Tesis

ESTRUCTURAS DE TRANSICIÓN PARA FLUJO SUBCRÍTICO
CONSIDERACIONES GENERALES
Un trabajo que frecuentemente deben realizar los ingenieros civiles, consiste en el diseño de una transición entre dos canales de diferente sección transversal, o entre un canal y una galería o un sifón. Como criterios para el dimensionamiento hidráulico se pueden mencionar: primero, minimización de las pérdidas deenergía por medio de estructuras económicamente justificables; segundo, eliminación de las ondulaciones grandes y de los vórtices (por ejemplo, vórtices de entrada con el consecuente peligro de introducción de aire, Knauss, 1986); y tercero, eliminación de zonas con agua tranquila o flujo muy retardado (por ejemplo: las zonas de separación traen consigo el riesgo de depósito de material en suspensión).Estos criterios se cumplen para el caso de flujo subcrítico, si se le confiere a la estructura de transición una forma hidrodinámica con ayuda de las relaciones derivadas de 1.2. El comportamiento para flujo supercrítico es totalmente diferente, a causa del fenómeno de la formación de ondas. El problema de la formación de ondas no se restringe a las estructuras de flujo supercrítico. También enflujo subcrítico se forman ondas permanentes si hay cambios bruscos de dirección o cambios fuertes del nivel del fondo del canal. En este último caso puede llegar a presentarse un cambio de régimen con salto hidráulico, si no se pone atención en el diseño de la estructura.
Hasta qué punto se puede ajustar la forma de la estructura en la zona de transición a una forma hidrodinámica, considerandotambién los puntos de vista económicos? Esto depende mucho del tamaño y de la función de la estructura. Con el objetivo de lograr formas económicas, en especial para estructuras pequeñas, se realizaron investigaciones exhaustivas en el U.S Departament of AGRICULTURE (Scovey,1933). También el U.S. Bureau of Reclamation (1952) es una de las más recientes acerca de criterios de diseño para estructurasde transición.
Para los cálculos hidráulicos de las estructuras de transición con flujo subcrítico son admisibles las siguientes hipótesis:
a) Se supone que la pendiente de la línea de energía es constante en el tramo relativamente corto de la estructura de transición y, en ausencia de pérdidas locales, puede, asimismo, calcularse por tramos con la ayuda de la ecuación de Gauckler-Manning-Strickler
b) La velocidad varía principalmente en función de la distancia. Se supone que los factores α y β son iguales a 1, o bien, pueden definirse para las secciones transversales extremas y efectuar una interpolación para las ecuaciones intermedias.
c) Los efectos de la curvatura del flujo pueden ignorarse, con lo que las distribuciones de presión resultan hidrostáticas. Se pueden dejarde considerar también las zonas de separación de flujo.
Una ayuda valiosa en el cálculo hidráulico es el diagrama de energía con las curvas H0-y. Se recomienda trazar, con el caudal dado, una familia de curvas para varias secciones transversales de la estructura como se indica en el ejemplo de la fig. 4.26, donde los cambios en la sección transversal de la estructura de transición estánlimitados únicamente a cambios en el ancho B del ca
canal, de tal modo que las secciones transversales consecutivas están caracterizadas por valores definidos del caudal unitario q= Q/B.
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Se supone que se conocen las secciones transversales de los canales de aguas arriba y aguas abajo, los cuales deben ser unidas con la estructura de transición y,también, el caudal, la profundidad de agua, la altura de energía el la sección transversal final y su forma. Para la solución de este problema típico se procede determinando la línea de energía en forma aproximada, mencionada anteriormente, con lo que queda determinada también la profundidad de agua en la sección transversal inicial. Las dimensiones de las secciones transversales intermedias...