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RPIDAS
Versin 1.0 Noviembre 2010
SOFTWARE PARA EL DISEO HIDRAULICO DE ESTRUCTURAS
DE DISIPACION DE ENERGIA EN CANALES
Por:
Walter Ral Huatuco Lpez Whuatuco@hotmail.com
MANUAL DEL USUARIO
2010
2
CONTENIDO Pg.
I. INTRODUCCIN 03
II. INSTALACION Y REQUERIMIENTOS DEL PROGRAMA 04
III. PANTALLA DE INICIO DE SESIN 05
IV. DESCRIPCION DE LOS MDULOS 05
V. MDULO: RPIDA 06
5.1 Descripcin de Mens
VI. MDULO: CAIDA INCLINADA 18
6.1 Descripcin de Mens
VII. MDULO: CAIDA VERTICAL 28
7.1 Descripcin de Mens
VIII. MDULO: CANAL 36
IX. EJEMPLOS DESARROLLADOS CON EL SOFTWARE 38
3
I. INTRODUCCIN.-
RPIDAS Versin 1.0, es un software para el diseo hidrulico de estructuras de
disipacin de energa en los canales de riego, se considera a las Rpidas, Cadas Inclinadas
y Cadas Verticales.
El diseo hidrulico de las estructuras de disipacin de energa en el caso de las rpidas y
cadas inclinadas se realiza mediante mtodos numricos para la solucin de las ecuaciones
no lineales, por el mtodo de Newton Raphson.
En el diseo se utilizan tanques amortiguadores generalizados desarrollados por la United
States Bureau of Reclamation y Tanque tipo SAF, para la disipacin de energa.
El programa informtico realiza el clculo hidrulico, el dimensionamiento de la estructura
de disipacin de energa, la verificacin del funcionamiento del tanque amortiguador para
diferentes caudales, verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida, muestra
resultados grficamente y en tablas. Asimismo los datos ingresados por el usuario y
resultados se pueden guardar en un archivo que generar el programa y tiene la capacidad
de exportar los datos grficos al AutoCAD 2010.
El software ha sido probado, verificado y comparado con los resultados de los ejercicios y
ejemplos propuestos en diferentes libros y manuales que se presentan en la bibliografa,
para validar los resultados obtenidos con el uso del software, los cuales se anexan al final
del presente documento.
El programa est disponible en una versin 32-bit y es compatible con Windows XP,
Windows Vista y Windows 7.
El Autor
4
II. INSTALACION Y REQUERIMIENTOS DEL PROGRAMA
Requisitos del software:
El software RPIDAS Versin 1.0, es compatible con los sistemas operativos de 32-bit Windows XP, Windows Vista y Windows 7,
Se requiere tener instalado en el sistema la aplicacin del AutoCAD 2010 para la exportacin de los resultados grficos.
Requisitos de Hardware:
Requerimiento mnimo: PC con Pentium IV, 1Gb RAM, monitor VGA y una impresora si el usuario desea obtener reportes impresos.
Instalacin del Software
Desde el CD-ROM, la instalacin empieza automticamente en la mayora de las
computadoras cuando en el CD-ROM se inserta el software. Si la instalacin no empieza
automticamente, con el INSTALL.EXE el programa localizar en el CD-ROM el ndice
de la raz, usando el SETUP.EXE.
Una vez completada la instalacin, se puede empezar haciendo doble clic el cono de
RPIDAS, localizado en el grupo de programas.
5
III. PANTALLA DE INICIO DE SESION.-
IV. DESCRIPCION DE LOS MODULOS.-
Usando el programa- Una apreciacin global:
El uso del programa es relativamente sencillo. Despus de empezar el programa se puede
acceder del Men Diseo Hidrulico a los mdulos para el diseo de Rpidas, Cadas
Inclinadas y Cadas Verticales. En cada Mdulo se puede abrir del Men del Archivo un
archivo de una estructura existente, o crear un nuevo diseo, usando Archivo/ o el
comando Nuevo.
6
V. MODULO: RPIDA
En esta ventana del Mdulo Rpida, se ingresan las dimensiones y la geometra de la
estructura de la Rpida considerando las caractersticas de los canales aguas arriba y aguas
abajo de la rpida.
Pueden editarse las dimensiones de la elevacin de la estructura a travs del dibujo del
perfil del fondo que se encuentra a mitad de la pantalla, asimismo fijar el nmero de
tramos que tiene el canal de la rpida e ingresar las pendientes de cada tramo.
En la parte inferior se muestra un cuadro de color amarillo que permite seleccionar al
usuario el tipo de tanque amortiguador a utilizarse para la estructura de disipacin de
energa, haciendo Clic sobre el mismo.
Este esquema permanece abierto siempre que el diseo de la Rpida est en la memoria, si
es cerrado, puede ser reabierto a travs de la barra de herramientas del Men
principal Diseo Hidrulico, Submen Rpidas.
7
Descripcin de Mens
Men Archivo:
Nuevo.- Limpia los cuadros de entrada de datos para crear un nuevo diseo de una rpida.
Abrir.- Abre un archivo de una rpida existente (* .RAP file)
Guardar.- Guarda o almacena en memoria la rpida actual que se disea un archivo de extensin *.RAP. Si ste es un nueva rpida, usted colocar un nombre al archivo. Si
esto es una rpida existente, el archivo se guardar bajo su nombre actual.
8
Guardar como.- Guarda o almacena el diseo de la rpida actual a un *.RAP file. Permite al usuario dar un nombre al diseo de la rpida que est tratando.
Imprimir.- Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora Windows System.
Copiar ventana al portapapeles.- Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows. Una vez en el portapapeles, la imagen puede pegarse en
algn documento de acuerdo a su aplicacin.
Cerrar.- Cierra el archivo de la rpida actual que se disea y sale del Mdulo Rpida, sin salir del programa.
Men Resultados/Grficos:
Grfico Perfil Hidrulico de la Rpida.- Muestra el resultado grfico del diseo de la Rpida en Planta y perfil longitudinal.
9
Ventana del resultado grfico de la Rpida
Descripcin de la barra de herramientas de la ventana del resultado grfico:
Muestra todo el dibujo
Zoom aumenta
Zoom disminuye
Muestra el perfil de la poza de disipacin
Muestra la planta de la poza de disipacin
Muestra las secciones transversales de la estructura
Muestra la seccin de control de la rpida
Muestra el grfico y el cuadro de coordenadas de la trayectoria de la rpida
Muestra tabularmente el perfil hidrulico de la rpida
Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora
Windows System.
Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows.
Exporta el dibujo grfico al AutoCAD 2010. Para exportar el dibujo previamente
debe ejecutarse la Aplicacin del AutoCAD 2010.
10
Opciones de la ventana para exportar al AutoCAD2010:
Intervalo Vertical: indica el intervalo vertical en que sern mostrados los valores de
las elevaciones en la cuadrcula.
Intervalo Horizontal: indica el intervalo horizontal en que sern mostrados los
valores de las progresivas en la cuadrcula.
Altura de Texto: indica la altura del texto de las elevaciones y las progresivas que
sern dibujados en la el AutoCAD.
Opcin Dibujar Lnea Gradiente de Energa: Permite agregar la Lnea Gradiente de
Energa en el dibujo.
Cuadro de dilogo para exportar dibujo grfico al AutoCAD 2010.
11
Resultado del diseo de la Rpida en el AutoCAD 2010
Tabla Perfil Hidrulico de la Rpida.- Abre la tabla que muestra las elevaciones de la superficie de agua, velocidades, incremento del tirante por la aireacin calculado por el
mtodo del HEC-RAS (Manual de Referencia de Hidrulica del HEC-RAS [10]), en
toda la seccin longitudinal de la rpida.
12
Cuadro de resultados de perfil hidrulico de la rpida
Secciones Transversales.- Muestra las secciones transversales del canal aguas arriba, seccin de control, canal de la rpida, poza y canal aguas abajo.
13
Cuadro de dilogo para mostrar las secciones transversales
Trayectoria de la Rpida.- Muestra la ecuacin, las coordenadas (X, Y), el P.C. (Punto comienzo), P.T. (Punto trmino) y el grfico de la trayectoria de la rpida.
Cuadro de resultados muestra el Perfil de la Trayectoria
14
Dimensiones de los Bloques del Tanque Amortiguador.- Muestra las dimensiones de los bloques de impacto provistos en el tanque amortiguador. Est disponible solo para
aquellos tanques que disponen de bloques de impacto: Tanques amortiguadores tipo
USBR I, II, III y Tanque tipo SAF.
Cuadro de resultados del dimensionamiento de los bloques de impacto en el Tanque
amortiguador.
Verificacin del funcionamiento del Tanque.- Las revisiones de la operacin del funcionamiento del tanque amortiguador para diferentes caudales inferiores al caudal
(Q) de diseo: (0.1Q, 0.2Q,,Q), se compara los niveles de energa a la salida del
tanque amortiguador con el nivel de energa del canal aguas abajo, indicando adems
advertencia o mensajes de error relacionados al clculo de la evaluacin del tanque.
15
Estas revisiones se realizan con las dimensiones ya fijadas de la estructura de la Rpida,
haciendo que fluyan diferentes caudales sobre ella.
Cuadro de resultado de evaluacin de la operacin del taque o poza de disipacin.
Verificacin de la Estabilidad del Flujo en el Canal de la Rpida.- Las revisiones de la formacin de ondas a lo largo del canal de la rpida se realizan utilizando los
Nmeros de Vedernikov y de Montouri con el procedimiento sugerido por el USBR
(1974) [1] y mediante el uso del grfico mostrado abajo, para caudales 0.2Q, 0.5Q y Q,
donde Q es el caudal de diseo de la estructura.
Criterio para flujo estable (sin ondas)
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Cuadro de dilogo de evaluacin de la estabilidad del flujo en el canal de la Rpida.
Men Opciones:
El Men de Opciones ofrece el acceso necesario al usuario a la pantalla para modificar la
longitud del resalto, bordos libres en el canal y ngulo en las transiciones.
Bordo Libre, Transicin y Tanque Amortiguador.- Abre una cuadro de dialogo que permite la entrada de los bordos libre del canal, definir el ngulo en las transiciones
modificar parmetros en la frmula del resalto y asimismo fijar lmites mnimos de la
altura de los bloques de impacto en la poza.
17
Cuadro de dilogo para modificar bordos libres del canal y el ngulo de las transiciones.
18
Cuadro de dilogo para modificar constante en la frmula del resalto y la opcin de limitar
la altura de los bloques de impacto en la poza
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VI. MODULO: CAIDA INCLINADA
En el Mdulo de Cada Inclinada se puede realizar diseos de poza de disipacin en
canales abiertos en diferentes situaciones como se muestra en el diagrama siguiente:
DISEO POZA DISIPACION
AGUAS ARRIBA EN REGIMEN SUBCRITICO
AGUAS ARRIBA EN REGIMEN SUPERCRITICO
- AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO EN REGIMEN SUPERCRITICO
- ELEVACION DE SALIDA DESCONOCIDO
Aguas abajo en rgimen subcritico supercrtico
Aguas abajo en rgimen subcritico supercrtico
S1= S2
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En esta ventana de dilogo del Mdulo Cada Inclinada, se ingresa las dimensiones y la
geometra de la estructura de la Cada Inclinada considerando las caractersticas de los
canales aguas arriba y aguas abajo de la cada.
Pueden editarse el desnivel o las elevaciones de la estructura a travs de un dibujo del
perfil del fondo que se encuentra a mitad de la pantalla.
En la parte inferior se muestra un cuadro de color amarillo que permite seleccionar al
usuario el tipo de tanque amortiguador a utilizarse para la estructura de disipacin de
energa, haciendo Clic sobre el mismo.
Este esquema permanece abierto siempre que el diseo de la Cada Inclinada est en la
memoria, si es cerrado, puede ser reabierto a travs de la barra de herramientas
del Men Principal Diseo Hidrulico, Submen Cada Inclinada.
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Men Archivo:
Nuevo.- Limpia los cuadros de entrada de datos para crear un nuevo diseo de una Cada Inclinada.
Abrir.- Abre un archivo de una Cada Inclinada existente (* .DRP file)
Guardar.- Guarda o almacena en memoria la Cada Inclinada actual que se disea un archivo de extensin *.DRP. Si ste es un nueva Cada Inclinada, usted colocar un
nombre al archivo. Si esto es una Cada Inclinada existente, el archivo se guardar bajo
su nombre actual.
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Guardar como.- Guarda o almacena el diseo de la Cada Inclinada actual a un *.DRP file. Permite al usuario dar un nombre al diseo de la Cada Inclinada que est
tratando.
Imprimir.- Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora Windows System.
Copiar ventana al portapapeles.- Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows. Una vez en el portapapeles, la imagen puede pegarse en
algn documento de acuerdo a su aplicacin.
Cerrar.- Cierra el archivo de la Cada Inclinada actual que se disea y sale del Mdulo Cada Inclinada, sin salir del programa.
Men Resultados/Grficos:
Grfico Perfil Hidrulico de la Cada Inclinada.- Muestra el resultado del diseo de la Cada Inclinada en Planta y la Seccin longitudinal en forma grfica.
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Ventana del resultado grfico
Descripcin de la barra de herramientas de la ventana del resultado grfico:
Muestra todo el dibujo
Zoom aumenta
Zoom disminuye
Muestra el perfil de la poza de disipacin
Muestra las secciones transversales de la estructura
Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora
Windows System.
Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows.
Exporta el dibujo grfico al AutoCAD 2010. Para exportar el dibujo previamente
debe ejecutarse la Aplicacin del AutoCAD 2010.
Cuadro de dilogo para exportar dibujo grfico al AutoCAD 2010.
24
Resultado del diseo de la Cada Inclinada en el AutoCAD 2010
Secciones Transversales.- Muestra las secciones transversales del canal aguas arriba, seccin de control, canal de la rpida, poza y canal aguas abajo.
Cuadro de dilogo para mostrar las secciones transversales
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Dimensiones de los Bloques del Tanque Amortiguador.- Muestra las dimensiones de los bloques de impacto provistos en el tanque amortiguador. Est disponible solo para
aquellos tanques que disponen de bloques de impacto: Tanques amortiguadores tipo
USBR I, II, III y Tanque tipo SAF.
Verificacin del funcionamiento del Tanque.- Las revisiones de la operacin del funcionamiento del tanque amortiguador para diferentes caudales inferiores al caudal
(Q) de diseo: (0.1Q, 0.2Q,,Q), compara los niveles de energa a la salida del tanque
amortiguador con el nivel de energa del canal aguas abajo, indicando adems
advertencia o mensajes de error relacionados al clculo de la evaluacin del tanque.
Estas revisiones se realizan con las dimensiones ya fijadas de la estructura de la Cada
Inclinada, haciendo que fluyan diferentes caudales sobre ella.
Cuadro de resultado de evaluacin de la operacin del taque o poza de disipacin.
Men Opciones:
26
Bordo Libre, Transicin y Tanque Amortiguador.- Abre una cuadro de dialogo que permite la entrada de los bordos libre del canal, definir el ngulo en las transiciones
modificar parmetros en la frmula del resalto y asimismo fijar lmites mnimos de la
altura de los bloques de impacto en la poza.
Cuadro de dilogo para modificar constante en la frmula del resalto y la opcin de limitar
la altura de los bloques de impacto en la poza
27
Cuadro de dilogo para modificar los bordos libres del canal y el ngulo de las
transiciones.
Calcular en Rgimen Supercrtico y Elevacin de Salida.- Esta opcin permite realizar diseos de poza de disipacin en tramos empinados de fuerte pendiente
uniforme. El mtodo para el clculo hidrulico est basado en la bibliografa del HEC-
14 [9].
28
Cuadro de dilogo del ingreso de datos para el diseo de una poza de disipacin en
rgimen supercrtico.
29
VII. MODULO: CAIDA VERTICAL
Este mdulo permite disear cadas verticales de hasta una altura mxima de 4.6 m, segn
recomendacin, utilizando las frmulas empricas existentes en la bibliografa [9]. Se
puede disear cadas verticales sin obstculos para pequeas alturas y cadas verticales con
obstculos para alturas menores de 4.6 m.
En esta ventana del Mdulo de cada vertical, se ingresa las dimensiones y la geometra de
la estructura de la cada vertical considerando las caractersticas de los canales aguas arriba
y aguas abajo de la cada, el usuario tiene la opcin de seleccionar el tipo de Cada Vertical
Sin Obstculos Con Obstculos.
Pueden editarse el desnivel o las elevaciones de la estructura a travs de un dibujo del
perfil del fondo que se encuentra a mitad de la pantalla.
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Este esquema permanece abierto siempre que el diseo de la Cada Vertical est en la
memoria, si es cerrado, puede ser reabierto a travs de la barra de herramientas
del Men Principal Diseo Hidrulico, Submen Cada Vertical.
Men Archivo:
Nuevo.- Limpia los cuadros de entrada de datos para crear un nuevo diseo de una Cada Vertical.
Abrir.- Abre un archivo de una Cada Vertical existente (* .DRPV file)
31
Guardar.- Guarda o almacena en memoria la Cada Vertical actual que se disea un archivo de extensin *.DRPV. Si ste es un nueva Cada Vertical, usted colocar un
nombre al archivo. Si esto es una Cada Vertical existente, el archivo se guardar bajo
su nombre actual.
Guardar como.- Guarda o almacena el diseo de la Cada Vertical actual a un *.DRPV file. Permite al usuario dar un nombre al diseo de la Cada Vertical que est
tratando.
Imprimir.- Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora Windows System.
Copiar ventana al portapapeles.- Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows. Una vez en el portapapeles, la imagen puede pegarse en
algn documento de acuerdo a su aplicacin.
Cerrar.- Cierra el archivo de la Cada Vertical actual que se disea y sale del Mdulo Cada Vertical, sin salir del programa.
Men Resultados/Grficos:
Grfico Perfil Hidrulico de la Cada Vertical.- Muestra el resultado del diseo de la Cada Vertical en Planta y la Seccin longitudinal en forma grfica.
32
Descripcin de la barra de herramientas:
Muestra todo el dibujo
Zoom aumenta
Zoom disminuye
Muestra el perfil y Planta de la Cada Vertical
Imprime la pantalla actual en forma de imagen directamente en la Impresora
Windows System.
Copia una imagen de la ventana activa en el portapapeles de Windows.
Exporta el dibujo grfico al AutoCAD 2010. Para exportar el dibujo previamente
debe ejecutarse la Aplicacin del AutoCAD 2010.
33
Cuadro de dilogo para exportar dibujo grfico al AutoCAD 2010.
Resultado del diseo de la Cada Vertical en el AutoCAD 2010
Secciones Transversales.- Muestra las secciones transversales del canal aguas arriba, seccin de control, canal de la rpida, poza y canal aguas abajo.
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Verificacin del funcionamiento del Tanque.- Las revisiones de la operacin del funcionamiento del tanque amortiguador para diferentes caudales inferiores al caudal
(Q) de diseo: (0.1Q, 0.2Q,,Q), compara los niveles de energa a la salida del tanque
amortiguador con el nivel de energa del canal aguas abajo, indicando adems
advertencia o mensajes de error relacionados al clculo de la evaluacin del tanque.
Estas revisiones se realizan con las dimensiones ya fijadas de la estructura de la Cada
Vertical, haciendo que fluyan diferentes caudales sobre ella.
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Cuadro de resultado de evaluacin de la operacin del taque o poza de disipacin.
Men Opciones:
Bordo Libre, Transicin, Poza y Ventilacin.- Abre una cuadro de dialogo que permite la entrada de los bordos libre del canal, definir el ngulo en las transiciones,
modificar parmetros en la frmula del resalto y definir el tipo de aireacin de la napa
de agua en la cada vertical.
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Cuadro de dilogo para modificar bordos libres y ngulo de la transicin.
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Cuadro de dilogo para modificar constante en la frmula del resalto y la opcin de limitar
la altura de los bloques de impacto en la poza
Cuadro de dilogo para definir el tipo de aireacin o ventilacin de la napa en la cada
vertical.
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VIII. MODULO: CANAL
Submen: Tirante Normal y Crtico
Cuadro de dilogo para el clculo del tirante normal, tirante crtico y parmetros del canal
como herramienta opcional. Tambin se puede tener acceso desde la barra de herramientas
o del Men Principal Canal, Submen Tirante Normal y Crtico.
39
Submen: Tirantes Conjugados
Cuadro de dilogo para el clculo del tirante conjugado mayor del resalto hidrulico como
herramienta opcional.
40
IX. EJEMPLOS REALIZADOS CON EL USO DEL SOFTWARE: RPIDAS Versin 1.0
En los siguientes ejemplos se muestran el diseo de rpidas y cadas propuestos en
diversos libros, monografas y manuales, mediante el uso del software RPIDAS, con el
objetivo de validar los resultados.
EJEMPLO Nro 01. Diseo de una rpida propuesto en el libro: Design of Small Canal
Structures[1], Pg. 110.
Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas
caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 0.99 m3/s Caudal "Q": 0.99 m3/s Ancho "b": 1.83 m Ancho "b": 1.83 m Talud Z: 1.5 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.025 Rugosidad "n": 0.02 Pendiente "s": 0.00035 m/m Pendiente "s": 0.00035 m/m
Canal de rpida: Poza de disipacin:
Ancho "b": 0.91 m Ancho "b": 1.52 m Talud Z: 0 Talud Z: 0 Rugosidad "n": 0.01 Pendiente "s1": 0.082237 m/m Pendiente "s2": 0.105177 m/m Pendiente "s3": 0.052339 m/m
Perfil longitudinal del canal.
41
Solucin:
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II
Resultados con el uso del software:
Seccin de control y tirante crtico
42
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta poza de disipacin
43
Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador Tipo II
44
Perfil hidrulico de la rpida
Trayectoria de la rpida
45
Verificacin de la operacin de la poza
Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida
46
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado en el
libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin de
control (Yc): 0.49 0.494
Tirante al final del canal de la rpida
(yo): 0.18 0.1787
Longitud de la Trayectoria(Xo): 3.66 3.80
Tirante conjugado menor(Y1): 0.08 0.0762
Tirante conjugado mayor(Y2): 1.01 1.0277
Longitud de la Poza (Lp): 4.27 2.878
En el libro existe
error de seleccin
tipo de tanque
Profundidad de la Poza: 0.68 0.38
Cota de fondo de la Poza: 1110.44 1110.74
Nmero de Vedernikov (Nv)
(Q=0,5Qd) 2.34 2.3605
Nmero de Montouri (M) (Q=0,5Qd) 0.148 0.151
EJEMPLO Nro 02. Diseo de una rpida propuesto en el libro: Manual de Diseo
Hidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 205, ejercicio 4.25.
Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas
caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 2.0 m3/s Caudal "Q": 2.0 m3/s Ancho "b": 1 m Ancho "b": 1 m Talud Z: 1.5 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.020 Rugosidad "n": 0.020 Pendiente "s": 0.001 m/m Pendiente "s": 0.001 m/m
Canal de rpida: Poza de disipacin:
Ancho "b": 1 m Ancho "b": 1.0 m Talud Z: 1.5 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.015 Pendiente "s1": 0.25 m/m Pendiente "s2": 0.20 m/m
47
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tipo de poza trapezoidal
Resultados con el uso del software:
48
Seccin de control y tirante crtico
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
49
Planta de la poza de disipacin
Perfil hidrulico de la rpida
50
Trayectoria de la rpida
Verificacin de la operacin de la poza
51
Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.56 0.5598
Tirante al final del canal de la
rpida (yo): 0.1893 0.1901
Longitud de la
Trayectoria(Xo): 4.47 4.44
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.145 0.1471
Tirante conjugado
mayor(Y2): 1.373 1.3604
Longitud de la Poza (Lp): 7.368 7.28
Profundidad de la Poza: 1.01 0.99
Cota de fondo de la Poza: 1501.99 1502.007
Nmero de Vedernikov (Nv)
(Q=0,5Qd) No calcula 5.9215
Nmero de Montouri (M)
(Q=0,5Qd) No calcula 0.2501
52
EJEMPLO Nro 03. Diseo de una rpida propuesto en el libro: Diseo de Estructuras
Hidrulicas [13], Pg. 55 y resuelto en el Manual de Diseo Hidrulico de Rpidas -
UNALM.
Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas
caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes (propuestos en el Manual):
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 0.35 m3/s Caudal "Q": 0.35 m3/s Ancho "b": 0.75 m Ancho "b": 0.75 m Talud Z: 1 Talud Z: 1 Rugosidad "n": 0.025 Rugosidad "n": 0.025 Pendiente "s": 0.0005 m/m Pendiente "s": 0.0005 m/m
Canal de rpida: Poza de disipacin:
Ancho "b": 0.40 m Ancho "b": 0.40 m Talud Z: 0 Talud Z: 0 Rugosidad "n": 0.015 Pendiente "s1": 0.018868 m/m
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
53
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador
Resultados con el uso del software:
Seccin de control y tirante crtico
54
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta de la poza de disipacin
55
Perfil hidrulico de la rpida
Trayectoria de la rpida
56
Verificacin de la operacin de la poza
Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida
57
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el manual
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.427 0.427
Tirante al final del canal de la
rpida (yo): 0.3711 0.3722
Longitud de la
Trayectoria(Xo): 0.57 0.61
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.16 0.1817
Tirante conjugado
mayor(Y2): 0.9109 0.8405
Longitud de la Poza (Lp): 3.75 3.294
Profundidad de la Poza: 0.35 0.33
Cota de fondo de la Poza: 12.55 12.572
Nmero de Vedernikov (Nv)
(Q=0,5Qd) No calcula 0.4452
Nmero de Montouri (M)
(Q=0,5Qd) No calcula 0.211
Observacin:
El ancho de la poza de disipacin propuesto en el Manual de Diseo Hidrulico de Rpidas
UNALM, es muy angosto debe aumentarse para incrementar el valor del Nmero de
Froude mayor a 4.5 para tener un resalto hidrulico estable, cambiar ancho de poza
B=1.00, con el cual se consigue.
58
EJEMPLO Nro 04. Diseo de una rpida propuesto en la Monografa Tcnica UNMSM
[13].
Disear una rpida para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal cuyas
caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 0.30 m3/s Caudal "Q": 0.30 m3/s Ancho "b": 0.60 m Ancho "b": 0.60 m Talud Z: 0 Talud Z: 0 Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.025 Pendiente "s": 0.0061 m/m Pendiente "s": 0.012 m/m
Canal de rpida: Poza de disipacin:
Ancho "b": 0.30 m Ancho "b": 0.30 m Talud Z: 0 Talud Z: 0 Rugosidad "n": 0.01 Pendiente "s1": 0.09325 m/m
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
59
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador
Resultados con el uso del software:
Seccin de control y tirante crtico
60
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta de la poza de disipacin
61
Perfil hidrulico de la rpida
62
Trayectoria de la rpida
Verificacin de la operacin de la poza
Verificacin de la formacin de ondas en el canal de la rpida
63
Resumen y comparacin de resultados:
Variables
Calculado
en la
monografa
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.4671 0.4671
Tirante al final del canal de la
rpida (yo): 0.1821 0.1787
Longitud de la
Trayectoria(Xo): 2.63 2.90
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.146 0.1395
Tirante conjugado
mayor(Y2): 1.109 1.1413
Longitud de la Poza (Lp): 4.81 5.000
Profundidad de la Poza: 1.13 1.19
Cota de fondo de la Poza: 3597.66 3596.604
Nmero de Vedernikov (Nv)
(Q=0,5Qd) No calcula 1.8284
Nmero de Montouri (M)
(Q=0,5Qd) No calcula 0.7876
64
EJEMPLO Nro 05. Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Design of Small
Canal Structures[1], Pg. 62.
Disear una cada inclinada para enlazar un desnivel mostrado en el perfil, en un canal
cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 1.41584 m3/s Caudal "Q": 1.41584 m3/s Ancho "b": 1.524 m Ancho "b": 1.524 m Talud Z: 1.5 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.025 Rugosidad "n": 0.025 Pendiente "s": 0.0005 m/m Pendiente "s": 0.0005 m/m
Poza de disipacin:
Ancho "b": 1.9812 m Talud Z: 0
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
65
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II
Resultados con el uso del software:
Seccin de control y tirante crtico
66
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta y seccin longitudinal de la cada inclinada
67
Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador USBR Tipo II
Verificacin de la operacin de la poza
68
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.3718 0.373
Sobre elevacin (h) en la seccin de control:
- 0.32
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.0682 0.073
Tirante conjugado
mayor(Y2): 1.194 1.158
Longitud de la Poza (Lp): 4.876 3.243
En el libro existe
error de seleccin
tipo de tanque
Profundidad de la Poza: 0.457 0.31
Cota de fondo de la Poza: 1110.44 1643.172
EJEMPLO Nro 06. Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Manual de
Diseo Hidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 181, ejercicio 4.22.
Disear una cada inclinada de seccin rectangular para enlazar un desnivel mostrado en el
perfil, en un canal cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 17.00 m3/s Caudal "Q": 17.00 m3/s Ancho "b": 3.4 m Ancho "b": 2.0 m Talud Z: 0 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.014 Pendiente "s": 0.0017 m/m Pendiente "s": 0.0011 m/m
Poza de disipacin:
Ancho "b": 5.0 m Talud Z: 0
69
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II
70
Resultados con el uso del software:
a
Seccin de control y tirante crtico
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
71
Planta y seccin longitudinal de la cada inclinada
Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador USBR Tipo II
72
Verificacin de la operacin de la poza
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 1.056 1.056
Sobre elevacin (h) en la seccin de control:
0.64 0.654
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.306 0.321
Tirante conjugado
mayor(Y2): 2.63 2.555
Longitud de la Poza (Lp): 7.23 7.154
Profundidad de la Poza: 0.80 0.796
Cota de fondo de la Poza: 44.417 44.421
73
EJEMPLO Nro 07. Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Manual de
Diseo Hidrulico de Canales y Obras de Arte [7], Pg. 191, ejercicio 4.23.
Disear una cada inclinada de seccin trapezoidal para enlazar un desnivel mostrado en el
perfil, en un canal cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 5.00 m3/s Caudal "Q": 5.00 m3/s Ancho "b": 2.5 m Ancho "b": 2.5 m Talud Z: 1.5 Talud Z: 1.5 Rugosidad "n": 0.035 Rugosidad "n": 0.035 Pendiente "s": 0.003 m/m Pendiente "s": 0.003 m/m
Poza de disipacin:
Ancho "b": 2.5 m Talud Z: 1.5
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
74
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II
Resultados con el uso del software:
a
Seccin de control y tirante crtico
75
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta y seccin longitudinal de la cada inclinada
76
Verificacin de la operacin de la poza
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.65 0.647
Sobre elevacin (h) en la seccin de control:
0.213 0.204
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.285 0.272
Tirante conjugado
mayor(Y2): 1.20 1.235
Longitud de la Poza (Lp): 8.37 8.182
Profundidad de la Poza: 0.35 0.20
Cota de fondo de la Poza: 98.70 98.846
77
EJEMPLO Nro 08. Diseo de una Cada Inclinada propuesto en el libro: Manual de
Cadas [4], Pg. 53.
Disear una cada inclinada de seccin trapezoidal para enlazar un desnivel mostrado en el
perfil, en un canal cuyas caractersticas aguas arriba y aguas abajo son los siguientes:
Aguas arriba: Aguas abajo: Caudal "Q": 5.30 m3/s Caudal "Q": 5.30 m3/s Ancho "b": 1.5 m Ancho "b": 1.5 m Talud Z: 1 Talud Z: 1 Rugosidad "n": 0.014 Rugosidad "n": 0.014 Pendiente "s": 0.0016 m/m Pendiente "s": 0.0013 m/m
Poza de disipacin:
Ancho "b": 2.85 m Talud Z: 0
Perfil longitudinal del canal.
Solucin:
78
Ingreso de datos, clculo y seleccin de tanque amortiguador USBR tipo II
Resultados con el uso del software:
Seccin de control y tirante crtico
79
Seccin longitudinal de la poza de disipacin
Planta y seccin longitudinal de la cada inclinada
80
Dimensiones de los bloques de impacto en el tanque amortiguador USBR Tipo II
Verificacin de la operacin de la poza
81
Resumen y comparacin de resultados:
Variables Calculado
en el libro
Calculado por
el Software Observaciones
Tirante crtico en la seccin
de control (Yc): 0.71 0.706
Sobre elevacin (h) en la seccin de control:
0.184
Tirante conjugado
menor(Y1): 0.21 0.217
Tirante conjugado
mayor(Y2): 1.75 1.699
Longitud de la Poza (Lp): 4.50 4.758
Profundidad de la Poza: 0.54 0.61
Cota de fondo de la Poza: 88.50 88.435
82
BIBLIOGRAFIA
1. A. J. Aisenbrey. Design of Small Canal Structures. Bureau of Reclamation,
United States Department of the Interior. Denver Colorado. 1978.
2. Ceballos, F.J. Visual Basic. Aplicaciones para Windows. Ra-Ma. Madrid 1995.
3. Chow V.T., Hidrulica de Canales Abiertos, University of Illinois, Ed McGraw
Hill Interamericana S.A., Santa Fe Bogot, Colombia 1994.
4. Cooperacin Tcnica Peruano Holandesa. Manual de Cadas.
5. Cooperacin Tcnica Peruano Holandesa. Manual de Diseo de Rpidas.
6. Dr. Hubert Chanson (2002). Hidrulica de Canales Abiertos. Edit. McGraw-
Hill.
7. Garca, E. R. Manual de Diseo Hidrulico de Canales y Obras de Arte.
CONCYTEC, Lima 1987.
8. Gmez Navarro J.L. Y Aracil J.J. Saltos de Agua y Presas de Embalse, Tomo
I, Escuela Especial de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid
Espaa. 1964.
9. HEC-14. Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels.
Metric Version. September 1983.
10. HEC-RAS. River Analisys System. Hydraulic Reference Manual. 2010.
11. II Seminario Internacional de Ingeniera Civil, Hidrulica y Geociencias
(SICHGeo). Rafael Pardo Gmez, Diseo hidrulico de rpidas con el auxilio de
las hojas de clculo Excel. La Habana - Cuba. 2004.
12. J. Stkutch. DROP Hydraulic Analysis and Design of Energy Dissipating
Structures. HR Wallingford. Report OD/TN, Junio de 19. HR Wallingford.
13. M. Villn B. Diseo de Estructuras Hidrulicas. DLUIS Edit. Lima 2000.
14. Monografa Tcnica. Julio Palomino Bendezu. UNMSM. Diseo hidrulico de
una rpida para el proyecto: Construccin del Canal principal de Fortaleza,
distrito Congas, provincia Ocros, Regin Ancash. 2003.
15. SINAMOS Manual de Pequeas Obras de Regado Divisin de Estudios y
Proyectos.
16. United States Department of the Interior Bureau of Reclamation. Diseo de
Presas Pequeas. 1976.
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