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• Alexis Chozo

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UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”

DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS

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DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

TEMA: SALTOS DE AGUA

1. INTRODUCCION Muchas veces en los proyectos hidráulicos como canales, se requiere salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo, es aquí donde se requiere de los llamados “SALTOS DE AGUA”, que son estructuras de caída. Una estructura de caída es una estructura de regulación que disminuye el nivel del agua a lo largo de su curso. En general, la pendiente de un canal es más moderada que la del terreno, como resultado de lo cual un canal construido en corte en su cabecera, pronto superará la superficie del terreno. Para evitar rellenos excesivos, el nivel del lecho del canal aguas abajo se disminuye y los dos tramos se conectan mediante una estructura de caída apropiada Gómez Navarro hace una diferenciación de estas obras y conviene en llamarles caídas cuando los desniveles son iguales o menores a 4m. Para desniveles mayores a 4.0m la estructura toma el nombre de rápida y en estos casos es conveniente un estudio económico entre rápida o una serie de caídas, denominadas gradas. En el presente informe, se presentará los saltos de agua como: gradas escalonadas o

cascada.

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2. GENERALIDADES Se le denomina saltos de agua a las estructuras hidráulicas proyectadas para salvar desniveles, entre ellas tenemos:

CAIDAS VERTICALES CAIDAS CAIDAS INCLINADAS SALTOS DE AGUA

GRADAS ESCALONADAS O CASCADA RAPIDAS

FIGURA: LOCALIZACION DE CAIDAS DE UN CANAL

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3. MARCO TEORICO 

GRADAS ESCALONADAS O CASCADA 3.1. DEFINICIÓN: Son caídas verticales continuas, que se proyectan para salvar desniveles abruptos (Desniveles mayores a 4.00m) siendo recomendable no proyectar en este caso caídas o gradas con alturas mayores a 0.80m.

3.2. TIPOS

3.2.1. De escalera simple: Son aquellas que no presentan vertedero frontal, lo que produce un ahorro de material de construcción. Al no presentar cajón disipador de energía el flujo puede acelerarse; para evitar esto la longitud de los escalones debe ser bastante larga. 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.

FIGURA: GRADA ESCALONADA; TIPO ESCALERA SIMPLE

3.2.2. De escalera con obstáculos encajonados: La estructura consiste en una serie de cajones disipadores de energía, puesto uno a continuación de otro a manera de una escalera. El agua cae dentro del primer cajón, disipa su energía mediante la formación de un resalto hidráulico y pasa sobre un vertedero frontal al siguiente cajón donde se repite el proceso. UNPRG/FICSA/ING. CIVIL

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De este modo no se produce ninguna aceleración a lo largo de la caída como sucede con los canales de gran pendiente, pues la energía se disipa en cada cajón antes de que el agua pase al siguiente. Otra ventaja es que este tipo de caídas funciona igualmente bien con todos los caudales intermedios hasta llegar al máximo para el cual ha sido diseñado. Por lo general este tipo de caídas se utiliza para caudales menores a 10m3/s, sin embargo es aplicable también para caudales mayores.

FIGURA: GRADA ESCALONADA; CON OBSTACULOS ENCAJONADOS

3.3. CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO ESTRUCTURAL: Parámetros que influyen en el diseño y construcción de la estructura:

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

Datos topográficos de la zona



Desnivel vertical



Longitud horizontal



Pendiente promedio



Tipo de terreno

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3.3.1. Diseño hidráulico Estructural:

a) El número de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la rápida depende de las consideraciones económicas y por lo general se establece comparando diferentes alternativas así el desnivel total queda dividido en varios tamos verticales iguales cada uno de un valor “Za”. En el caso de que el desnivel a vencerse no pase los 4 metros, por lo general

se utiliza un solo tipo de 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 formula general: 𝑄 = 𝑀 ∗ 𝑏 ∗ 𝐻 3/2 Donde: el coeficiente “M”, dependerá de la forma del vertedero y varía entre 1.80 y 2.00. c) Al ser en ancho “b”, constante en toda su longitud se tiene que el valor “H” obtenido será también igual para todos los escalones. El agua cae con un movimiento acelerado contrayéndose gradualmente el grueso del chorro junto al fondo del cajón; este grueso o calado contrario d1, está dado por la ecuación: 𝑑1 =

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𝑄 𝑏

2𝑔∗ 𝑇−𝑑1

Siendo: 𝑇 = 𝐻 + 𝑌1 + 𝑍𝑏

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d) Dentro del cajón el agua pasa del régimen supercrítico al régimen subcritico, mediante la formación de un resalto, cuyos calados conjugados son d1 y d2. Estos calados están relacionados entre sí con la fórmula de los tirantes conjugados. 

Según V.A Shauman, para que el resalto se sumerja es suficiente que: 𝐻 + 𝑌2 > 0.9 ∗ 𝑑1 Siempre que: 𝑌2 = 0.25 ∗ 𝑑2

e) La longitud mínima del cajón debe ser igual a la longitud de la parábola “Lp”

que sigue el chorro al caer, más la longitud “LR” necesaria para que se forme el resalto. Se obtiene de la mecánica que: 𝐿𝑝 =

2𝑦 𝑔

Los valores están dados por:

𝑦 = 𝑍𝑏 + 0.5ℎ𝑏 + 𝑌1 ; 𝑉 =

𝑄 ∗ ℎ𝑎 𝑏

Tomando en cuenta los siguientes datos experimentales: 

Para el perfil hidrodinámico:

ℎ𝐵 = 0.74𝐻0

𝑀 = 2.2



Para el vertedero de pared delgada:ℎ𝐵 = 0.67𝐻0

𝑀 = 1.9

Y reemplazando valores, se llega a un resultado prácticamente igual para los 1

dos. 𝐿𝑃 = 1.04 ∗ 𝑞 3 ∗

Siendo: 𝑞 =

𝑍𝑏 + 𝑌1 + 0.22𝑞 2/3

𝑄 𝑏

Para el caso que no existiera vertedero en la entrada (𝑌1 = 0), y el agua

cayera sin esta obstrucción, se tiene que según H. Rouse: ℎ𝐵 = 0.715𝑑 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 O haciendo los reemplazos correspondientes 2

ℎ𝐵 = 0.334 ∗ 𝑞 3

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Siguiendo un desarrollo similar al anterior se llega: 𝐿𝑃 = 1.35 ∗ 𝑞1/3 2𝑏 + 0.167𝑞 2/3

Según Agroskin: 2

ℎ𝐵 = 0.308 ∗ 𝑞 3

Y se llega a un resultado final algo diferente:

𝐿𝑃 = 1.46 ∗ 𝑞1/3 2𝑏 + 0.154𝑞2/3 La longitud necesaria para la formación del resalto según Shauman es igual a LR=3.2*h2=3.2*d2

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4. BIBLIOGRAFIA 

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS : ING. CIVIL ARBULU RAMOS, JOSE



MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO: AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA.



SALTOS DE AGUA Y PRESAS DE EMBALSE : GOMEZ NAVARRO Y ARACIL

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