones en el canal.

    - Estructuras asimtricas.

    - Curvas o ngulos en el alineamiento de

    la rpida.

    Estas ondas en la estructura son

    convenientes pues pueden sobresalir de la

    rpida causando olas en la disipacin de

    energa ; por lo que su estudio en la rpida

    es importante.

    Se desarrollaron grficos para predecir la

    posibilidad de que este flujo se presente en la

    rpida. Para el uso de estos graficos se

    deben de calcular:

    nmero de Vedernikov.(V)

    nmero de Montuori (M).

  • - En cada punto considerado :

    Calcular el nmero de Vedernikov.(V)

    Calcular el cuadrado del nmero de Montuori (M).

    Donde :

    b = base de la seccin de la rpida. (pies)

    d = Tirante promedio de la superficie del agua en la seccin de la rpida. (pies)

    g = aceleracin de la gravedad.(p/seg2)

    L = longitud aproximada considerada. (pies)

    S = pendiente promedio de la lnea del gradiente de energa. S = tang

    V = velocidad.(pies/seg)

    Wp = permetro mojado de la seccin. (pies)

    = ngulo de inclinacin de la lnea de gradiente de energa.

    - Plotear los valores calculados en las Figura mostradas a continuacion, si los puntos caen en la

    zona de flujo disperso, mediar los puntos en los cuales comienza a la formacin de ondas.

    - Calcular el factor de forma para la seccin de la rpida.

  • Nmero de Vedernikov.(V)

    Zona de flujo rpido

    Zona de flujo lento

    Nmero

    de

    Vedernikov.(V)

    Nmero de Montuori (M).

  • Nmero de Montuori (M).

    Zona de flujo lento

    Rpidas de concreto

    Rpidas de metal corrugado

    Zona de flujo rpido

    S = Tang angulo de inclinacion del gradiente de

    energia

    d/wp d= Tirante del

    tramo

    wp= Perimetro

    mojado

  • EJEMPLO DE DISEO DE UNA

    RAPIDA

    A continuacin se presenta el diseo de una rpida abierta que conducir 1 m3/seg. Se

    usar una poza disipadora para eliminar el exceso de energa despus al final de la rpida.

    La entrada es diseada para proporcionar un control en el canal aguas arriba. Las

    caractersticas del canal en el punto 1 son:

    Q = 1 m3/s, d = 0.73 m, S = 0.00033

    b = 1.83 m, n = 0.025, Z = 1.5:1

    A1 = 2.14 m2, V1= 0.46 m/s

    v1= 0.46 m/s , Hv1= 0.01 m, E1 = 0.74 m

    Fuentes: Manual Design of Small Dams y Small Canal Structures. Bureau of Reclamation. Manual Criterios de diseos de obras hidraulicas para la formulacion de proyectos hidraulicos multisectoriales y de afianzamiento hidrico. ANA.

  • a.

  • b.

  • c.

    d.

    e.

  • f.

  • Ec.

  • Planos

    Fuente:

    Design of small canal structures. Bureau of Reclamation.

  • GRACIAS POR SU ATENCION [email protected]

    [email protected]