HIDRAULICA

1. • CAMPOS ZURITA, JORGE.
• CAYATOPA DELGADO, KEDIN
J.
• HUANCAS HUANCAS, CESAR
E.
INTEGRANTES:
Docente:
MSc . ING.JOSÉ ARBULÚ RAMOS
Curso:
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
DICIEMBRE - 2016

2. INTRODUCCIÓN

3. INTRODUCCION
El periodo de vida de las obras
hidráulicas, se ha tomado de
gran importancia desde su
diseño inicial ya que de ello
depende su duración.
Los disipadores de energía, tal es
el caso de caídas, escalonadas,
rápidas, desfogues de fondo,
bocatomas, salidas de
alcantarillas, posas de disipación,
etc.

4. DISIPADORES
DE
ENERGIA

5. DISIPADORES DE ENERGIA
Son estructuras que
complementan a las grandes
obras hidráulicas como rápidas,
caídas escalonadas, canales, etc.
Cumple la función de disipar la
energía producida por las altas
presiones y velocidades;
evitando daños como: erosión
en lecho del río, o en las
estructuras mismas de
conducción, poniendo en peligro
la estabilidad de las estructuras
hidráulicas.

6. GENERALIDADES
• Energía de la corriente.
• Condiciones del cauce aguas
abajo.
• Ubicación de las vías de acceso.
• Efecto de las sub presiones y del
vapor de agua sobre las
instalaciones.
• Daños causados a la fauna y la
flora por la erosión.
• Economía y mantenimiento.
Para la selección del tipo de
disipador se toma las siguientes
consideraciones:

7. TIPOS
DE
DISIPADORES
DE
ENERGIA

8. TIPO DE IMPACTO
Es una estructura
amortiguadora donde la
disipación se da cuando el
chorro de llegada choca con
un deflector vertical
suspendido y por los
remolinos que se forman
debido al cambio de
dirección de la corriente
después de haber chocado
con el amortiguador.

9. CAÍDAS

10. CAIDAS DE SALIDA CON PLACAS DE
CHOQUE O CON OBSTACULO.
Este tipo de disipador se utilizan
bloques para controlar el salto
hidráulico que se genera a la
salida de la estructura, además
para estabilizar el resalto dentro
de los límites del disipador
Se toma este tipo de disipador
para crear una turbulencia
forzada , que se puede apreciar
en la figura como se diseñan
estos bloques de impacto
NIVEL PARA UN
SALTO HIDRAULICO
LIBRE
SALTO HIDRAULICO
FORZADO

11. Donde:
B: Ancho de la caída.
Q: caudal de diseño.
q: Caudal unitario que se vierte en la caída.
FORMULA :
DISEÑO HIDRÁULICO DE CAÍDA DE
SALIDA CON PLACA DE CHOQUE O CON
OBSTACULO.
𝐐 =
𝟏
𝐧
∗ 𝐒
𝟏
𝟐 ∗ 𝐑
𝟐
𝟑 ∗ 𝐀
Donde:
Q: caudal de diseño.
n: Rugosidad.
S: pendiente.
R: radio hidráulico (R=A/P).
A: área de la sección transversal.
P: Perímetro mojado.
• DISEÑO DE CANAL DE INGRESO Y DE SALIDA:
Utilizamos la fórmula de MANNING o con el
software HCANALES:
CALCULO DE ANCHO DE LA CAIDA (B) Y EL
TIRANTE EN LA SECCION DE CONTROL.(H)
𝑩 =
𝑸
𝒒
FORMULAS :
𝒒 = 𝟏. 𝟒𝟖 ∗ 𝑯
𝟑
𝟐
Donde:
H: Tirante en la sección de control.
𝑯 = 𝒀 +
𝑽𝟐
𝟐𝒈
Donde:
Y: tirante del canal.
V: Velocidad del canal.
g: gravedad.

12. Donde:
Q: Caudal de diseño.
b: Ancho de la caída.
FORMULA :
CALCULO DEL TIRANTE CRITICO (Yc).
𝑳 =
𝑻𝟏 − 𝑻𝟐
𝟐 𝒕𝒈 𝟐𝟐. 𝟓°
Donde:
T1: Espejo de agua en el canal.
T2 = b: ancho de solera en la caída.
DIMENSION DE LA CAIDA
FORMULAS :
Donde:
q: Caudal unitario que se vierte por la caída.
g: Gravedad.
h: Carga Hidráulica.
𝒀𝒄 =
𝟑 𝒒𝟐
𝒈
CALCULO DE TRANSICION DE ENTRADA
Y SALIDA (L)
FORMULA :
NUMERO DE CAIDA (D)
𝑫 = 𝒒𝟐/𝒈𝒉𝟑
𝒒 = 𝑸/𝒃

13. CALCULO DE LONGITUD DEL PIE DE LA
CAIDA AL INICIO DEL SALTO.
Donde:
Ld: longitud del pie de la caída al inicio del salto.
H : Carga Hidráulica.
D: Numero de caída.
PROFUNDIDAD MINIMA DE LA CAPA DE
AGUA
FORMULA :
𝑳𝒅 = 𝟒. 𝟑𝟎 ∗ 𝒉 ∗ 𝑫𝟎.𝟐𝟕
Donde:
L: longitud mínima del colchón.
Ld: Longitud de la caída.
Yc: Tirante crítico.
FORMULA :
CALCULO DE LA LONGITUD MINIMA DEL
COLCHON.
𝑳 ≥ 𝑳𝒅 + 𝟐. 𝟓𝟓 𝒀𝒄
FORMULA :
𝒚𝟐 ≥ 𝟐. 𝟏𝟓 𝒀𝒄
FORMULA :
ALTURA ÓPTIMA DE LOS OBSTACULOS.
𝒉𝒐𝒑.𝒐𝒃 = 𝟎. 𝟖 𝒀𝒄
ESPACIAMIENTO ENTRE LOS
OBSTACULOS.
FORMULA : 𝒆𝒐𝒃 = 𝟎. 𝟒 𝒀𝒄
ALTURA ÓPTIMA DEL OBSTACULO FINAL.
FORMULA : 𝒉𝒐𝒑.𝒐𝒃𝒔.𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝟎. 𝟒 𝒀𝒄

14. RELACION:
𝑳𝒅 / ∆𝒉 ENTRAR

15. CAIDAS DE SALIDA CON POZA
DISIPADORA.
Como bien se sabe que en una
posa disipadora el agua fluye
desde el tramo corto de la
pendiente pronunciada a la
velocidad mayor que la 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 del agua
hacia un salto hidráulico y la
energía es disipada en la
turbulencia resultante.
SEPARACION
FRACCIONAL
ANCHO MAXIMO DEL DENTELON D.
SUPERFICIE SUPERIOR A UNA
INCLINACION DE 5°
2D

16. Donde:
Q: Caudal unitario que se vierte por la caída.
Q: Caudal de diseño.
b: Ancho de la caída.
FORMULA :
DISEÑO HIDRÁULICO DE CAÍDA DE
SALIDA CON POZA DISIPADORA.
FORMULA:
Donde:
q: Caudal unitario que se vierte por la caída.
g: Gravedad.
h: Desnivel.
NUMERO DE CAIDA (D).
FORMULA :
𝑫 = 𝒒𝟐/𝒈𝒉𝟐
𝒒 = 𝑸/𝒃
CALCULO DE LA LONGITUD DE CAIDA.
FORMULA : 𝑳𝒅 = 𝟒. 𝟑𝟎 ∗ 𝒉 ∗ 𝑫𝟎.𝟐𝟕
CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL
COLCHON DE AGUA (Yp).
Donde:
Ld: longitud del pie de la caída al inicio del salto.
h: Desnivel.
D: Numero de caída.
𝒀𝑷 = 𝒉 ∗ 𝑫𝟎.𝟐𝟐
Donde:
h: Desnivel.
D:Numero de Caída.

17. CALCULO DE LA ALTURA SECUENTE O
INICIO DEL RESALTO (Y1).
Donde:
h : Desnivel.
D: Numero de caída.
CALCULO DE LA LONGITUD DE RESALTO
(L).
𝒀𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟒 𝒉 ∗ 𝑫𝟎.𝟒𝟐𝟓
FORMULA :
CALCULO DE LA ALTURA SECUENTE O
TERMINACION DEL RESALTO (Y2).
𝒀𝟐 = 𝟎. 𝟔𝟔 𝒉 ∗ 𝑫𝟎.𝟐𝟕
FORMULA :
Donde:
h : Desnivel.
D: Numero de caída.
Se calcula con las siguientes relaciones y el
uso del monograma siguiente:
ENTRAR

18. Ejemplo de
aplicación :
Diseñar un Pozo Amortiguador en una Caída Vertical.
DATOS:
CALCULOS:
NUMERO DE CAIDA (D)
q = 0.19608 D = 0.00392
CALCULO DE LA LONGITUD DE CAIDA (Ld).
Ld = 0.96
CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL COLCHON DE
AGUA (Yp).
Yp = 0.30
CALCULO DE LA ALTURA SECUENTE O INICIO DEL
RESALTO (Y1).
Y1 = 0.05

19. CALCULO DE LA LONGITUD DEL RESALTO (L).
CALCULO DE LA ALTURA SECUENTE
O TERMINACION DEL RESALTO (Y2).
Y2 = 0.37
Fr1 = 5.47
𝑳
𝒀𝟐
= 𝟔. 𝟐𝟓
L = 2.31

20. RESALTO
HIDRÁULICO

21. RESALTO HIDRAULICO
Figura 1. Vertedor de cresta de caída
rápida con resalto hidráulico.
El resalto hidráulico es el ascenso
brusco del nivel del agua que se
presenta en un canal abierto a
consecuencia del retardo que sufre
una corriente de agua que fluye a
elevada velocidad. Sus características
han sido aprovechadas para reducir
las velocidades de flujo, a valores que
permitan el escurrimiento sin
ocasionar tensiones de corte
superiores a los límites permitidos
por los materiales que componen el
perímetro mojado.

22. CARACTERISTICAS
DEL RESALTO
HIDRAULICO

23. En el resalto la pérdida de energía es igual a la
diferencia de las energías específicas antes y
después del resalto. Puede demostrarse que la
pérdida es:
FORMULA :
Donde:
E1: Energía especifica antes del resalto 1.
E2: Energía especifica después del resalto.
Y1: Profundidad del agua antes del resalto.
Y2: Profundidad del agua después del resalto.
• PÉRDIDA DE ENERGIA
A la relación E/E1, se conoce como perdida
relativa.
• LONGITUD
Puede definirse como la distancia medida desde
la cara frontal del resalto hidráulico hasta un
punto en la superficie inmediatamente aguas
abajo del remolino (Figura 2).

24. Es la relación entre la energía específica antes y
después del resalto hidráulico.
Puede mostrarse que la eficiencia es:
FORMULA :
La Ecuación 2, indica que la eficiencia de un resalto es
una función adimensional que depende solo del
número de Froude del flujo de aproximación f.
• EFICIENCIA
NUMERO DE FROUDE
FORMULA :
La energía específica de una ecuación es igual a la
suma de la profundidad del agua y la altura de la
velocidad.
Donde:
fr1 = Numero de Froude.
V1= Velocidad del agua en la sección del y1.
g = gravedad.

25. CAIDA DISIPADORA CON CAIDA
ENTUBADA
En estas obras, el agua entra en
una cámara desde la que sale
una tubería que baja el desnivel
que se quiere salvar. La energía
que adquiere el agua en la
tubería se disipa en la salida,
producto del choque que se
produce contra una pantalla
ubicada en la cámara terminal
de la obra.
SUPERFICIE TERRENO

26. CAIDA DISIPADORA CON CAIDA
ENTUBADA
• Una caída en tubo no sólo conduce
agua sino que además debe disipar
el exceso de energía y aquietar el
agua luego de que esta a llegado al
punto de menor elevación.
• Las entradas pueden ser fácilmente
adaptadas ya sea a un canal
natural, un canal de tierra o
revestido y las salidas pueden ser
fácilmente adaptadas a un canal de
tierra o revestido o a un canal
natural donde no hay control de las
superficies del agua aguas abajo.
• Existen dos tipos comunes de caídas en
conductos cerrados, estas son las caídas
tipo 1 y las caídas tipo 2. En el caso que
exista posibilidad de que la cañería se
obstruya con sedimentos y que la caída se
atasque con maleza y detritos, no deberían
ser utilizadas caídas en tubo tipo 1; para
prevenir esto, la caída puede tener una reja
en la entrada, o el conducto tomar una
dimensión suficiente para descargar este
material si este llegara a introducirse en la
caída en tubo.
• Generalmente este tipo de obstrucción no
es un problema para la estructura tipo 2
debido a que su perfil se presta fácilmente a
la autolimpieza.

27. CAÍDA
DISIPADORA CON
CAÍDA DENTADA

28. CAIDA DISIPADORA CON CAIDA
DENTADA.
Los canales dentados están provistos
de accesorios especiales, incluidos
bloques, umbrales y pilares
deflectores. Estas caídas tienen
característica especial de que debido a
esos choques, el agua pierde la
energía ganada a la misma tasa, por lo
que no requieren obra final de
disipación. Asimismo el agua llegará al
pie del vertedero con una velocidad
relativamente baja y no requerirá un
colchón hidráulico amortiguador.

29. CANAL CON BLOQUES
Los bloques en la rápida se utilizan
para conformar una estructura
dentada a la entrada del canal de
entrega. Su función es dividir el
chorro de entrada y elevar una
parte de él desde el piso,
produciendo una longitud de salto
más corta que la que sería posible
sin ellos.
BLOQUES
DENTADOS

30. CANAL CON REMATE DENTADO
Los umbrales dentados a menudo se
colocan al final del canal de entrega.
Su función es reducir la longitud del
resalto y controlar la socavación.
Para canales largos, diseñados para altas
velocidades de entrada, el remate o
umbral por lo general es dentado, para
llevar a cabo la función adicional de
volar la parte residual del chorro de alta
velocidad que puede alcanzar el extremo
del canal de salida.
UMBRAL DENTADOS

31. CANAL CON PILARES DEFLECTORES
Son bloques localizados en posiciones
intermedias sobre el piso del canal de
entrega.
Su función es disipar la energía
principalmente mediante una acción
de impacto. Los pilares deflectores
son muy útiles en pequeñas.
estructuras con velocidades de entrada
bajas
MURO LATERAL
BLOQUES
DENTADOS
UMBRALES
PILARES
DEFLECTORES

32. TIPO SKY
SALTO SKY
SUMERGIDO LISO
SALTO SKY
ESTRIADO

33. TIPO SKY
Se utilizan unos trampolines para
hacer saltar el flujo hacia un punto
aguas abajo reduciendo así la erosión
en el cauce y el pie de la presa.
Estos trampolines se clasifican en:
trampolín liso y trampolín estriado.
Su funcionamiento se ve con la
formación de dos remolinos uno en la
superficie sobre el trampolín y el otro
sumergido aguas abajo; la disipación
de la energía se hace por medio de
éstos.

34. SALTO SKY SUMERGIDO-LISO.
El salto de los disipadores sky
sumergido-liso puede ser
perjudicial debido al desgaste
que produce en las superficies
de concreto, causado por el
material que regresa a lo largo
del borde del deflector debido
al remolino en el fondo.
SALTO SKY
SUMERGIDO LISO

35. SALTO SKY SALTO SKY ESTRIADO
Este tipo contiene estrías en el
deflector obligando a separar
el agua, el chorro de alta
velocidad sale del borde con
un ángulo menor, y parte del
chorro de alta velocidad va a
dar a la superficie. De esta
forma se produce una
turbulencia menor en la
superficie del vertedero,
evitando así su erosión.
SALTO SKY
ESTRIADO

36. CONSIDERACIONES
PARA EL DISEÑO
DE TIPO SKY
PERFIL
DISPOSITIVOS
USADOS EN
TRAMPOLÍN
PLANTA

37. CONSIDERACIONES PARA EL
DISEÑO
• Geometría del trampolín:
En perfil se pueden clasificar:
En planta se pueden clasificar:
Es variable y depende del punto
de vista en que se analice en
planta o en perfil.

38. CONSIDERACIONES PARA EL
DISEÑO
• Dispositivos usados en
trampolín:
Son muy frecuentes el uso de
dientes deflectores con el fin de
fragmentar el chorro y a su vez
airearlo. Existen distintos tipos
de dientes deflectores y estos
pueden ser clasificados.

39. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
• Al definir la ubicación:
 Se deberá ubicar el trampolín siempre por encima del nivel del agua del canal
de evacuación para que la descarga del flujo se realice libremente, si no ocurre
esto la estructura podría destruirse.
 La posición final del trampolín deberá garantizar una velocidad en el chorro,
para que el flujo sea lanzado lo más lejos posible de la obra.
 Se debe tener presente que cuando el chorro al caer sobre el agua lo haga una
inclinación ϐ= 30° - 35°

40. CIMENTACIONES DE LOS
TRAMPOLINES
Los trampolines pueden estar
sujetos por pilotes o
dentellones. En el caso de los
pilotes se toma con frecuencia
como factor de seguridad la
longitud, que no deberá ser
nunca menor que la
profundidad del cono de
socavación.

41. TIRANTES EN EL TRAMPOLÍN
En el trampolín se asumen que el tirante
de circulación es igual al tirante que llega a
la entrada.
h1 = Tirante al final de la rápida (m).
Lmin = Longitud mínima del trampolín (m).
P = Distancia vertical medida desde el
fondo del trampolín hasta la superficie
libre del agua, aguas abajo (m).
Β = Inclinación del chorro (°).
Lv = Longitud de vuelo del flujo (m).
Lvc = Longitud de vuelo del flujo por el
cono (m).
BL = Borde Libre (m).
to = Longitud del cono (m).
h1
BL
Lmin Lv
Lvc
P
B
to

42. DISEÑO
HIDRAULICO DE
TIPO SKY

43. FORMULA :
FORMULA:
CALCULO DE LA VELOCIDAD A LA
ENTRADA DEL TRAMPOLÍN.
COMPROBAR SI FR1 CUMPLE CON LA
RESTRICCIÓN
FORMULA :
CALCULO DEL FR1 MÁX PARA CONOCER SI SE
PRODUCIRÁ O NO CAVITACIÓN EN LOS
DEFLECTORES
Si cumple Fr1 < Fr1 máx entonces se podrá usar
deflectores pues no existe peligro de que
ocurra cavitación en ellos.
CALCULO DEL NÚMERO DE FROUDE A LA
ENTRADA DEL TRAMPOLÍN.
FORMULA :

44. FORMULA:
CALCULO DEL DIMENSIONAMIENTO DEL
TRAMPOLÍN Y LOS DEFLECTORES.
• Longitud del Trampolín.
FORMULA:
• Altura del Deflector.
FORMULA:
• Longitud del Deflector.

45. FORMULA:
CALCULO DEL DIMENSIONAMIENTO DEL
TRAMPOLÍN Y LOS DEFLECTORES.
• Ancho del Deflector.
FORMULA:
• Número de Deflectores (b ancho rápido).
Al momento de encontrar “n” no se deberá
seleccionar un número impar de deflectores.

46. CALCULO DEL DIMENSIONAMIENTO DEL
TRAMPOLÍN Y LOS DEFLECTORES.
Ubicación deflectores (a, c y d).
FORMULAS:
Para garantizar la colocación de uno de ellos en el
eje del trampolín.
Altura de las paredes.
FORMULAS:

47. FORMULA :
FORMULA:
CALCULO DE LA GEOMETRÍA DEL FLUJO Inclinación del flujo respecto a la
superficie de la lámina agua abajo (β)
FORMULA :
Longitud de vuelo por el cono (Lvc )
Donde:
V1: Velocidad del flujo (m/s).
K: 0.9 (Según recomendaciones del USBR)
g: Aceleración de la gravedad.
Ø: Angulo de medio de salida del flujo.
Tabla de valores de Ψ y Ψi
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