Avance

TALLER INTEGRADOR I
Introducción
La presente proyecto se ilustra la aplicación de estructuras de rápidas en canales. Se basa
en inform1ación desarrollada para el Proyecto: “Diseño de rápidas en canales”. El Canal
proyectado, se desarrolla en una extensión de 4 Km de longitud y tiene una capacidad de
conducción de 1000 lt/s. El proyecto de canalización permitirá evitar las pérdidas por
filtración, que podría llegar hasta un 30% del volumen de agua. Asimismo posibilitará
mejorar el riego de las tierras de cultivo que actualmente se encuentran en la zona. La
ubicación política del Proyecto corresponde al distrito de Calana - Pachía provincia de
Tacna, departamento de Tacna. Altitudinalmente la captación se localiza a 935 msnm. El
desarrollo del Proyecto supone la solución al problema de caídas abruptas mediante
rápidas como elementos de enlace entre dos tramos de canal con diferencia de cotas
apreciables en longitudes cortas. En tal sentido, este trabajo desarrolla sólo uno de los
métodos existentes en el diseño hidráulico de rápidas, al que se le ha reforzado mediante
el empleo de la hoja de cálculo para el procesamiento de datos y la obtención de los
gráficos requeridos.

Capítulo 1 : Generalidades
1.1. ANTECEDENTES
La cuenca del río Caplina, ubicada en la ciudad de Tacna en el extremo sur del Perú,
tiene sus nacientes en la cordillera del nevado Barroso, a los 5300 m, y discurre sus
aguas a través del valle recorriendo una estrecha franja de tierras de cultivo en
dirección al océano Pacífico luego de atravesar el abanico fluvial de La Yarada.
Se encuentra encauzado bajo la Alameda Bolognesi durante su paso por la ciudad de
Tacna.
IMAGEN 01: Rio Caplina
FUENTE: Gestión sostenible del Agua.
Sus dimensionespromedioson100 km de largo y 25 m de ancho; los lados que siguen
su sentido longitudinal corresponden a una línea de cumbres descendentes que la
separande las cuencas del río Sama por el Norte y la Quebrada de Escritos por el Sur.
Sus ladosmenores,limitan por el Este con la cuenca del río Uchusuma, y al Oeste con
el Océano Pacífico.
En la cuenca del río Caplina, se tienen registros de las descargas en las estaciones
hidrométricas que se hallan actualmente en funcionamiento las cuales son:

 Estación Caliente: ubicada sobre el canal Caplina aguas abajo de la Bocatoma,
cuya captaciónse ubica enel río del mismonombre. Las coordenadas geográficas
son 17º 51' de latitud sur y 70º 07' de longitud oeste y a una altura de 1.300 m.
 Estación Huaylillas Sur sobre el canal Azucarero, cuya captación se ubica en la
bocatoma El Ayro.
 Estación Piedras Blancas sobre el canal Uchusuma.
 Las estaciones Challatita en el mismo río y Chuschuco en el canal Uchusuma se
encuentran cerradas.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
 Realizar el diseño hidráulico de una rápida y Optimizar el diseño
hidráulico para obtener una estructura económica y funcional.
1.2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO
 Analizar los conceptos teóricos de la disipación de la energía.
 Seleccionar estructuras hidráulicas de disipación de energía más
utilizadas.
 Determinar y describir los parámetros de diseño de las estructuras de
disipación de energía seleccionadas.
Capítulo 2 : Formulación del Problema
El rio actual de CAPLINA es una acequia rústica construida sobre un relieve
accidentado perteneciente a la cadena de la cordillera del nevado Barroso. La
informacióngeológicaylostrabajosde reconocimientode campodemuestranque
hasta un 80% del suelo conformante es Gravoso (piedras de canto rodado y
arena). El trazo se ha desarrollado sobre ese tipo de terreno, procurando sortear
su relieveque es poco accidentado y presenta pendientes de (6.6%) se pretende

realizar el diseño de una rápida como solución al problema de caídas abruptas
mediante rápidas como elementos de enlace entre dos tramos de canal con diferencia
de cotas apreciables en longitudes cortas.
Capítulo 3 Marco Teórico
2.1. DISEÑO DE RAPIDA EN LA CUENCA CAPLINA
El río Caplina es un corto río de la vertiente, localizado en la costa sur del Perú.
2.1.1. LOCALIZACIÓN
La cuenca del río Caplina, ubicada en la ciudad de Tacna en el extremo sur
del Perú,tiene susnacientes en la cordillera del nevado Barroso, a los 5.300
m, y discurre susaguasa travésdel valle recorriendo una estrecha franja de
tierras de cultivo en dirección al océano Pacífico luego de atravesar el
abanico fluvial de La Yarada. Se encuentra encauzado bajo la Alameda
Bolognesi durante su paso por la ciudad de Tacna.
2.1.2. DIMENSIONES
Sus dimensiones promedio son 100 km de largo y 25 m de ancho; los lados
que siguen su sentido longitudinal corresponden a una línea de cumbres
descendentes que la separan de las cuencas del río Sama por el Norte y la
Quebradade Escritospor el Sur. Susladosmenores,limitanporel Este conla
cuenca del río Uchusuma, y al Oeste con el Océano Pacífico.
La cuenca del río Caplina, incluyendo el área de las nacientes de los ríos
Sama y Uchusuma cuyos recursos son derivados a ella, tiene una extensión
aproximada de 3.425 km², de la cual el 23,9 % (820 km²), corresponde a la
denominada cuenca "himbrífera" o "húmeda", llamada así por encontrarse
por encima de los 3.900 msnm, límite inferior fijado al área que se estima
contribuye sensiblemente al escurrimiento superficial.

2.2. HIDROGEOLOGIA
2.2.1. ACUIFEROS
Los acuíferos de la cuenca del Río Caplina se localizan en zonas de laderas,
montañas y en el piso de valle. Estos son de dos tipos:
 Acuíferos fisurados o fracturados, en rocas sedimentarias y
volcánicas.
 Acuíferos porosos no consolidados en depósitos cuaternarios.
2.2.1.1. ACUIFEROS FISURADOS
Se denominanfisuradosporque poseengrancantidad de fracturas, las
cualesfacilitanla infiltración de las aguas meteóricas que alimentan a
lasaguas subterráneas.Tienengran exposición de afloramientos en la
cuenca, especialmente en la parte de la cordillera. Las formas
tradicionales de utilizar las aguas de estos acuíferos, son mediante
captaciones directas de manantiales. Los estratos productores de
mayor categoría son los acuíferos fisurados de las formaciones
Cabanillas, Puente, Labra, Huallhuani, Matalaque y algunos depósitos
del Grupo Barroso.
2.2.1.2. ACUIFEROS POROSOS NO CONSOLIDADOS
Estos acuíferos se localizan en sedimentos cuaternarios del piso de
valle.Correspondenagravasy arenasfluviales,que enalgunoscasosse
encuentran semiconfinados. La prospección y explotación actual de
aguas subterráneas se realizan en los acuíferos La Yarada y Viñani,
donde el volumen total utilizado asciende a 63,03 MMC, de los cuales
62,78 MMC, se extraenmediantepozos y 0,25 MMC son aprovechados
de losafloramientosde aguasubterránea.Ladistribuciónpiezométrica
de este acuífero, según las curvas de isopiezas, van de noreste a
suroeste donde los flujos internos de aguas subterráneas son
interceptados por perforaciones verticales y son extraídos para el uso
en agrícola y para consumo humano.

2.2.2. PRINCIPALES ACUIFEROS DE LA CUENCA
En base al mapa geológico levantado en 1962 y actualizado en el año 2000
por el INGEMMET (Figura2), ademásde la caracterizaciónhidrogeológica de
las unidades litológicas, se ha elaborado el mapa hidrogeológico la Cuenca
del Río Caplina (Figura 3) utilizando la nomenclatura internacional de la
AsociaciónInternacional de Hidrogeología (Strukmeier & Margat, 1995). Las
unidades hidrogeológicas son:
2.2.2.1. ACUIFERO CABANILLAS
Está constituido por areniscas cuarzosas intercaladas con limolitas y
areniscas calcáreas. Las areniscas se encuentran fracturadas
favoreciendo a la infiltración de las aguas de lluvia que alimentan al
acuífero fisurado. A través de las fracturas y fallas circulan y se
almacenan las aguas subterráneas.
2.2.2.2. ACUIFERO PUENTE
Conformadoporareniscas,areniscascuarzosas,limolitasconnivelesde
pelitas y concreciones de calizas. La permeabilidad que posee este
acuífero es a través de las fallas, fracturas y diaclasas que poseen las
areniscasy lascalizas.La permeabilidadmedidaenareniscas cuarzosas
esde 10 m/día.Aunque este valor depende del lugar donde se realiza
el ensayo de infiltración.
2.2.2.3. ACUIFERO LABRA
Formadopor una serie de areniscas cuarcíticas intercaladas con lutitas
y limolitas, culminando en capas medias a gruesas de areniscas
cuarzosas blanquecinas de grano medio. La secuencia superior está
constituida por areniscas cuarzosas en capas delgadas a medianas, y
esporádicos niveles de limolitas con laminación interna paralela en
capas delgadas.

2.2.2.4. ACUIFERO HUALLHUANI
Conformadaporareniscascuarzosas con intercalaciones de limolitas y
limoarcillitas gris a gris oscura. Tiene un espesor aproximado de 250
metros. Las areniscas cuarzosas detríticas favorecen a la formación de
fracturas y fallas locales por donde circula el agua subterránea.
2.2.2.5. ACUIFERO MATALAQUE
Formado por conglomerados y derrames de lavas andesíticas, con
algunosnivelesde tobas.Enla parte superiorlosconglomeradostienen
clastos bien redondeados de cuarcitas, calizas y andesitas, matriz
compacta. La roca se halla bien fracturada y fallada por lo que sus
valores de permeabilidad se encuentran entre 16 y 25 m/día. El
espesor de la unidad es de 700 metros.
2.2.2.6. ACUIFERO BARROSO
Se trata del estrato volcán Frayle y el complejo fisural Barroso. Están
compuestos por bancos de tufos y lavas de composición traquítica,
andesítica y brechas volcánicas. Estos volcánicos se encuentran muy
fracturados, dándole a la unidad una porosidad secundaria elevada.
2.2.2.7. ACUIFERO POROSO NO CONSOLIDADO
Los acuíferos de La Yarada y Viñani están conformados por gravas y
arenascon lentesesporádicosde arcillas y limos. Se ubican en la parte
baja y media del río Caplina. Actualmente se encuentra explotada a
través de 250 pozos y dos manantiales. El gradiente hidráulico se
encuentra entre 0,18 y 2,22%, la profundidad llega a 112.80 en el
sectorde Hospicio(INRENA,2001).El acuífero La Yarada está sometido
a una intensaexplotación,productode estaen La Yarada Baja y la zona
de Los Palos se ha provocado descensos progresivos de los niveles de
agua y el avance lento del agua de mar en los acuíferos (intrusión
marina).

Figura 2: Mapa geológico de la cuenca Caplina.
Fuente: INGEMMET
Figura 3: Mapa hidrogeológico de la cuenca Caplina.
Fuente: INGEMMET
Figura 4: Mapa hidrogeológico de la cuenca Caplina.

Fuente:
Figura 5: Leyenda mapa hidrogeológico de la cuenca Caplina.
Fuente:
2.3. ASPECTOS CLIMÁTICOS

Las temperaturas en los últimos diez años varían entre 13.7° C en los meses de
Julio y una máxima de 27.7 ° C en los meses de Febrero, con una humedad
relativa de 75.76 % en promedio, no existiendo variaciones en los diferentes
mesesdel año.La evaporaciónesde 4.7 mm. comomáximoenel mesde Febrero
y la mínima en el mes de Junio es de 2.0 mm.
En lo referente al clima este se enmarca dentro de las características ecológicas
que corresponde a la formación de desiertos sub tropical áridos, según la
clasificación ecológica de Tossi, y que son favorables para el desarrollo de los
cultivos de Olivo, Cebolla, Ají Páprika y otros.
2.4. VEGETACIÓN
- Parte Alta: Vegetación tolares, yaretas y maleza arbusticia y pajonales.
Figura 6: Yeretas.
Fuente:
- Parte Baja: Escasa vegetación.
Figura 7: Escasa Vegetación.
Fuente:

2.5. USO DEL AGUA
2.5.1. INTRODUCCION
El Uso Actual de la cuenca del río Caplinase diñe a4 tiposprincipalesde uso:
Agrícola, poblacional, industrial y pecuario. De los cuales, el uso agrícola
resulta ser el mayor usuario; siguiéndole en orden de uso el poblacional,
industrial y pecuario.
El uso total no llega ni al 0.5% del utilizado en la Vertiente del Pacífico ni al
0.4% del uso a nivel nacional. Esta nos indica que su repercusión a nivel
nacional esmínima,y que éstase circunscribe a los2 tiposprincipalesde uso
señalados.
2.5.2. USO AGRICOLA
El uso del agua con fines agrícolas en la cuenca del río Locumba está
representado por 3 tipos de cultivo: transitorios, permanentes y pastos.
Siendo los cultivos transitorios los más difundidos, con 57 % del total.
El volumen total utilizado en la cuenca con fines de riego es de 51.35
millones de m^3 al año; siendo el empleado en la región de la costa 39.28
millones de m^3 (76 %). El consumo de la cuenca representa el 87.7 % del
total utilizado en la cuenca. Este uso representa al 0.43 % del total
consumido en la Vertiente del Pacífico por este mismo concepto.
2.5.3. USO POBLACIONAL
El distrito de Tacna es el más poblado de la cuenca con el 94.3% de la
población total. De igual modo, Tacna constituye más del 97 % de la
población servida.

La cuenca utiliza 6.85 millones de m^3 anuales para servicio a la población,
del cual 6.67 millones de m^3 corresponden a la población servida y 6.79
millones de m^3 a la población urbana.
2.5.4. USO INDUSTRIAL
Dentro del sector industrial se tienen registradas 13 industrias
correspondientes a 5 tipos de industrias, y que consumen 262,000 m^3
anuales, representando el 0.17 % del utilizado a nivel nacional.
2.5.5. USO PECUARIO
El uso del agua en la cuenca del río Caplina está representada por el
consumo de los tipos de ganado más difundidos, como son; en orden
decreciente de número de animales: Auquénidos, ovinos, aves, equinos,
porcinos, caprinos y otras especies. La población total es de 383,092
unidades.Correspondiendo a cada tipo de animal, en el orden presentado:
Auquénidos (171,571), ovino (125,449), aves de corral (22,863), equino
(9,298), porcino (2,587), caprino (83).
El consumo de agua con fines pecuarios es de 107,000 m^3 anuales
constituyéndose como mayor usuario del ganado vacuno con 42,000 m^3
anuales,siguiéndoles en orden decreciente de uso los siguientes sectores:
Auquénidos (16 mil), porcino (11 mil), ovino (10 mil), aves de corral (9 mil),
equino (6 mil), caprino (2 mil).
Cabe destacar que el uso pecuario de 107 mil m^3 corresponde a 0.46% de
la vertiente del pacífico y el 0.21 % a nivel nacional.
2.5.6. USO ACTUAL DEL AGUA

El usoactual del agua en la cuenca del río Caplina está representado por los
usos: Agrícola, poblacional, industrial y pecuario, no teniendo ninguna
significancia el sector minero.
El uso actual es de 58.5 millones de m^3, correspondiéndole al sector
agrícola, comoel mayor usuario,el 87.7 % del total consumido en la cuenca.
El sector poblacional consume 6.85 millones de m^3 (11.7 %) los sectores
industriales y pecuario no representan ni el 0.7 % de total utilizado a nivel
del área de estudio.
2.6. ESTACIONES METEOROLOGICAS
Cuadro 01: Estaciones meteorológicas de la cuenca Caplina.
ESTACION NORTE ESTE ALTITUD PERIODO FUENTE
Calana 8017500 375800 848 1964-2003 SENAMHI
La Yarada 7984800 350000 58 1972-2003 SENAMHI
Magollo 8002000 356000 288 1964-2002 SENAMHI
Calientes 8022950 381850 1300 1964-2003 SENAMHI
Palca 8034800 358450 3142 1965-2003 SENAMHI
Toquela 8048500 402000 3650 1964-2003 SENAMHI
Lluta 8026850 391300 1950 1964-1966 SENAMHI
Corpac 8003906 364758 875 1950-1972 CORPAC
Jorge Basadre 8006400 367400 560 1993-2003 SENAMHI
Sama 8030547 337821 4600 1946-2003 SENAMHI
Tarata 8066300 392000 3068 1964-2003 SENAMHI
Paucarani 8063609 418115 4600 1946-2003 SENAMHI
Fuente:
2.7. PRECIPITACIÓN
2.7.1. ANÁLISIS DE CONSISTENCIA
Figura 6: Análisis de consistencia de la cuenca Caplina.

Fuente:
Cálculos:
2.7.2. PRECIPITACION MEDIA (Pm)
Cuadro 02: Precipitación Media de la Cuenca Caplina.
METODO EMPLEADO PRECIP. (mm/año)
Isoyetas 77.06 mm/año
Thiessen 83.59 mm/año
Thiessen Modificado 55.08 mm/año

Promedios 117.00 mm/año
Precipitación total anual 83.18 mm/año
Fuente:
2.8. EVOTRANSPIRACIÓN (Evp)
𝐸𝑣𝑝( 𝑚𝑚/𝑑í𝑎) = 0.0023 ∗ 𝑅𝑎( 𝑚𝑚/𝑑í𝑎) ∗ (𝑇𝑚(°𝐶) + 17.8) ∗ (°𝐶)
Cuadro 03: Evotranspiración de la Cuenca Caplina
MESES MAGOLLO CORPAC CALIENTES TARATA PROMEDIO
Enero 95.99 64.86 61.15 33.75
73.82
mm/año
Febrero 87.91 58.19 55.09 28.44
Marzo 88.68 72.68 73.81 51.51
Abril 69.21 58.30 63.38 47.65
Mayo 56.17 72.75 91.67 55.68
Junio 50.63 61.97 83.95 48.79
Julio 57.32 48.22 63.47 103.14
Agosto 67.80 55.28 66.56 122.89
Septiembre 78.60 43.48 48.14 153.78
Octubre 97.09 65.45 75.28 155.62
Noviembre 107.19 69.99 73.86 154.35
Diciembre 90.03 63.04 62.79 87.64
TOTAL 78.88 61.18 68.26 86.94
FUENTE:
2.9. RÁPIDAS
Las rápidasson estructurasque sirven para enlazar dos tramos de un canal donde
existe un desnivel considerable en una longitud relativamente corta.

Las rápidas son usadas para conducir agua desde una elevación mayor a una más
baja. La estructura puede consistir de una transición de entrada, un tramo
inclinado, un disipador de energía, una transición de salida.
Las rápidasson apropiadascuandolapendiente del terreno es superior al 30%. La
estructura del canal debe ser fuerte, para soportar las velocidades mayores de 6
m/s. Al final de las rápidas se coloca un disipador de energía.
Se diseñan con la finalidad de generar pérdidas hidráulicas importantes en los
flujos de alta velocidad. Reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen
supercrítico a subcrítico.
Figura 07: Elementos de un rápida.
FUENTE: “Diseño de Estructuras Hidráulicas” de Máximo Villón Bejar.
2.9.1. TIPOS DE RÁPIDAS
2.9.1.1. RÁPIDAS LISAS
Son canales de fondo liso con pendiente adecuadas al terreno y
donde el agua escurre a velocidadapreciable,llegandoal pie de la
ladera o talud con gran cantidad de energía cinética que requiere
serdisipadamediante tanques amortiguadores para no erosionar

el lecho del cauce receptor del agua, ni poner en peligro la
estructura por socavación de su pie. Son apropiados cuando la
pendiente del terreno es superior al 30%. La estructura de este
tipode canalesdebe serfuerte parasoportar velocidadesmayores
a 6 m/s.
El diseño debe ser capaz de resistir las velocidades que se
desarrollen en él y de conducir el agua sin rebosarse para el
periodo de retorno seleccionado.
Este tipo de canales generalmente, se construye en concreto
reforzado, lo que garantiza una buena resistencia ante altas
velocidades del flujo, por ejemplo, entre 10 y 20 m/s y en
particular para los tipos de concreto (según su resistencia a la
comprensión) que normalmente se usan en el país.
IMAGEN 08: Canal de Rápidas Lisas.
IMAGEN 8A IMAGEN 8B
FUENTE: Marinela Valencia Giraldo, 2009.
Sinembargosi se optara porotros materiales,puede utilizarse una
tablapara definirvelocidadesmáximaspermisiblesencanales
revestidoscomolaque se presentanacontinuaciónenel cuadro
04.

CUADRO 04: Velocidades máximas permisibles en rápidas lisas.
FUENTE: Normas de la Corporación para la defensa de la Meseta de Bucaramanga.
2.9.1.2. RÁPIDAS ESCALONADAS
Son canalescongradas o escalonesdonde,alavezque se conduce
el agua, se va disipando la energía cinética del flujo por impacto
con losescalones,llegandoel agua al pie de la rápida con energía
disipadora, no es necesaria alguna estructura adicional, o dado el
caso una estructura pequeña.
Primero, se debe definir el régimen preferencial del flujo para el
caudal de diseño,encuanto a si este sería saltante (se caracteriza
por una sucesión de chorros en caída libre que chocan en el
siguiente escalón, seguidos por un resalto hidráulico parcial o
totalmente desarrollado) o rasante (en él, el agua fluye sobre los
escalones como una corriente estable rasando sobre ellos y
amortiguándose por el fluido recirculante atrapado entre los
escalones),teniendo encuentaque la disipación de energía, en el
régimen saltante, se produce en cada escalón, al romperse el
chorro en el aire, al mezclarse en el escalón o por formación de
resaltos hidráulicos; y en el régimen rasante, se produce en la
formación de vórtices en las gradas, debido a que las gradas
actúan como una macro rugosidad en el canal.

Para el diseño de rápidas escalonadas se recomiendan los
siguientes pasos:
 Estimar el caudal de diseño.
 Evaluar la geometría del canal.
 Seleccionar la altura optima del escalón, para obtener el
régimen de flujo seleccionado.
 Calcular las características hidráulicas del flujo.
 Calcular el contenido de aire disuelto aguas debajo de la
estructura.En losregímenesde flujosaltante se debe airearel
salto en su caída libre de un escalón a otro.
 Diseñar la cresta de la rápida.
Calcular la altura de las paredes del canal considerando un borde
libre,pararecogerlasposiblessalpicaduras o aumentos de caudal
no previstos.
Si se desea disipar mayor energía se puede adicionar elementos
para este propósito como bloques de cemento o salientes en la
grada (que bloqueanel flujo), rápidas escalonadas con tapas (que
interceptan los chorros de agua o rápidas escalonadas con
vertederos y pantalla.) Ver la imagen 09.
IMAGEN 09: Rápida Escalonada con vertedero y pantalla.
FUENTE: Vaughan y Baron, 1975.

IMAGEN 10: Canales de Rápida Escalonadas.
IMAGEN 10A IMAGEN 10B
FUENTE: Joam Nathalie Suárez H, 2008.
2.9.1.3. COMBINACION DE RAPIDAS Y ESCALONADAS
Son estructuras conformadas por canales de rápidas lisas que
incluyenensudesarrollolongitudinal un escalón u otro elemento
disipador de la energía cinética del flujo, prescindiendo en la
mayoría de los casos del empleo de estructuras disipadoras en el
pie de la estructura.
A este tipo de estructuras pertenecen: Canal de pantallas
deflectoras y canal de rápidas con tapa y columpio, estas
estructurasrequierende un diseño especial debido a que disipan
la energía del flujo a lo largo del canal y no al pie de ésta.
A. CANAL DE PANTALLAS DEFLECTORAS:
Es un canal de sección rectangular y fondo liso que incluye
pantallasdeflectoras alternas colocadas a 45° con el eje del canal,
lascualescumplenel papel de elementosdisipadores de energía,
y pestañas longitudinales sobre los bordes de ambas paredes del
canal que impiden que la estructura rebose. Ver imagen 11.

IMAGEN 11: Canal de pantallas deflectoras. Diseño geométrico Original.
FUENTE:Ramírez Giraldo, Jorge. Canal con pantallas deflectoras, estudio con
modelos hidráulicos. En Boletín de Vías Vol.6 N°37 Enero/Marzo, 1978 pag.6.
Las pantallas deflectoras desvían el flujo lateralmente
disminuyendo la velocidad en el caso de que el caudal sea
pequeño(porejemplo,que no rebase la altura de las pantallas), y
si el caudal es grande actúan como grandes rugosidades
permitiendoladisipaciónde la energía en el fondo del canal. (Ver
imagen 12).
IMAGEN 12: Canal de pantallas deflectoras.
FUENTE: John Alexander Pachón G. 2008.

El canal de pantallas deflectoras es “aplicable al caso de
conduccionesalolargo de pendientespronunciadas (entre el 10%
y el 50%), que evitavelocidadesexageradas y entrega el flujo con
energíadisipada,seacual fuere lalongituddel canal y ladiferencia
de nivel entre sus extremos.
Tiene la propiedad de conservar prácticamente constante su
capacidadal variar lapendiente dentro de un amplio rango, razón
por la cual es adaptable a las sinuosidades de los perfiles sin
necesidad de variar la sección y sin exigir excavaciones excesivas
para su construcción.
Ya que el diseñonopresentaningunaarista horizontal ni zonas de
estancamiento,laestructuraprevienelasedimentaciónde materia
ensuspensiónyla obstrucción con cuerpos flotantes, siendo apta
para la conducción de aguas negras y aún de lodos”.
Las principales características del canal de pantallas deflectoras
son, según su mismo diseñador:
 Capacidad prácticamente constante para el rango de
pendientes entre 10% y 50%.
 Adaptabilidadalassinuosidadesde losperfiles, sin necesidad
de variar la sección.
 Economía notable en la excavación, como consecuencia de la
característica anterior.
 Baja velocidad en relación con la del canal sin pantallas, y
dentro de los límites tolerables para el concreto.
 Disipación de energía dentro del canal, sin requerir
estructuras disipadoras especiales a la entrada o a la salida.
 Auto limpieza, ya que no hay zonas de estancamiento en
donde pueda presentarse sedimentación.
B. CANAL DE RÁPIDAS CON TAPA Y COLUMPIO:

Es un canal aplicable al caso de conducciones a lo largo de
pendientesaltasomuy altas (entre el 50% y el 173%) conformado
por una serie de rápidas lisas de sección rectangular, que se
interrumpen en las terrazas de un talud tratado o cada cierto
tramo, de tal forma que en la transición de una rápida a otra se
tiene uncolumpio que deflecta el chorro y lo proyecta contra una
tapa existente en el inicio de la siguiente rápida aguas abajo. El
sistemacolumpio – tapa es complementado con un deflector que
obliga al flujo a volver al canal.
Gran parte de la energía se disipa en el módulo columpio-tapa, al
generarse una turbulencia y aireación del flujo en el punto de
impactodel chorro de agua con la tapa,lo cual proporcionaque en
el momento de llegada del agua al pie de la ladera o talud el
porcentaje de energía disipada en toda la trayectoria de la
estructura sea lo más alto posible. Las principales características
del canal de rápidas con tapa y columpio son:
 Es complementario con el canal de pantallas deflectoras.
 El diseño especial del columpio en el escalón evita la
presencia de obstáculos en el flujo.
 Proporcionaunagran capacidad de descarga, a pesar de la
fuerte pendiente.
 Capacidad prácticamente constante para el rango de
pendientes entre el 50% y el 173%.
 Puede adaptarse fácilmente al perfil del talud o drenaje
haciendo que los escalones del canal coincidan con las
zanjas o cunetas construidas a lo largo del talud.
 Permite altos niveles de disipación de energía.
 Previene la sedimentación y la obstrucción con basuras.
 Admite colectores laterales en el escalón.
 Las tapas sirven de puente en las terrazas.
 Es de fácil mantenimiento.

 Ofrece economíay facilidaden la construcción (con el uso
de formaletas tipo y pocas excavaciones).
IMAGEN 13: Canal de rápidas con tapa y columpio. Detalle de escalón.
FUENTE:Manual Básicode diseño de estructuras de disipación de
energía Hidráulica. Escuela Politécnica del Ejército de Ecuador.
IMAGEN 14: Canal de rápidas con tapa y columpio. Diseño geométrico.
FUENTE:Manual Básicode diseño de estructuras de disipación de
energía Hidráulica. Escuela Politécnica del Ejército de Ecuador.

IMAGEN 15: Canal de rápidas con tapa y columpio.
IMAGEN15A IMAGEN15B
FUENTE:John Alexander Pachón G. Marinela Valencia G. 2008.
De acuerdo con lo planteado hasta aquí en cuanto a las
características de diseño del canal de pantallas deflectoras y del
canal de rápidas con tapa y columpio, el primero puede entregar
las aguas conducidas al segundo, o recibirlas de él cuando la
pendiente se suavice, cubriéndose así todos los rangos de
pendiente; es decir, el canal de rápidas con tapa y columpio y
el canal de pantallas deflectoras se complementen. Ver imagen
16.
IMAGEN 16: Combinación de canal de rápidas con tapa y columpio y canal de
pantallas deflectoras.
FUENTE: John Alexander Pachón G. 2008.

2.9.2. ELEMENTOS DE UNA RAPIDA
2.9.2.1. LA TRANSICION DE ENTRADA
Transiciona el flujo desde el canal aguas arriba de la estructura
hacia el tramo inclinado. Debe proveer un control para impedir la
aceleracióndel agua y la erosión en el canal. El control es logrado
por la combinación de una retención, un vertedero o un control
notch en la entrada. La entrada usada deberá ser simétrica con
respecto al eje de la rápida, permitir el paso de la capacidad total
del canal aguas arriba hacia la rápida con el tirante normal de
aguas arriba,y donde searequerido, permitir la evacuación de las
aguas del canal cuando la operación de la rápida sea suspendida.
Las pérdidas de carga a través de la entrada podrían ser
despreciadasenel casoque seanlosuficientemente pequeñasque
no afectenel resultadofinal. De otramanera,laspérdidasa través
de la entrada deben ser calculadas y usadas en la determinación
del nivel de energíaenel iniciodel tramoinclinado.Si lapendiente
del fondo de la entrada es suave puede asumirse que el flujo
crítico ocurre donde la pendiente suave de la entrada cambia a la
pendientefuertedel tramoinclinado. En el caso que la pendiente
de la entradasea suficientemente pronunciada para soportar una
velocidad mayor que la velocidad crítica, debería calcularse dicha
velocidadytirante correspondiente, para determinar la gradiente
de energía al inicio del tramo inclinado.
2.9.2.2. SECCION DE CONTROL
Es la sección correspondiente al punto donde comienza la
pendiente fuerte de la rápida, manteniéndose en este punto las
condiciones críticas. En la rápida generalmente se mantiene una
pendiente mayor que la necesaria para mantener el régimen

crítico, por lo que el tipo de flujo que se establece es el
supercrítico.
2.9.2.3. CANAL DE LA RAPIDA
Es la seccióncomprendidaentre lasecciónde control yel principio
de la trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuración del
terreno una o varias pendientes. Son generalmente de sección
rectangular o trapezoidal.
2.9.2.4. TRAYECTORIA
Es la curva vertical parabólica que une la última pendiente de la
rápida con el tramo inclinado del principio del colchón
amortiguador. Debe diseñarse de modo que la corriente de agua
permanezcaen contacto con el fondo del canal y no se produzcan
vacíos. Si la trayectoria se calcula con el valor de la aceleración de
la gravedadcomocomponente vertical,no habrá presión del agua
sobre el fondo y el espacio ocupado por el aire aumentará
limitándoseasílacapacidad de conduccióndel canal,por el que se
acostumbra usar como componente vertical un calor inferior a la
aceleración de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad
para que la lámina de agua se adhiera al fondo del canal.
2.9.2.5. TANQUE AMORTIGUADOR
Tambiéndenominadocomosalidasconobstáculos(baffledoutlets)
son usadas como disipadores de energía en este tipo de
estructuras. Es la depresión de profundidad y longitud suficiente
diseñada con el objetivo de absorber parte de la energía cinética
generada en la rápida, mediante la producción del resalto

hidráulico,ycontenereste resaltohidráulicodentro de la poza. Se
ubica en el extremo inferior de la trayectoria.
2.9.2.6. TRANSICION DE SALIDA
Es utilizadaparaconectar el flujoentre el disipadorde energía y el
canal aguasabajo.Si esnecesarioproveerel tirante de aguasabajo
(tallwater) al disipadorde energía,lasuperficie de aguaenlasalida
debe ser controlada. Si se construye una transición de salida de
concreto y no hay control del flujo después en el canal, la
transición puede ser usada para proveer el remanso elevando el
piso de la transición en el sitio de la uña.
El tirante de aguas abajo también puede ser provisto por la
construcción de un control dentro de la transición de salida. La
pérdida de carga en la transición de salida es despreciable.
2.9.2.7. ZONA DE PROTECCION
Tiene lafinalidadde protegerel canal sobre todosi es en tierra, se
puede revestir de mampostería.
2.9.3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
2.9.3.1. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
En el cálculo de las características de flujo en una estructura de
este tipo son usados valores conservadores del coeficiente de
rugosidadde Manning“n” cuando se calcula la altura de muros en
una rápidade concreto,se asume valoresde n=0.14 y en el cálculo
de niveles de energía valores de n=0.010.

Para caudalesmayoresde 3 𝑚3/𝑠, deberá chequearse el número
de Froude a lo largodel tramo rápido,para evitarque el flujonose
despegue del fondo.
La rugosidadde lasparedesde loscanalesytuberíases funcióndel
material conque están construidos, el acabado de la construcción
y el tiempo de uso. Los valores son determinados en mediciones
tanto de laboratorio como en el campo.
No essignificativa,comose puede veracontinuación en el cuadro
05, la variación de este parámetro es fundamental para el cálculo
hidráulico por un lado, y para el buen desempeño de las obras
hidráulicas por otro.
CUADRO 05: Coeficiente N para la fórmula de Manning.

FUENTE: Hidráulica de los canales abiertos. Ven te Chow.
2.9.3.2. TRANSICIONES
Las transiciones en una rápida abierta, deben ser diseñadas para
prevenir la formación de ondas. Un cambio brusco de sección, sea
convergente ó divergente, puede producir ondas que podrían causar
perturbaciones,puestoque ellasviajanatravésdel tramoinclinadoyel
disipadorde energía. Para evitar la formación de ondas, la cotangente
del ángulode deflexión de la superficie de agua en el plano de planta
desarrolladode cada lado de una transición no debería ser menor que
3.375 veces el número de Froude (Fr).
Esta restricción sobre ángulos de deflexión se aplicaría para cada
cambio de sección hecha en la entrada, en el tramo inclinado o en la
poza disipadora.
Si esta restricción nocontrolael ángulode deflexión,el máximoángulo
de deflexiónde lasuperficie de aguaenlatransición de entrada puede
seraproximadamente 30°.El ángulode la superficie de agua con el eje
en la transición de salida puede ser aproximadamente 25 ° como
máximo. El máximo ángulo de deflexión es calculado como sigue:

𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛𝑔𝛼 = 3.375𝐹 (1)
Donde:
𝐹 =
𝑉
((1 − 𝑘) 𝑔. 𝑑. 𝑐𝑜𝑠𝜃)
0.5 (2)
d = Tirante de agua normal al piso de la rápida usando:
𝑑 =
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
g = aceleración de la gravedad (9.81 m/seg², o sea 32.2 pies/seg²)
k = un factor de aceleración, determinado abajo:
- Con el piso de la transición en un plano, K = 0
- Con el piso de la transición en una curva circular
𝑘 =
𝑉3
𝑔𝑅𝑐𝑜𝑠𝜃
- Con el piso de la transición en una curva parabólica:
𝑘 =
(( 𝑡𝑎𝑛𝜃𝐿 − 𝑡𝑎𝑛𝜃 𝑂)2ℎ𝑣𝑐𝑜𝑠2 𝜃 𝑂
𝐿𝑡
(4)
El Bureau of Reclamation limita el valor de K hasta un máximo de 0.5,
para asegurar una presión positiva sobre el piso. Puede ser usado el
promedio de los valores de Fr en el inicio y final de la transición.
En (3) y (4):
Hv = carga de vel. En el origen de la trayectoria (a)
Lt = longitud de la trayectoria (m)
R = radio de curvatura del piso (m)
V = velocidad en el punto que está siendo considerado (m/seg)

𝜃 = ángulo de la gradiente del piso en el punto que está siendo
considerado
𝜃𝐿 = ángulo de la gradiente del piso en el inicio de la trayectoria θ
𝜃 𝑂 = ángulo de la gradiente del piso en el final de la trayectoria L
El ángulo acampanado y los anchos para varios puntos a lo largo de la
transición pueden ser calculados y trazados. Una cuerda que se
aproxime a la curva teórica puede ser dibujada para determinar el
acampanamiento a ser usado.
El ángulo acampanado y los anchos para varios puntos a lo largo de la
transición pueden ser calculados y trazados. Una cuerda que se
aproxime a la curva teórica puede ser dibujada para determinar el
acampanamiento a ser usado.
Limitandoel ángulode acampanamientoenunatransición de entrada,
se minimizalaposibilidadde separaciónyel iniciode flujo pulsante en
aquellaparte de laestructura.Las transicionesde entradaasimétricasy
cambios de alineamiento inmediatamente aguas arriba de la
estructura, deben evitarse porque pueden producir ondas cruzadas o
flujo transversal que continuará en el tramo inclinado.
Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es:
𝐿 =
𝑇1 − 𝑇2
2𝑇𝑔𝜃
Dónde:
T1 = espejo de agua en el canal
T2 = b = ancho de solera en la rápida

2.9.3.3. TRAMO INCLINADO
La sección usual para una rápida abierta es rectangular por
facilidadde construcción,perolascaracterísticasdel flujo de otras
formasde sección,debenser consideradas donde la supresión de
ondas es una importante parte del diseño.
La economíay facilidadde construcciónsonsiempre consideradas
en la elección de una sección.
Cuandoesnecesarioincrementarlaresistenciadel tramoinclinado
al deslizamiento, se usan (uñas) para mantener la estructura
dentro de la cimentación.
Para rápidasmenoresde 9 m (30 pies) de longitud,lafricción en la
rápida puede ser despreciable. La ecuación de Bernoulli es usada
para calcular las variables de flujo al final del tramo inclinado.
La ecuación:
𝑑1 + ℎ𝑣1 + 𝑍 = 𝑑2 + ℎ𝑣2 (5)
Es resueltaportanteo.La distancia Z es el cambio en la elevación
del piso. Para tramos inclinados de longitud mayor que 9 m (30
pies), se incluyen las pérdidas por fricción y la ecuación será:
𝑑1 + ℎ𝑣1 + 𝑍 = 𝑑2 + ℎ𝑣2 + ℎ𝑓 (6)
En las ecuaciones (5) y (6):
𝑑1= tirante en el extremo aguas arriba del tramo (m)
ℎ𝑣1 = carga de velocidad en el extremo aguas arriba del tramo
(m)
𝑑2 = tirante en el extremo aguas abajo del tramo (m)

ℎ𝑣2 =carga de velocidadenel extremoaguasabajodel tramo (m)
La cantidad es la pérdida por fricción en el tramo y es igual a la
pendientede fricciónpromedioSo en el tramo, multiplicando por
la longituddel tramoL.El coeficientende Manning es asumido en
0.010. La pendientede fricciónSf,enunpuntodel tramoinclinado
es calculado como:
𝑆𝑓 =
(ℎ2 𝑣2)
𝑅4/3
Dónde:
R = radio hidráulico del tramo inclinado (m)
Usando la ecuación (5) o la (6), se asume 𝑑2 y se calcula y
comparan los niveles de energía. Deben hacerse tanteos
adicionaleshastabalancearlosdosniveles de energía. Otra forma
de la ecuación en que la fricción es considerada es:
𝐿 =
(( 𝑑1 + ℎ𝑣1) − (𝑑2 + ℎ𝑣2) )
(𝑆 𝑎 − 𝑆)
(7)
Dónde:
𝑆 𝑎 = pendiente de fricción promedio
S = pendiente de fondo del tramo inclinado
Usando la ecuación (7), se usa un procedimiento, en el cual se
asumen pequeños cambios de energía y se calcula el
correspondiente cambio en longitud. Este procedimiento es
repetido hasta que el total de los incrementos en longitud sea
igual a la longitud del tramo que está siendo considerado.
Mientras menor sea el incremento de longitud, mayor será la
precisión. La altura de los muros en el tramo inclinado de sección

abierta sería igual al máxima tirante calculado en la sección, más
un borde libre,oa 0.4 vecesel tirante criticoenel tramoinclinado;
más el borde libre cualquieraque seamayor.El borde libre mínimo
recomendado para tramos inclinados de rápidas en canales
abiertos (con una capacidad < 2.8 𝑚3/𝑠 es 0.30 m) El tirante y
borde libre son medidos perpendicularmente al piso del tramo
inclinado.
En velocidadesmayores que 9 m/s, el agua puede incrementar su
volumen,debidoal aire incorporadoque estásiendoconducido.El
borde libre recomendado para los muros resultará de suficiente
altura para contener este volumen adicional.
2.9.3.4. TRAYECTORIA
Cuando el disipador de energía es una poza, un corto tramo
pronunciado debe conectar la trayectoria con la poza disipadora.
La pendiente de este tramo seria entre 1.5:1 y 3:1, con una
pendiente de 2:1 preferentemente. Pendientes más suaves
pueden usarse en casos especiales, pero no deben usarse
pendientes más suaves que 6:1. Se requiere de una curva vertical
en el tramo inclinado y el tramo con pendiente pronunciada. Una
curva parabólica resultaría en un valor de k constante en la
longitud de la curva y es generalmente usado. Una trayectoria
parabólica puede ser determinada con la siguiente ecuación:
𝑌 = 𝑋𝑡𝑎𝑛𝜃 𝑂 + (( 𝑡𝑎𝑛𝜃𝐿 − 𝑡𝑎𝑛𝜃 𝑂) 𝑋2/2𝐿 𝑇 (8)
Dónde:
X = distancia horizontal desde el origen hasta un punto sobre la
trayectoria. (m)
Y= distancia vertical desde el origen hasta un punto X en la
trayectoria. (m)

𝐿 𝑇 = longitud horizontal desde el origen hasta el fin de la
trayectoria. (m)
𝜃 𝑂 = ángulo de inclinación del tramo inclinado al comienzo de la
trayectoria
𝜃𝐿 = ángulo de inclinación del tramo inclinado al final de la
trayectoria.
Puede seleccionarseunalongitudde trayectoria 𝐿 𝑇,que resulteen
un valor K = 0.5 o menos, cuando es sustituida en la ecuación (4).
La longitud 𝐿 𝑇 es usada entonces en el cálculo de Y, usando la
ecuación (8).
También puede usarse la siguiente expresión:
𝑌 = − [ 𝑋 𝑡𝑎𝑛 𝜃 + (𝑋^2 ∗ 𝑔/(2𝑉^2 𝑀á𝑥)) ∗ (1 + 𝑡𝑎𝑛^2𝜃)]
Donde:
Y= coordenada vertical
X= coordenada horizontal
𝜃 = ángulo formado por la horizontal y el fondo del canal de la
rápida ( 𝑡𝑎𝑛𝜃 = 𝑆)
Vmáx = 1.5V al principiode latrayectoriacon locual laecuación se
simplifica de la siguiente manera:
𝑌 = − [ 𝑋 𝑆 + [𝑔𝑋^2/(4.5𝑉^2) ](1 + 𝑆^2)]
Para los cálculos se dan valores a X y se calcula Y, siendo las
elevaciones:
𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (0) + 𝑌
Lo cual genera la siguiente tabla:

La trayectoriadeberíaterminarenla intersecciónde losmuros del
tramo inclinadoconlosmurosde la pozadisipadora o aguas arriba
de este punto. Una curva de gran longitud de radio, ligeramente
más suave que la trayectoria calculada, podrían usarse. Si es
posible la trayectoria debe coincidir con cualquiera que sea la
transición requerida. Se asume una elevación para el piso de la
poza disipadorayse calculael gradiente de energíaenlaunión del
tramo inclinadoy el piso de la poza. Las variables de flujo en este
punto son usados como las variables aguas arriba del salto
hidráulico en el diseño de la poza disipadora.
2.9.3.5. POZA DISIPADORA
En una poza disipadora el agua fluye desde el tramo corto de
pendiente pronunciada a una velocidad mayor que la velocidad
critica. El cambio abrupto en la pendiente, donde la pendiente
suave del piso de la poza disipadora se une con el tramo corto de
pendiente pronunciada, fuerza al agua hacia un salto hidráulico y
la energía es disipada en la turbulencia resultante. La poza
disipadora es dimensionada para contener el salto.
Para que una poza disipadora opere adecuadamente, el número
de Froude debería estar entre 4.5 y 15, donde el agua ingresa a la
poza disipadora.
Si el número de Froude es aproximadamente menor a 4.5 no
ocurriría un salto hidráulico estable.
Si el número de Froude es mayor a 10, una poza disipadora no
sería la mejor alternativa para disipar energía. Las pozas

disipadorasrequierende untirante aguas abajo para asegurar que
el salto ocurra donde la turbulencia pueda ser contenida. A veces
son usadaspozascon muros divergentes, que requieren atención
especial. Para caudales hasta 2.8 𝑚3/𝑠 la ecuación:
𝑏 =
18.78√ 𝑄
𝑄 + 10.11
Dónde:
b = ancho de la poza (m)
Q = Caudal (𝑚3/𝑠)
Puede usarse a fin de determinar el ancho de una poza para los
cálculosinicialesParaestructurasdonde la caída vertical es menor
a 4.5 m. La cota del nivel de energía después del salto hidráulico
debería balancearse con la cota del nivel de energía del canal,
aguas debajode laestructura.El tirante de agua después del salto
hidráulico puede ser calculado de la fórmula:
𝐷2 =
−𝑑1
𝑑2
+ ((2𝑉1
2
∗
𝑑1
2
𝑔
)+ (
𝑑1
2
4
))
0.5
Dónde:
𝑑1= Tirante antes del salto (m)
𝑉1 = velocidad antes del salto (m/s)
𝑑2= tirante después del salto
g = aceleración de la gravedad (9.81 𝑚/𝑠2)
Para el cálculode la longitud del colchón puede usarse la fórmula
de SienChin:
𝐿 = 𝐾 (𝑌2 – 𝑌1)

Siendo K = 5 para un canal de sección rectangular, o sino la
formula L = 4Y.
2.9.3.6. FORMACION DE ONDAS
Las ondas en una rápida son objetables, porque ellas pueden
sobrepasar los muros de la rápida y causar ondas en el disipador
de energía.Una pozadisipadoranosería undisipadorefectivo con
este tipo de flujo porque no puede formarse un salto hidráulico
estable.Unflujonoestable ypulsátil puede producirse en rápidas
largas conuna fuerte pendiente.Estasondasse forman en rápidas
largas de aproximadamente 60m y tienenunapendiente de fondo
más suave que 20. La máximaalturade onda que puede esperarse
es dos veces el tirante normal para la pendiente, y la capacidad
máximade flujomomentáneo y pulsátil es dos veces la capacidad
normal. Flujo transversal u ondas cruzadas pueden también
formarse en una rápida. Estas son causadas por:
A. Transiciones abruptas de una sección del canal a otra;
B. Estructuras asimétricas;
C. Curvas o ángulos en el alineamiento de la rápida.
La probabilidad de que estas ondas sean generadas en la
estructura puede ser reducida, siguiendo las recomendaciones
concernientes a ángulos de deflexión y simetría hechas en las
seccionespertenecientesalastransiciones,yevitandoloscambios
de dirección en las estructuras.
Algunas secciones de la rápida son más probables a sufrir ondas
que otras secciones. Secciones poco profundas y anchas (tipo
plato) parecen ser más susceptibles a flujo transversal, mientras
que secciones profundas y angostas resisten tanto al flujo
transversal como al flujo inestable y pulsátil. Las secciones de

rápida que teóricamente pueden prevenir la formación de ondas
han sido desarrolladas.
2.9.4. CONSIDERACIONES HIDRAULICAS
Se requiere conocerlaspropiedadeshidráulicasyelevacionesde larasante y
de las seccionesdel canal aguas arriba y aguas debajo de la rápida, así como
un perfil del tramo en la localización de la estructura.
Generalmentese debe mantenerunapendientemayorque lanecesariapara
mantenerel régimencrítico,porloque el tipode flujoque se establece es el
flujo supercrítico.
El canal de caída puede tener de acuerdo a la configuración del terreno una
o variaspendientesyesgeneralmente de sección rectangular o trapezoidal.
La trayectoriadebe diseñarse de modoque lacorriente de agua permanezca
encontacto con el fondodel canal y no se produzcan vacíos. Si la trayectoria
se calcula con el valor de la aceleración de la gravedad como componente
vertical, no habrá presión del agua sobre el fondo y el espacio ocupado por
el aire aumentará,limitándose así la capacidad de conducción del canal, por
lo que se acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la
aceleraciónde lagravedado incrementarel valorde lavelocidadpara que la
lámina de agua se adhiera al fondo del canal.
La pozade disipacióndebe ubicarse en el extremo inferior de la trayectoria
con el objetivo de absorber parte de la energía cinética generada en la
rápida,mediante laproduccióndel resaltohidráulicoycontenereste resalto
dentro de la poza. Con el fin de proteger el canal sobre todo si es en tierra,
se puede revestir con mampostería la zona de protección.
2.10. TRÁNSITO DE AVENIDAS

El tránsito de avenidas es un procedimiento matemático parapredecir
el cambio en magnitud, velocidad y forma de una onda de flujo en
función del tiempo (Hidrograma de Avenida), en uno o más puntos a
lo largo de un curso de agua (Cauce o canal).
El curso de agua puede ser un río, una quebrada, un canal de riego o
drenaje, etc., y el hidrograma de avenida puede resultar del
escurrimiento producto de la precipitación y/o deshielo, descargas de
un embalses etc.
Se trata de ver como evoluciona un hidrograma a medida que
discurre a lo largo de un cauce o a través de un depósito o embalse.
IMAGEN 17: Transito de avenidas en una presa de almacenamiento.
Fuente: Hidrograma de Entrada y salida, del curso de Hidrología presentado por
Ing. Sergio Velazquez Mazarlegos.
Supongamosque enel extremode uncanal secoarrojamosun volumende
agua. El pequeño hidrograma generado será inicialmente más alto y de
menor duración (posición A de la imagen 17) y, a medida que avanza, el
mismo volumen pasará por los puntos B y C cada vez con un hidrograma
más aplanado.
Suponemos que existe perdida de volumen (por infiltración o
evaporación),de modoque el áreacomprendidabajolos treshidrogramas
será idéntica.

Calcularel tránsito de un hidrograma es obtener el hidrograma del punto
C, a partir del hidrograma del punto A de la imagen 17.
La utilidad del procedimiento es evidente. Por ejemplo, el carácter
catastrófico de una avenida está relacionado directamente con la altura
del picodel hidrograma(el caudal máximo),de modoque es fundamental
calcular como ese pico va disminuyendo a medida que nos movemos
aguas abajo.
También se estudia el proceso de transito de acudales en embalses o
cualquierdepósitoconunaentraday una salida.Observandola imagen 18
se comprende que unaumentoenel caudal de entrada producirátambién
un aumentoenel caudal de salida,peroamortiguadoporel deposito.Si en
el caudal (I) se produjera un hidrograma similar al de la imagen 17(A), en
el caudal de salida (O) de la imagen 18 (B), se produciría un hidrograma
similar al de la imagen 17 (B) 17 (C).

2.11. CAUDAL EN LA CUENCA CAPLINA
Capítulo 4 : Información básica
3.1. TIPO DE RÁPIDA SELECCIONADA
Se seleccionóunarápidainclinadalisaconunatrayectoriaal final,lacual permitiráque el
agua se pegue a la rasante de la rápida, conectándose con un cuenco amortiguador que
servirá de disipador de energía en el extremo más abajo.
3.2. ESQUEMA DEL PERFIL DE LA RÁPIDA
A continuación se presentael perfil de larápidaconlascaracterísticas de la caída rápiday
el cuencoamortiguador,loscualesseránutilizadosparadesarrollarloscálculos.
Caída de la Rápida
Longitudtotal de la pendiente
Longitudde la rápidalisa
Anchopropuesto
Pendiente
Coeficiente de rugosidadde Manning 0.014
La cota de fondoenla seccióninicial

La cota de iniciode latrayectoria
La cota de fondoenla secciónal final
(Iniciodel cuencoamortiguador)
CuencoAmortiguador
Longitud
Anchopropuesto
La cota de fondo
La cota final aguasabajo
3.3. PARÁMETROS HIDRÁULICOS DEL DISEÑO
3.4. INFORMACIÓN BÁSICA DE LA RÁPIDA
Se propone una rápida con trayectoria y cuenco amortiguador.
En una primera instancia se trabajó con un periodo de retorno de 10 000 años para la
rápida y la trayectoria, siendo el caudal máximo de entrada de 1181 m3/s y el caudal
máximo de salida de 846,79 m3/s

Capítulo 5 : Memoria De Cálculo
4.1. DISEÑO CANAL AGUAS ARRIBA Y AGUAS DEBAJO DE LA RAPIDA
4.2. CALCULO DEL ANCHO DE LA SOLERA DE RÁPIDA Y EL TIRANTE DE LA SECCION DE
CONTROL
4.3. CALCULO HIDRAULICO DE LA TRANSICION DE ENTRADA
4.4. CALCULO HIDRAULICO EN EL CANAL DE LA RAPIDA
4.5. CALCULO DE LA TRAYECTORIA
4.6. CALCULO DEL COLCHÓN AMORTIGUADOR
4.7. LONGITUD DE POZA DISIPADORA
4.8. INTERPRETACIÓN DE DATOS
4.9. RESUMEN DE RESULTADOS OBTENIDOS
Capítulo 6 : Conclusiones y Recomendaciones
5.1. CONCLUSIONES

Las pérdidas de carga en las transiciones, dependen del ángulo que forman los aleros de la
transición con el eje del canal. Para ciertos ángulos recomendables a veces resultan
transiciones muy largas, con el consecuente desmedro económico; por lo tanto debe
sopesarse estas medidas para obtener una estructura económica y funcional a la vez.
Una poza disipadora y una transición de salida construidas para las dimensiones
recomendadas tal vez no contengan completamente la salpicadura causada por el agua
turbulenta,perolaestructuradebe contenersuficiente de la turbulencia para prevenir daños
por erosión después de la estructura.
La probabilidadde que ondassean generadas en la estructura puede ser reducida, siguiendo
lasrecomendacionesconcernientesaángulosde deflexiónysimetría,evitandoloscambiosde
dirección en la estructura.
La inclinacióndelterreno,laclase yvolumende excavación,el revestimiento,lapermeabilidad
y resistenciaalacimentación,y la estabilidad de taludes son condiciones de emplazamiento
que determinan el tipo y componentes de la estructura.
5.2. RECOMENDACIONES
Bibliografía
- XIII Congreso Peruano de Geología. Resúmenes Extendidos Sociedad Geológica del Perú
- Wilson,John J.(1965); Geologíade los cuadrángulos de Pachía y Palca Hojas (36 v y 36 x)”,
INGEMMET, Boletín Serie A.
- Wilson, John J.(1965); Geología del cuadrángulo de Huaylillas (Hojas 37 x)”, INGEMMET,
Boletín Serie A, 55. Jaén La Torre, Hugo; Ortiz, G.; Geología de los cuadrángulos de La
Yarada y Tacna (Hojas 37 u – 37v)”, INGEMMET, Boletín Serie A N°6.
Anexos

http://www.ana.gob.pe/sites/default/files/normatividad/files/estudio_hidrologico_caplina_uchus
uma_0_0.pdf
http://es.calameo.com/read/000820129b98430c5db27

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