Ingeniería civil

Bifurcaciones

Arturo Rocha Felices

A N Á L I S I S DEL C O M P O R T A M I E N T O DE
LOS S Ó L I D O S E N UNA B I F U R C A C I O N

Dr.- Ing. Arturo Rocha Felices
Consultor. Profesor Emérito de la
Universidad Nacional de Ingeniería

El presente artículo constituye parte de un trabajo integral
sobre Bocatomas, que viene preparando el autor. Ha
aparecido en la revista IngenieríaCivil de la Facultad de
Ingeniería Civil de la UNI, Año 2 N° 3 Noviembre 2005.

CONTENIDO

1.
2.

3.
4.
5.
6.
7.
8.

Definiciones fundamentales, 2
Investigaciones experimentales, 4
2.1 Investigaciones de Thoma, 4
2.2 Investigaciones de Bulle, 5
2.3 Investigaciones de Vogel, 7
2.4 Investigaciones de Dancy, 8
2.5 Investigaciones de Cristiani y de Benini, 9
Análisis dimensional,10
Relación de Toma, 11
Líneas de Separación, 12
Ángulo de Bifurcación, 13
Influencia de la Curvatura, 15
Conclusiones, 17
Figuras, 18

1

Bifurcaciones

Arturo Rocha Felices

1 . Definiciones fundamentales
La forma más simple de una captación de agua corresponde a la bifurcación
de un canal, sin ninguna estructura de guía o control. Es la bifurcación libre,
cuyo estudio es muyimportante para comprender el funcionamiento de una
obra de toma más compleja y para obtener los fundamentos teóricos
indispensables de su diseño. En el presente trabajo se analiza algunos de
los aspectos vinculados al comportamiento y a la distribución, en una
bifurcación libre, de los sólidos (sedimentos) transportados por la corriente.

En la Figura 1 se aprecia esquemáticamente unabifurcación en un tramo
recto. El ancho del canal principal es B y de él se separa un canal lateral
cuyo ancho es b. Se llama ángulo de bifurcación θ al ángulo formado por el
eje del canal principal y el eje del canal lateral en el lugar de la bifurcación.
Al canal lateral suele llamársele canal de derivación. El ángulo respectivo
recibe entonces el nombre de ángulo de derivación.

En la Figura 1se

muestra que en el canal principal escurre un caudal Q del cual se deriva un
caudal Q1 hacia el canal lateral. Al caudal remanente en el canal principal se
le llama Q2. Por cierto que debe cumplirse la ecuación de continuidad
Q = Q1 + Q2.
El canal principal lleva una cierta cantidad de material sólido, es decir, tiene
un gasto sólido, al que designamos como T y que también se distribuyeentre ambos canales. Se denomina gasto sólido de una corriente a la
cantidad de material sólido que pasa por una sección determinada en la
unidad de tiempo. Puede expresarse en unidades de peso o de volumen.
Así, en la bifurcación mostrada se tiene que T1

es el gasto sólido en el

canal de derivación y T2 es el gasto sólido remanente en el canal principal.
Para los sólidos t mbién debecumplirse la ecuación de continuidad, de
a
modo que T = T1 + T2 . Debe considerarse, sin embargo, que la validez de la
última expresión está vinculada al tiempo. Esto se debe a que en un lapso
relativamente corto se producen en el sistema fenómenos de erosión y

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Bifurcaciones

Arturo Rocha Felices

sedimentación, de modo que sólo se logra la ecuación de continuidad
después detranscurrido un cierto tiempo.
Tanto el gasto líquido Q como el gasto sólido T pueden expresarse como
valores específicos, es decir, referidos al ancho de cada canal. Se tiene así

q=

Q
T
Q1
; t=
; q1 =
; etc.
B
B
b

Más adelante se señalará el comportamiento en una bifurcación de los dos
componentes del gasto sólido: suspensión (TS) y fondo (TF).

Para facilitar

el estudio delas bifurcaciones es necesario tener en cuenta las dos
definiciones que se señala a continuación.

La Relación de Toma es la

relación entre el caudal captado y el caudal que había en el canal principal;
su expresión es

q1
. La otra definición corresponde al Coeficiente de
q

Captación Sólida, que es la relación entre el gasto sólido captado y el gasto
sólido en el canal principal;...