te sera muy útil como ingeniero civil

1. OBRAS HIDRÁULICAS
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"Año de la lucha contra la corrupción y la impunidad"
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME
EXPERIENCIA CURRICULAR:
OBRAS HIDRÁULICAS
AUTOR:
CASIQUE GUERRERO, Miriam Nataly
CALDERON GONZALES, Jhonn Lenin
LINAREZ HERRERA, Jose Alexander
LÓPEZ QUISPE, Kelly Rosali
OCHOA BUSTAMANTE, Ruben
VASQUEZ LLAMO, Jose Alex
VILLEGAS CASIQUE, Edinson
ASESORA:
Ing. JUANA MARIBEL LAVADO ENRIQUEZ.
MOYOBAMBA-PERÚ
2019

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CAPÍTULO I:
SALTOS DE AGUA.

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CAPÍTULO I: Definiciones.
1.1. SALTO HIDRÁULICO:
El salto Hidráulico se define como la elevación brusca de la superficie líquida, cuando el
escurrimiento permanente pasa del régimen supercrítico al régimen subcrítico. Es un
fenómeno local muy útil para disipar energía hidráulica. Este cambio brusco de régimen
se caracteriza por una alteración rápida de la curvatura de las trayectorias del flujo, que
produce vórtices (turbulencia) en el eje horizontal, lo que implica inclusive la aparición
de velocidades en dirección opuesta al flujo que propician choques entre partículas en
forma más o menos caótica, ocasionando una gran disipación de energía.
Esencialmente existen cinco formas de salto que pueden ocurrir en canales de fondo
horizontal. Cada una de estas formas se clasificó de acuerdo con el valor del número de
Froude, relativo al régimen supercrítico de la corriente.
La teoría del salto hidráulico se expresa brevemente de la manera que se presenta a
continuación. Sea abfe una masa de agua que se desplaza en el salto. En un intervalo de
tiempo, dicha masa de agua pasará a la posición cdhg. Entre la sección cd a la ef hay un
aumento de la sección mojada y, en consecuencia, una disminución de la velocidad, pues
se trata de movimiento constante. Esto equivale a decir que hubo disminución de la
cantidad de movimiento de la masa de agua.
El salto hidráulico consiste en una elevación brusca de la superficie líquida, cuando el
escurrimiento permanente pasa del régimen supercrítico al régimen subcrítico. Es un
fenómeno local muy útil para disipar energía hidráulica. Produce una alteración rápida
de la curvatura de las trayectorias del flujo, con vórtices (turbulencia) en el eje
horizontal, ocasionando velocidades en dirección opuesta al flujo, choques entre
partículas en forma caótica y por tanto, una gran disipación de energía.
Figura 3.6. teoría del salto hidráulico.
Precisamente la gran pérdida de energía provocada en el salto, es lo que convierte al salto
hidráulico en un fenómeno deseable para el proyectista, ya que en muchas ocasiones se
requiere disminuir drásticamente la velocidad del escurrimiento en zonas en que no importa
que sea grande el tirante, pero sí conviene ahorrar en revestimiento al obtenerse velocidades
no erosivas.

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Un caso típico, y sin duda el más usado, es el de provocar el salto hidráulico al terminar
una obra de excedencias, ya sea al pie de un cimacio o al final de una canal de descarga.
Desde luego, la zona donde se presenta el salto, debido a su gran turbulencia, debe
protegerse adecuadamente y por tal razón, se confina en una estructura reforzada llamada
tanque amortiguador.
Figura 3.6a. Salto hidráulico con escalón. Figura 3.6b. Salto hidráulico en
compuerta.

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Figura 3.7. Ejemplos del comportamiento del flujo no uniforme.
Figura 3.8. Salto hidráulico en vertedores.
Aplicaciones.
En el campo del flujo en canales abiertos el salto hidráulico suele tener muchas aplicaciones
entre las que están:
• La disipación de energía en flujos sobre diques, vertederos, presas y otras estructuras
hidráulicas y prevenir de esta manera la socavación aguas debajo de las estructuras.
• El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se utilizan para propósitos de
distribución de agua.
• Incrementos del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso
del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.
• La reducción de la elevada presión bajo las estructuras mediante la elevación del tirante
del agua sobre la guarnición de defensa de la estructura.

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• La mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o tratamiento de agua.
• La aireación de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua.
• La remoción de bolsas de aire con flujo de canales abiertos en canales circulares.
• La identificación de condiciones especiales de flujo con el fin de medir la razón
efectividad-costo del flujo.
• Recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta
de medición y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier
estructura para distribución de aguas.
TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO.
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo los estudios del U. S. Bureau of
Reclamation, de la siguiente forma, en función del número de Froude (Fr) del flujo
aguas arriba del salto, como sigue:
Para Fr = 1: El flujo es crítico, y de aquí no se forma ningún salto.
Para Fr > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el salto
llamado salto ondulatorio (figura 3.10).
1.2. TIPOS DE SALTOS HIDRÁULICOS.
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo los estudios del U. S.
Bureau of Reclamation, de la siguiente forma, en función del número de
Froude (Fr) del flujo aguas arriba del salto, como sigue:
Para Fr = 1: El flujo es crítico, y de aquí no se forma ningún salto.
Para Fr > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones y se
presenta el salto llamado salto ondulatorio.
Para Fr > 1.7 y < 2.5: Tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la
formación de una serie de remolinos sobre la superficie de salto, pero la
superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a
través de la sección es razonablemente uniforme y la pérdida de energía es
baja.

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Figura 3.10 Salto ondulatorio.
Para Fr > 1.7 y < 2.5: Tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la
formación de una serie de remolinos sobre la superficie de salto, pero la
superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a
través de la sección es razonablemente uniforme y la pérdida de energía es
baja.
Figura 3.11 Salto débil.
Para Fr > 2.5 y < 4.5: Se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante que
entra desde el fondo del salto hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad.
Cada oscilación produce una onda grande con periodo irregular, muy común en canales,
que puede viajar a lo largo de varias millas causando daños ilimitados a bancas en tierra
y enrocados de protección.
Figura 3.12 Salto oscilante.
Para Fr > 4.5 y < 9.0: Se produce un salto permanente o estable; la extremidad de aguas
abajo del remolino superficial y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende
a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y la posición
de este resalto son menos sensibles a la variación en la profundidad de aguas abajo. El
resalto se encuentra bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el
mejor, variando entre el 45% y el 70%.

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Figura 3.13 Salto estable equilibrado.
Para Fr= 9.0 o mayor: Se produce el salto fuerte; el chorro de alta velocidad choca con paquetes
de agua intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal de salto, generando
ondas hacia aguas abajo, y puede prevalecer una superficie rugosa, la acción del salto es brusca
pero efectiva debido a que la disipación de energía puede alcanzar el 85%.
1.14. Salto fuerte.
1.3. CARACTERISTICAS GENERALESDE SALTOS HIDRÁULICOS.
Las principales características de los saltos hidráulicos en canales
rectangulares horizontales son:
PÉRDIDA DE ENERGÍA: La pérdida de energía en el salto es igual a la
diferencia de las energías específicas antes y después del resalto.
Se puede determinar aplicando las expresiones:
La relación ΔE/E1 se conocecomo pérdida relativa.
Donde:

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𝑑2= Tirante conjugado mayor o altura del salto, en m.
𝑑1= Tirante conjugado menor, en m.
𝐸1= Energía específicaen la sección1, en m.
𝐸2= Energía específicaen la sección2, en m.
También se puede determinar la pérdida de energía del salto por medio de la
expresión de Manning; 𝑉 =
1
𝑛
𝑅
2
3⁄
∗ 𝑆
1
2⁄
; pero 𝑆 =
𝐻
𝐿
; por lo tanto
sustituyendo el valor dela pendiente (S), en la ecuación deManning, se tiene
que: 𝑉 =
1
𝑛
𝑅
2
3⁄
[
𝐻
𝐿
]
1
2⁄
, despejando a H de esta ecuación, tenemos que:
𝐻𝑓 = (
𝑉𝑛
𝑅
2
3⁄
)
2
𝐿
Donde:
Hf=pérdida de energía porfricción en m.
V= velocidad media, m/s.
R= radio hidráulico, m.
L= longitud del salto hidráulico.
n= coeficiente de rugosidad de Manning.
 EFICIENCIA: Es la relación entre la energía específica antes y después
del salto y se expresa en porcentaje. Puede demostrarse que la eficiencia
es:
Está ecuación indica que la eficiencia de un salto es una función
adimensional, que dependesolo del número de Froude.
 ALTURA DEL SALTO: La altura del salto hidráulico puede definirse
por:
POSICIÓN DEL SALTO: Existen tres modelos alternativos que permiten que un salto se
debajo de un forme aguas vertedero de rebose, una rápida o una compuerta deslizante.

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Para que el salto hidráulico se presente al pie de la presa, la elevación del agua a la salida
debe coincidir con el tirante conjugado mayor d2. Si la elevación del agua a la salida es
mayor que d2, el agua que pasa sobrepasará al tirante a la salida sin que haya salto. si el
tirante a la salida es menor que el tirante conjugado mayor d2, el escurrimiento continuará
abajo del tirante crítico en un cierto tramo aguas abajo a partir del pie de la presa. Debido
a la pérdida por fricción, el tirante del escurrimiento aumentara gradualmente hasta que
se llegue a un nuevo tirante d‟1, el cual es conjugado con el tirante de salida, como se
puede apreciar.
Figura 3.15. Efecto de la profundidad de salida en la formación de un salto hidráulico
aguas debajo de un vertedor o por debajo de una compuerta.

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Figura 3.16. Características y localización del salto hidráulico a la salida en vertedores.
Caso 1(sallto cllaro):Representa el modelo para el cual la profundidad de aguas abajo
𝑑2’es igual a la profundidad d2 secuente a d1’. En este caso los valores de F1, d1 y d2' (d2'=
d2) satisfarán la ecuación
𝑑2
𝑑1
=
1
2
(√1 + 8𝑓2 − 1)y el salto ocurre sobre un piso sólido
inmediatamente adelante de la profundidad d1. Para propósitos de protección contra la
socavación, éste es un caso ideal. Una objeción importante a este modelo, sin embargo, es
que una pequeña diferencia entre los valores reales y supuestos de los coeficientes
hidráulicos relevantes puede causar que el salto se mueva hacia aguas abajo de su posición
estimada. En consecuencia, siempre es necesario algún dispositivo para el control de su
posición (figura 3.15a). Este caso se cumple Sí (dn+p) =d2, el salto hidráulico se presentará
al pie de la caída.

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Caso 2 (salto corrido): Representa el patrón para el cual la profundidad de salida d2„ es
menor que d2, esto significa que la profundidad de salida del caso 1 se disminuye. Como
resultado, el resalto se desplazará hacia aguas abajo. En lo posible, este caso debe evitarse
en el diseño, debido a que el resalto rechazado fuera de la zona resistente a la socavación
ocurrirá en un lecho de cantos rodados sueltos o, peor aún, en un canal completamente
desprotegido, dando como resultado una erosión severa. La solución para el diseño es utilizar
cierto control en el fondo del canal, el cual incrementará la profundidad en la salida y asegurará
un resalto dentro de la zona protegida (figura 3.15b).
Esto caso se cumple Sí (dn+P) < d2, el salto hidráulico se presentará aguas abajo de la
corriente y no se elimina, para eliminarlo se necesita establecer Bernoulli entre la
sección 2 y la continua.
Caso 3 (salto ahogado): Representa un modelo en el cual la profundidad de salida d2' es
mayor que d2. Esto significa que la profundidad de salida con respecto al caso 1 se incrementa.
Como resultado, el resalto se verá forzado hacia aguas arriba, y finalmente puede ahogarse
en la fuente y convertirse en un resalto sumergido (figura 3.15c). Este, tal vez es el caso más
seguro para el diseño, debido a que la posición del resalto sumergido puede fijarse con rapidez.
Este caso se cumple Si (dn+P) >d2, el salto hidráulico se produce antesdel pie de la caída.
4. SALTO HIDRÁULICO EN CANALES DE CUALQUIER SECCIÓN.

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a) Volumen de control. b)Sección transversal.
Figura 3.17. Análisis del salto hidráulico.
Aunque la condición general para que ocurra el salto esta expresada por la ecuación (3.2),
para cualquier forma geométrica de la sección conviene desarrollar ecuaciones particulares
para las secciones más usuales que, aunadas a sus representaciones gráficas, permitan el
cálculo directo del conjugado mayor, a partir de las condiciones en la sección de conjugado
menor o viceversa.
En cualquier forma de sección, la profundidad zg es su centro de gravedad y se puede calcular
de acuerdo a la geometría de la sección del canal.
4. SALTO HIDRÁULICO EN CANALES RECTANGULARES, TRAPECIALES,
TRIANGULARES, CIRCULARES Y DE HERRADURA.
Deducción de la ecuación del salto hidráulico en canales de sección rectangular. Para
el análisis se considera que el fondo, del sitio donde se presenta el salto es horizontal o
prácticamente horizontal.

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Partimos de la segunda ley de Newton, que dice:

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En base a la ecuación de continuidad sabemos que: 1 1 Q AV , Pero 1 1 A d , por lo tanto 1
1 Q d V
Y
2 2 2 Q A V , Pero 2 2 A d , por lo tanto 2 2 Q d V

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Donde:
d2: tirante conjugado mayor o salto hidráulico de canal rectangular y vertedores, en m.
d1: tirante conjugado menor de canal rectangular y vertedores, en m.
V1: velocidad del agua en la sección 1, m/seg.
g: aceleración de la gravedad (9.81 m/s2, y 32.2 ft/s2).
q: gasto por unidad de ancho, en m3/seg/m.
Fr: número de Froude (adimensional).

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