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Transiciones Hidráulicas: Diseño de Estructuras para Unir Canales Con Formas Diferentes, Apuntes de Obras de abastecimiento y saneamiento

Las transiciones hidráulicas, estructuras utilizadas para variar gradualmente la sección de un canal al unir dos tramos con diferentes formas, pendiente o dirección. Se abordan transiciones en canales, su diseño simplificado (línea recta), y el diseño para un régimen subcrítico. Se presentan fórmulas empíricas y métodos experimentales como hind, mitra, chaturvedi y método racional.

Qué aprenderás

  • ¿Qué es una transición hidráulica y para qué sirve?
  • ¿Cómo se calcula el ancho y talud en las secciones de una transición hidráulica alabeada?
  • ¿Cómo se diseña una transición hidráulica recta?

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 12/11/2021

paul-janco
paul-janco 🇧🇴

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Obras hidráulicas I
Transiciones
1. Definición. Es una estructura hidráulica que se usa para variar de forma gradual
la sección de un canal cuando se tiene que unir dos tramos con diferentes formas,
pendiente o dirección.
2. Transiciones en canales. La función de esta estructura es evitar que el paso de
una sección (A1) a la siguiente (A2), de dimensiones y características diferentes,
se presente de un modo brusco reduciendo las pérdidas de carga, eliminando
ondas cruzadas y otras turbulencias y dar seguridad a la estructura y al curso de
agua.
3. Diseño simplificado de
transiciones (línea recta): Para el
diseño de una transición recta, se
debe definir la longitud de la transición
de modo que las pérdidas en el paso
entre dos tramos de características
sean mínimas posibles.
Fórmulas que se presentan son de
carácter empírico.
𝑳=𝑻𝟏𝑻𝟐
𝟐𝐭𝐚𝐧𝜶
Donde:
𝐿: longitud de transición, m
𝑇1,𝑇2: Espejos de agua, m
𝛼: ángulo que forman los espejos de
agua.
Según la experiencia de Juluan HInds y
Bareau of reclamation, con α=12.5º se
consigue pérdidas mínimas, se puede
incrementar hasta 22º5 sin que el cambio
sea brusco.
4. Diseño de transición para un régimen subcrítico. En la figura se muestra la
proyección en planta y el perfil longitudinal de una transición alabeada, que une
una sección rectangular con una trapecial, donde cambia, sección, base y talud.
𝒂𝒂: representa la sección de inicio de transición de contracción, viniendo de
izquierda a derecha.
𝒃𝒃: Representa la sección final de la transición de contracción e inicio del canal
intermedio.
𝑓𝑓: Representa la sección de inicio de la transición de expansión final del canal.
𝒄𝒄: representa la sección final de la transición de expansión e inicio del canal de
salida.
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Obras hidráulicas I Transiciones

  1. Definición. Es una estructura hidráulica que se usa para variar de forma gradual la sección de un canal cuando se tiene que unir dos tramos con diferentes formas, pendiente o dirección.
  2. Transiciones en canales. La función de esta estructura es evitar que el paso de una sección (A1) a la siguiente (A2), de dimensiones y características diferentes, se presente de un modo brusco reduciendo las pérdidas de carga, eliminando ondas cruzadas y otras turbulencias y dar seguridad a la estructura y al curso de agua.
  3. Diseño simplificado de transiciones (línea recta) : Para el diseño de una transición recta, se debe definir la longitud de la transición de modo que las pérdidas en el paso entre dos tramos de características sean mínimas posibles. Fórmulas que se presentan son de carácter empírico. 𝑳 =

Donde: 𝐿: longitud de transición, m 𝑇 1 , 𝑇 2 : Espejos de agua, m 𝛼: ángulo que forman los espejos de agua. Según la experiencia de Juluan HInds y Bareau of reclamation, con α=12.5º se consigue pérdidas mínimas, se puede incrementar hasta 22º5 sin que el cambio sea brusco.

  1. Diseño de transición para un régimen subcrítico. En la figura se muestra la proyección en planta y el perfil longitudinal de una transición alabeada, que une una sección rectangular con una trapecial, donde cambia, sección, base y talud. 𝒂𝒂: representa la sección de inicio de transición de contracción, viniendo de izquierda a derecha. 𝒃𝒃: Representa la sección final de la transición de contracción e inicio del canal intermedio. 𝑓𝑓: Representa la sección de inicio de la transición de expansión final del canal. 𝒄𝒄: representa la sección final de la transición de expansión e inicio del canal de salida.

En el diseño existen varios métodos obtenidos en laboratorio en forma experimental, dentro de los cuales se pueden mencionar, método de Hind, método de Mitra, método de Chaturvedi y método racional.

5. Método racional transiciones alabeadas 5.1. Cálculo de longitud de transición 𝑳 = 𝟒. 𝟕𝒃 + 𝟏. 𝟔𝟓𝒁𝒄𝒚𝒄 𝒃 =

Donde : 𝐿: longitud de transición 𝑍𝑐: Talud en el canal trapezoidal. 𝑦𝑐: Tirante en el canal trapecial. 𝑏𝑐: Ancho de solera canal trapecial. 𝑏𝑓: Ancho de solera en el canal rectangular. 5.2. Cálculo de ancho en cada sección. 𝒃 = 𝒃𝒇 + (𝒃𝒄 − 𝒃𝒇)

[𝟏 − (𝟏 −

𝒏𝒃 ] 𝒏𝒃 = 𝟎. 𝟖 − 𝟎. 𝟐𝟔𝒁𝒄 𝟏/𝟐 Donde: 𝑏: Ancho de solera a una distancia x. 𝑏𝑐: Ancho de solera del canal trapezoidal. 𝑏𝑓: Ancho de solera en el canal rectangular. 𝑥: Distancia a la que se calcula b, tomando como inicio la sección rectangular. 𝐿: longitud de transición. 𝑍𝑐: Valor de talud en el canal trapezoidal 5.3. Cálculo de talud en cada sección 𝒁 = 𝒁𝒄 [𝟏 − (𝟏 −

𝟏/𝟐 ] Donde: 𝑍: Talud a una distancia x. 𝑍𝑐: Talud del canal de sección trapezoidal. 𝑥: Distancia a la que se esta calculando el talud Z, tomando como inicio la sección rectangular. 𝐿: Longitud de transición. 5.4. Cálculo del desnivel de fondo de cada sección. Donde: ∆ℎ𝑖: Desnivel del fondo en cada sección. ∆ℎ: Desnivel total entre las dos secciones (rectangular y trapezoidal)