Análisis experimental de disipación de energía, distribución de presiones y resistencia al flujo de una rápida con fondo escalonado con relación altura (h) longitud de grada (I) de h/l=0.10.

Abstract

Este estudio fue realizado para analizar las características del flujo sobre rápidas con fondo escalonado libre y con umbrales colocados al extremo de cada grada y para determinar la disipación total de energía en el extremo aguas abajo de las estructuras, así como la distribución de presiones sobre los escalones y las relaciones de resistencia al flujo existentes. Para las mediciones se utilizaron dos modelos hidráulicos con relaciones de altura (h) / longitud (l), h/l = 0.10, con h = 0.0625 m, para rápida con seis gradas en posición horizontal e inclinada el 4% y con umbrales y con h = 0.03125 m, para rápida con 12 escalones en posición horizontal e inclinada el 4%. Hacia aguas arriba del inicio de la rápida se dispuso de un tramo de 1.0 m de longitud y 0.15 m de ancho para el flujo de aproximación a las gradas, y una transición en curva con perfil elíptico de relación 1:2 para unir el ancho del canal de 1.0 m con el ancho del canal del modelo de 0.15 m. Hacia el extremo inferior de la rápida, se dispuso de un tramo recto de canal de sección rectangular de 0,15 m. y 1.00 m. de longitud. Para la realización de los ensayos, se usó un canal de laboratorio de 25 m de largo, 0.80 m. de alto y 1.0 m. de ancho. Durante las pruebas realizadas para un rango de caudales desde 5.72 l/s hasta 55.77 l/s (Litros/segundo), se observaron los flujos escalón a escalón, en transición y rasante y se midieron parámetros hidráulicos como: velocidad del flujo, calados de agua y cargas piezométricas a lo largo del las rápidas con fondo escalonado. Después del procesamiento de datos, los resultados obtenidos fueron analizados a partir de la ecuación de Bernoulli y comparados con las ecuaciones analíticas dadas para el régimen de flujo rasante por Chanson. Como conclusión, la disipación máxima de energía obtenida para flujo rasante es de 50% para la rápida con umbrales y de 41.2% para las rápidas libres, siendo evidente la influencia del umbral además del caudal circulante. Las cargas piezométricas medidas no presentaron tendencias al fenómeno de cavitación. Por último para el coeficiente de Manning, los valores adoptados para las rápidas analizadas varían entre 0.02 y 0.028.