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Diseno Hidraulico de Obras de Arte

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buen trabajo

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INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

Para los romanos, que buscaban en la monumentalidad de sus construcciones un cauce eficaz a su obstinada voluntad de imposicin de poder, fue el acueducto uno de sus logros ms perfectos.

Se imponen al espectador por sus tres dimensiones: altura fuera de la escala humana, longitud que llega a ser verdaderamente colosal en alineaciones de kilmetros y que adems se alarga indefinidamente por la vibracin montona de sus arcadas y por su espesor que llega a dar esbelteces de verdadero alarde, como ocurre, por ejemplo, en Segovia.

La experiencia adquirida no se acumulaba en libros, ni se abstraa en clculos complicados, sino que apareca rotunda en los ejemplares conservados. Por el simple hecho de seguir en servicio demostrando su eficacia, es decir, su adecuacin a todas las funciones que tenan que cumplir, entre ellas la de transportar agua, funcin bastante sencilla, y otra ms compleja la de resistir las acciones que estn a la destructiva; pero incluso las ruinas eran leccin elocuente del comportamiento de las obras.

Los asentamientos humanos deben estar siempre situados cerca de una fuente de agua limpia, ya sea un ro o un manantial.

Mientras Roma no fue ms que un pequeo estado dentro del Lacio, su fuente fue el ro Tbet, pero a finales del siglo IV a.C., cuando los romanos luchaban en la Segunda Guerra Samnita, se encontraron con que necesitaban urgentemente un suministro alternativo. Quiz esto se debiera a que el agua del Tbet ya no era suficiente para una poblacin cada vez ms grande, o quiz a que exista el peligro de que el enemigo envenenara su nica fuente, pero lo cierto es que a consecuencia de ello, en el ao 312 a.C., los romanos empezaron a construir su primer acueducto, el Aqua Appia.

OBJETIVOS Objetivos Generales:Conocer los diferentes tipos de obrasde arte.Aplicar los criterios para el diseo hidrulico de las diferentes obras de arte de un sistemahidrulico. Objetivos Especficos: Aplicarlos parmetros de diseo, aprendidos y los obtenidos en la teora incluida en el presente trabajo Disear las principales obras de arte como: rpidas, cadas, acueductos, canoas, sifones, vertederos, alcantarillas; etc.DISEO HIDRULICO DE OBRAS DE ARTE GENERALIDADES

Cabe sealar que en el diseo de las obras de arte, la informacin topogrfica se constituye en un elemento de capital importancia, para lo cual se recomienda efectuar los levantamientos con plancheta a escala 1:100 o 1:200, dependiendo la escala de las dimensiones de la obra.

Las hojas de plancheta deben ser dibujadas en, papel canson, con curvas de nivel cada 0.5 m. con sus respectivos puntos de relleno, evitando cometer error de eliminarlos en el dibujo final, posteriormente sobre una copia ozalid del dibujo final, se procede a dibujar la obra proyectada obtenindose de este modo una real aproximacin del metrado del movimiento de tierra.

OBRAS COMPLEMENTARIAS

Se ha convenido en llamarlas as, a todas aquellas obras que forman parte integrante de otras ms grandes y por lo tanto constantemente su diseo se repite, por ejemplo: en cadas, alcantarillas, sifones, etc.

4.1.- DISEO HIDRULICO DE TRANSICIONESEstas estructuras se construyen muy frecuentemente al comienzo y al final de ciertas obras, tales como alcantarillas, cadas, sifones, tomas, etc.

El objetivo de estas obras, es reducir las prdidas de carga, debidas al cambio de la seccin del canal o de la pendiente del mismo. Las perdidas de carga en las transiciones, dependen del ngulo que .forman los aleros de la transicin con el eje del canal, si Bureau Of Reclamation, recomienda un ngulo de 12 30' " en aquellas estructuras donde las prdidas deben reducirse al mnimo y 250 cuando se puede carga, tales como cadas, rpidas, sifones, etc.

Cuando se toma el -ngulo 12 30; a veces resultan transiciones muy largas con el consecuente desmedro econmico, por lo tanto se debe saber sopesar estas dificultades. El coeficiente de prdidas se puede calcular analticamente, ya que para cada ngulo corresponde un coeficiente de prdida, distinto, para clculos rpidos se puede utilizar las tablas y grficos.

4.2.- Desarrollo de problemas aplicados

Por un canal de seccin rectangular, fluye un caudal de 6.5 m3/seg. Pasando por una seccin de ancho 3 m. a otra de 5 m en forma gradual sin que el fondo vare de cota, el tirante en la seccin de 5 m es 1.20 y en la de 3 m es 1.045; se pide calcular:

a) El ngulo apropiado-que debe tener el -eje del canal con los aleros de la transicin, segn el U.S.B.R.

b) La prdida de la energa en la transicin segn la Ecuacin de BORDA-CARNOT.

Solucina) El ngulo apropiado ser:

Tg/2 = 1 .

3 F

Se calcula el N de Fronde en cada seccin y se obtiene el promedio

V1 = 6.5 . = 2.073

; V2 = 6.5 . = 1.083

3 x 1.045

5 x 1.2

F1 = 2.073 . = 2.073

; F2 = 1.083 . = 0.316

9.81 x1.045

9.81 x 1.2

F( promedio) = 0.4815

Tg/2 = 1 . =0.6923

3 x 0.4815

/2 = 340 47 por medidas prcticas se toma:

/2 =35

b) La prdida de carga se calcula segn la Ec.-General;

Peg = (A2/A1-1)2 V22 /2g = (A2 -A1)2/2g

Y segn grfico 2.18.a., para = 70 y asumiendo, ms o menos la trayectoria para l2/l1, se obtiene:

= 1

Peg = 1.1 (6/3.135- 1)2 x1.0832/19.62 = 1.1(2.073-1.083)2/19.62

Peg = 0.055 m.

Estas prdidas se pueden reducir, si tomamos un valor menor de /2.

4.3.- DISEO HIDRULICO DE ALIVIADEROS LATERALES4.3.1 Generalidades

Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitndose posibles desbordes que podran causar serios daos, por lo tanto, su ubicacin se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro.

Los caudales de exceso a eliminarse, se originan algunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos debe descargar con un mnimo de obras de arte, buscndose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto ultimo depende siempre de la conjugacin de diferentes aspectos locales (topografa, ubicacin del vertedero, etc.)

4.4.- Criterios de Diseo

1.- El caudal de diseo de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel mximo de su caja hidrulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de mxima avenida.

2.- El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedar un excedente que corresponde tericamente a unos 10 cm. encima del tirante normal.

3.- La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de ste y el fondo del canal, corresponde al valor Yn.

4.- Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de frmulas, a continuacin se describe la frmula de Forchheiner citada por el SIMAMOS:

Donde:

= 0.95

= coeficiente de contraccin

L = longitud del vertedero

h = carga promedio por encima de la cresta.

El flujo del canal, deber ser siempre subcrtico, entonces:

h2 > h1

h = h1+h2

2

h1= 0.8 h2

h = 0.9 h2.

La frmula da buena aproximacin cuando se cumple:

V1 0.75

g Y1

h 2 - h1 Y2- Yn

5.-Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se suele utilizar diferentes valores segn la forma que adopte la cresta.

FORMA

a) Anchos de cantos rectangulares

0.49-0.51

b) Ancho de cantos redondeados

0.50-0.65

c) Afilado con aeracin necesaria

0.64

d) En forma de techo con corona redondeada

0.79

6.- El tipo a y b, se usan cuando el caudal que se est eliminando por la ventana o escotadura del canal, cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c d.

7.- Los aliviaderos laterales pueden descargar a travs de un vertedero con colchn al pie (desniveles pequeos) o mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energa al final (desniveles grandes).

4.5.- Desarrollo de problemas aplicados

Un canal trapezoidal de rugosidad 0,014 con taludes 1:1 plantilla 1m y pendiente 1 0/00 recibe en pocas de crecidas un caudal de 9 m3/seg., el canal ha sido construido para 4 m3/seg. pero puede admitir un caudal de 6 m3/seg. Calcular la longitud del aliviadero par eliminar el exceso de agua.

Solucin

1) Clculo de los Tirantes

Ymx=1.71m

Yn=1.17m

Y2=1.42m

2) Clculo de."h''.

h2 =0.25m.h1= 0.8*h2=0.2m.

h =0.2+0.25 = 0.225 m.

2

3) Caudal a evacuarQ = 3 m3/ seg.

4) Clculo de LPara = 0.5 y aplicando Ec, 4.21

L=

3Q .

2 x x 2g xh3/2

L = 20 m.

4.06.-DISEO HIDRULICO DE SIFONES.4.07.-GENERALIDADESCuando un canal debe cruzar una depresin ya sea una quebrada, ro o un camino, etc, se proyecta un sifn invertido que puede ser de secciona circular, rectangular o cuadrada que trabajara a tubo lleno.

Un sifn consta de un conducto cuya longitud queda determinada por el perfil del terreno y dos transiciones de entrada y de salida, siendo generalmente de seccin trapezoidal a rectangular en la cual se encu