4.5.-Cadas4.5. 1 Gene ra1idades.

Son obras proyectadas en canales o zanjas, para salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo, Gmez Navarro, hace una diferenciacin de estas obras y conviene en llamar las cadas cuando los desniveles son iguales o menores a 4 m., estas a su vez pueden ser verticales o inclinadas.

Para desniveles mayores a 4.0 m. la estructura toma el nombre de rpida y en estos casos es conveniente un estudio econmico entre la rpida o una serie de cadas que Domnguez , denomina gradas.

En el presente tem, se estudia el diseo hidrulico de cadas verticales e inclinadas, rpidas y gradas, no se trata el caso de cadas entubadas puesto que su diseo se basa en los mismos principios que los sifones.

4.5.2 Cadas verticales4.5.2.1 Criterios de Diseo hidrulico.1.- So construyen cadas verticales, cuando se necesita salvar un desnivel de 1 m como mximo, solo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.2.- El SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores a 300 L/seg. x m de ancho, siempre se debe construir cadas inclinadas, adems manifiesta que la ejecucin de estas obras debe limitarse a cadas y caudales, pequeos, principalmente en canales secundarios construidos en mampostera de piedra donde no se necesita i obras de sostenimiento ni drenaje.3.- Cuando el desnivel es : 0.30 m y el caudal 300 L/seg.x m de ancho de canal, no es necesario poza de disipacin.4.- El caudal vertiente en el borde superior .de la cada se calcula con la formula para caudal unitario "q":q =1.48 H 3/2Siendo el caudal total;Q = 2 B 2g Lh3/2 3B = ancho de cada5.- La cada vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.6.- Por debajo de la lmina vertiente en la cada se produce un depsito de agua de altura Yp que aporta el impulso horizontal necesario para que el chorro de agua marche hacia abajo.

Fig.: Caractersticas De La Cada Vertical

7.- Al caer la lmina vertiente extrae una continua cantidad de aire de la cmara indicada en la Fig., el cual se debe reemplazar .para evitar la cavitacin o resonancias sobre toda la estructura.

8.- Para facilitar la aireacin se puede adoptar cualquiera de las soluciones siguientes:

a) Contraccin lateral completa en cresta vertiente, disponindose de este modo de espacio lateral para el acceso de aire debajo de la lmina vertiente.

Fig. Contraccin Lateral Completa En Cresta Vertiente.

b) Agujeros de ventilacin, cuya capacidad de suministro de aire en m3/sxm.de ancho de cresta de la cada,.4.5.3.-Cadas Verticales con Obstculos para el ChoqueEl Bureau of Reclamation, ha desarrollado para saltos pequeos, un tipo de cada con obstculos donde choca el agua de la lmina vertiente y se ha obtenido una buena disipacin de energa para una amplia variacin de la profundidad de la lmina aguas a bajo, a tal punto que puede considerarse independiente del salto.

Fig. 4.16: Cada Vertical Con Obstculos Para El Choque

4.5.4 Cadas Inclinadas.4.5.4.1 GeneralidadesEstas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad del flujo en la" cada siempre mayor que la- del propio canal, causando serios; daos. por erosin si no se pone un revestimiento apropiado; mediante el anlisis hidrulico se verifican los fenmenos del flujo, que a su vez sern el fundamento para la determinacin de la clase de revestimiento y de su extensin.Una cada inclinada se divide desde arriba hacia abajo en las siguientes partes:- Transicin de entrada con seccin de control- Cada propiamente dicha- Colchn- Transicin de salidaEn algunos casos la cada propiamente dicha y el colchn, pueden ser de seccin rectangular o trapezoidal, la seleccin depende de las condiciones locales y en todo caso del criterio del diseador.

Seccin de Control

La seccin de control tiene por finalidad, mantener el flujo aguas arriba en rgimen tranquilo, de manera que es en la misma seccin de control donde ocurre el cambio de rgimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad crtica.

La seccin de control consiste en una variacin de la seccin del canal en el punto donde, se inicia la cada o en una rampa en contra pendiente, de manera que la energa en el canal aguas arriba sea igual a la energa en el punto donde se inicia la cada.

4.5.4.2.-Criterios de Diseo en Cadas Inclinadas: Seccin Bectan-gular.

1.- La rampa inclinada en sentido longitudinal de la cada en s se recomienda en un valor de 1.5:1 a 2:1, su inclinacin no debe ser menor a la del ngulo de reposo del material confinado.

2.- El ancho de la cada B es igual a;B = Q/qDonde:q = .171 H2/3Q =valor conocido =Q = 2 B 2g H3/2 3 = 0.58 (valor promedio aceptado en este caso)

Finalmente el valor B, debe ser tal que, al pie de la cada el Nmero de Froude nos permita seleccionar la poza de disipacin que ms se ajuste a nuestro criterio.

3.- Es muy importante tener en cuenta la supresin, por lo que seRecomienda seguir las indicaciones para calcular el nmero de lloradores.4.- Estructuralmente la cada estar dispuesta con las precauciones del caso, para evitar su falla por deslizamiento.4.6.-Aliviaderos Laterales

4.6.1 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.)

4.6.2 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:Q =2 2g Lh3/2 3

Donde:= 0.95 = coeficiente de contraccinL = longitud del vertederoh = carga promedio por encima de la cresta.

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

h2 > h1h = h1+h2 2h1= 0.8 h2h = 0.9 h2.

La frmula da buena aproximacin cuando se cumple:

V1 0.75g 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 acopte 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 ". travs de un vertedero con colchn al pie (desniveles pequeos) o mediante una alcantarilla con una pantalla disipadora de energa al fina (desniveles grandes).Ejercicio

.Un canal trapezoidal de rugosidad 0,014 con taludes 1:1 plantilla 1,m 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) Calculo de los TirantesYmax=1.71mYn=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.23)Caudal a evacuarQ = 3 m3/ seg4) Calculo de LPara = 0.5 y aplicando Ec, 4.21L= 3Q .2 x x 2g xh3/2L = 20 m.

4.7.-Conclusiones.

En los proyectos de irrigacin es indispensable el reconocimiento del rea a irrigar para asi evaluar los recursos hidricos disponibles. Dar prioridad a los proyectos de irrigacin como forma de conservar, aprovechar y recuperar los recursos vivos, como suelo, agua, aire,etc. La seleccin del coeficiente de rugosidad (n) actualmente significa estimar la resistencia al escurrimiento en un canal dado, la cual implica un profundo juicio de ingeniera y experiencia. Las prdidas de carga de las transiciones dependen del ngulo que forman los aleros de la transicin con el eje del canal. El vetedero lateral no permite eliminar todo el excedente del caudal, siempre quedar un excedente que corresponde teoricamente a unos 10cm. Encima del tirante normal. La condicin de flujo en la canoa debe ser subcrtico. La seccin de control consiste en una variacin del canal en un punto donde se inicia la cadao en una rampa en contra pendiente, de manera que la energa en el canal aguas arriba sea igual a la energa en el punto donde se inicia la cada . El remedio para la erosin es usar un cierto control en el fondo del canal, el cual aumentar la profundidad aguas abajo y as asegurar un salto dentro del lecho protegido. La mayora de los canales terminados y construidos pueden resistir la erosin satisfactoriamente y se considera entonces no erosionables. Es muy importante el estudio de los suelos a lo largo del eje del canal principal porque permitir tomar decisiones adecuadas para el diseo y as mismo analizar las caractersticas del canal y su eficiente funcionamiento Los canales construidos a tajo abierto trabajan mejor que los que se encuentran en relleno. Cuanto mas liso y menos rugosa son las paredes del canal menor ser la seccin de diseo. La velocidad influye en el tiempo de vida til de un canal. La aplicacin de la M.E.H. de una seccin de canal se puede notar con el tiempo respecto a su influencia en la economa4.8.-Recomendaciones.

Se recomienda cometer el mnimo de errores en el trazo y replanteo de la linea del canal por eso se exige una precisin excelente. Para el diseo de un canal hay que tener conocimientos de la topografa del terreno, conocer el caudal de diseo, el tipo de suelo que nos va permitir conocer el talud, el coeficiente de rugosidad cuyo valor depende de las paredes del canal. Para un diseo de una obra de arte, o cualquier tipo de construccin es importante tener en cuenta la supresin del suelo. Se aconseja disear considerando un tirante en la canoa igual al del canal,si el caso lo permite. En los sifones relativamente largos, se debe proyectar estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspeccin y mantenimiento. En el diseo de la transicin de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifon, est ligeramente debajo de la superficie normal del agua.

En un canal trapezoidal mientras mas inestable sea el material, menor debera ser el ngulo de inclinacin de los taludes.

En los tramos donde exista cadas o rpidas, el aumento de la rugosidad es muy importante por que evita que el salto hidrulico aumente considerablemente.

4.9.-Bibliografa.

PALACIOS VELEZ Distritos de riego.VEN TE CHOW Hidraulica de canales abiertos.CONCYTEC Manual de diseo de estructuras hidraulicas y obras de arte.Apuntes de clase