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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO HIDRAULICO II

TRABAJO N. 1 TEMA: Diseño

de un cuenco amortiguador USBR tipo II Profesor: Ing. Salomón Jaya.

INTEGRANTES

Morales Franklin

SEMESTRE: Sexto

Fuertes Katherine Ger Darwin Ati Mauricio Bolaños Andrés Jiménez José

PARALELO: Tercero

TEMA: CUENCO DISIPADOR USBR TIPO II 

DESCRIPCION DEL TEMA

Este tipo se desarrolló para cuencos disipadores de uso común en vertederos de presas altas y de presas de tierra y para estructuras de canales grandes. El cuenco contiene bloques en la rápida del extremo de aguas arriba y un umbral dentado cerca del extremo de aguas abajo. No se utilizan bloques de impacto debido a que las velocidades relativamente altas que entran al resalto pueden causar cavitación en dichos bloques.

Diseño: en la figura 25 se muestra el diseño detallado y los datos necesarios para el cálculo. Las reglas recomendadas para el diseño son las siguientes (Chow, 1994): 1) Fijar la elevación del piso para utilizar la profundidad se cuente de aguas abajo completa, más un factor de seguridad adicional si es necesario. Las líneas punteadas de la figura 27 sirven como guía para diferentes relaciones de la profundidad real de aguas abajo con respecto a la profundidad se cuente. Existe un límite, el cual es establecido por la curva denominada Mínima profundidad de salida, que indica el punto para el cual el frente del resalto se mueve hacia fuera de los bloques de la rápida. En otras palabras, cualquier reducción adicional de la profundidad de salida hará que el resalto se salga del cuenco; es decir, producirá un barrido de resalto. El cuenco no debe diseñarse para una profundidad menor que la se cuente. Para mayor seguridad, el U. S. Bureau of Reclamation recomienda un margen de seguridad mínimo del 5% de D2, que debe sumarse a la profundidadsecuente. 2) Este tipo de cuenco puede ser efectivo hasta un número de Froude tan bajo como 4, pero para valores menores esto no necesariamente es cierto. Para valores bajos, se recomiendan diseños que consideran la supresión de ondas. 3) La longitud del cuenco puede obtenerse de la curva de longitud del resalto dada en la figura 24. 4)

La altura de los bloques de la rápida es igual a la profundidad D1 del flujo que entra al cuenco. El ancho y el espaciamiento deben ser aproximadamente iguales a D1, sin embargo esto puede modificar separa eliminar la necesidad de fracciones de bloques. Con respecto a las paredes laterales es preferible un espaciamiento igual a 0,5 D1 para reducir salpicaduras y mantener presiones adecuadas.

5) La altura del umbral dentado es igual a 0,2 D2 y el ancho máximo y el espaciamiento máximo recomendado son de aproximadamente 0,15D2. En este diseño se recomienda colocar un bloque adyacente a cada pared lateral (figura 25). La pendiente de la parte continua del umbral de salida es 2:1. En el caso de cuencos angostos, según la regla anterior, que involucraría sólo algunos dientes es recomendable reducir el ancho y el espaciamiento, siempre y cuando esto se haga de manera proporcional. La reducción del ancho y del espaciamiento en realidad mejora el comportamiento en estos cuencos; luego los anchos y los espaciamientos mínimos entre los dientes se establecen sólo por consideraciones estructurales. 6) No es necesario escalonar los bloques de la rápida y el umbral dentado. De hecho esta práctica no es recomendable desde un punto de vista constructivo. 7) Las pruebas de verificación sobre estos cuencos no indican cambios perceptibles en la acción del cuenco disipador con respecto a la pendiente de la rápida agua arriba del cuenco. En estas pruebas la pendiente de la rápida varía desde 0,6:1 a 2:1. En realidad, la pendiente de la rápida, en algunos casos, tiene un efecto sobre el resalto hidráulico. Es recomendable que la intersección aguda entre la rápida y el cuenco se remplace por una curva de radio razonable (R ≥ 4D1) cuando la pendiente de la rápida es 1:1 o mayor. Los bloques de la rápida pueden incorporarse a la superficie curvas con tanta facilidad como a las planas. En rápidas empinadas la longitud de la superficie superior de los bloques debe hacerse lo suficientemente larga como para deflactar el chorro. 8) Los perfiles aproximados para la superficie del agua y para las presión es de un resalto en el cuenco se muestran en la figura 26. 

INTRODUCCION

Los disipadores de energía se usan para disipar el exceso de energía cinética del flujo de agua. Esta energía o altura de velocidad es adquirir vapor el agua donde la velocidad es alta, tal como en una caída o en una rápida, y el disipador de energía está incorporado dentro del diseño de esta estructura. Un disipador de energía efectivo debe ser capaz de retardar el flujo rápido del agua para evitar daños por fuera de la estructura o en el canal aguas debajo de la misma. El disipador de energía de tipo de impacto dirige el agua a una obstrucción que desvía el flujo en todas las direcciones y de esta manera disipa la energía de la misma. En algunas estructuras el flujo se sumerge dentro de un cuenco disipador donde la energía se difunde. Caídas controladas, y caídas verticales, pantallas de choque a la salida, dados y pozos aquietadores verticales son todos disipadores del tipo de impacto. Otros disipadores usan el empuje hidráulico para reducir el exceso de carga. En este tipo de estructura el agua fluyendo a una velocidad tan alta como la crítica es forzada a formar un resalto hidráulico la energía se disipa en forma de turbulencia. El cuenco disipador contiene el agua turbulenta hasta que esta pueda ser descargada hacia el canal de aguas abajo sin que se produzcan daños en el mismo. El tubo colector de la caída es un conducto de caída cerrada en el cual la presión hidráulica ocurre dentro del tubo.

El disipador de energía del tipo de impacto es considerado más eficiente que los de tipo de presión hidráulica. Generalmente el uso de un disipador de energía del tipo de impacto, trae como resultado estructuras más pequeñas y económicas (U.S. Bureau of Reclamation, 1978).

OBJETIVOS 

Conocer los parámetros de diseño, y las características que posee el cuenco amortiguador USBR tipo II



Verificar la longitud del cuenco disipador para su óptimo funcionamiento



Determinar La cantidad de dados disipadores que se utilizaran en el ejercicio propuesto



Establecer mediante ecuaciones recomendadas por la Bureau of Reclamation, el correcto diseño del cuenco en mención.

EJERCICIO (CUENCO AMORTIGUADOR USBR TIPO II) Dimensione un estanque amortiguador Tipo II para un vertedero de excedencia con su cara aguas arriba vertical y con un ancho del canal de 250 pies. El caudal de diseño es 75000 pies3/s. La altura de salida de flujo de agua del vertedero (altura de diseño) es de 17,7 pies, y la altura de la presa es de 102, 3 pies.

Vista en planta



Velocidad de Flujo a la salida del vertedero Vflujo

Hd = 17,7 pies Ht = 120 pies

Vflujo = 79 pies/s.



𝐷1 =

𝐷1 =

Profundidad de flujo antes del resalto 𝑄 𝑉𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 . 𝑏

Q = Caudal Vflujo = Velocidad de flujo b = ancho del canal

75 000 (79)(250)

D1 = 3,8 pies



𝐹𝑟 =

Numero de Froude 𝑉𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 √𝑔 . 𝐷1

D1 = Profundidad de flujo antes del resalto Vflujo = Velocidad de flujo

𝐹𝑟 =

79 √(9,8)(3,8)

Fr = 7,13



Cálculo de la relación ( Profundidad de salida/D1)

Fr = 7,13

𝑷𝒓𝒐𝒇. 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 = 𝟗, 𝟕 𝑫𝟏



Profundidad de flujo después del resalto (D2)

De acuerdo al Abaco Prof. de salida =1 D2

Prof de salida = 𝐷2

𝐷2 = 9,7 D1 𝐷2 = 9,7 (3,8) 𝐷2 = 9,7𝐷1

D2 = 36,9 pies

 Fr=7.13

Para Mayor seguridad D1=3.8 pies

D2=36.9 pies

1)

D1=Altura de flujo de agua antes del resalto D2=altura de flujo de agua después del resalto 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 10.2 𝐷1

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =1 𝐷2

D2=38.76 pies 2)

D2=1.05*36.9 D2=38.75 pies



Longitud del Resalto

Fr=7.13

D1=3.8 pies

𝐿 𝐷2



= 4.16

D2=36.9 pies

⟹

L=154 pies

DIMENSIONES Y ESPACIAMIENTO DE LOS BLOQUES DEL CANAL DE DESCARGA

D1=altura del flujo de agua antes del resalto hidráulico D2=altura del flujo de agua después del resalto hidráulico h2=altura del obstáculo dentado h1=altura de los bloques de la rápida



CALCULOS BLOQUES DE LA RÁPIDA  TOTAL 25 BLOQUES

1. Separación entre bloques S1  D1=3,8 pies  5pies 2. Ancho del bloque W1  D1=3,8 pies  5pies 3. Altura de bloques h1  D1=3,8 pies  4pies 4. Separación del borde D1/2  D1/2=1,9 pies  2,5pies=2pies 6plg Como la longitud de la cresta es de 250 pies  2,5+2,5+25x5+24x5= 250 pies

OBSTÁCULOS DENTADOS  TOTAL 21 OBSTÁCULOS 1. Separación entre obstáculos S2=0,15xD2 5,81 pies  6,2pies=6pies 3plg 2. Ancho de los obstáculos W2=0,15xD2  5,81 pies  6pies 3. Altura de los obstáculos h2=0,20xD2  7,75 pies  7,8pies=7pies 10 plg 4. Umbral dentado 0,02xD2  0,78 pies  0,8 pies=10 plg Como la longitud de la cresta es de 250 pies  21x6+20x6,2= 250 pies

CONCLUSIONES 1.) La utilización de cuencos disipadores para la creación y control del resalto hidráulico, denota una manera eficaz de reducir la longitud del mismo, asi como también, el elevado número de Froude que se puede presentar. 2.) Las pérdidas de energía en el cuenco disipador serán mayores a medida que la altura del resalto sea mayor 3.) El cuenco disipador USBR tipo II del ejemplo numérico fue diseñado con numerosos bloques y dados disipadores, lo cual permitirá una disipación de energía mas eficaz. 4.) Al ocurrir el resalto hidráulico en el cuenco disipador, la profundidad del flujo de agua será siempre inferior al critico. 5.) El cuenco disipador USBR tipo II en el diseño de obras hidráulicas constituye un elemento de gran importancia, ya que permite complementar el funcionamiento de dichas obras, disipando energía, y evitando así que se produzcan socavamientos y flujos con velocidades muy altas.

BIBLIOGRAFIA https://es.scribd.com/doc/81688365/49/Cuenco-Disipador-Tipo-2 Ven te Chow – Hidráulica de Canales Abiertos Sviatoslav Krochin – Diseño Hidráulico Llanos, Yague y Saenz - Dam Mantenience and Rehabilitation