Estudio teórico - experimental de un sistema de disipación de energía poco habitual al pie de una caída de agua

Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 1 5. Cons ucción del modelo. 5.1. P esa me álica. Los condicionan es pa a el diseño de la p esa son los siguien es: a) La ue za o al a esis i debida a la p esión hid os á ica eje cida po el agua que con iene (1m. de ancho y 0,85m. de p o undidad) se calcula en 361 kg. que no es ninguna on e ía. Po an o, es necesa io calcula la y cons ui la a conciencia. b) La p esa se concibe como sopo e pa a el es o del modelo. Es o implica que debe se es echa y se le puedan ancla elemen os ácilmen e (no nos se i ía una pa ed de áb ica de lad illo). c) A la ez de se el sopo e debe se la e e encia de co a y inclinación pa a el es o del modelo. Po an o debe á se su icien emen e ígida y es a pe ec amen e aplomada ( e ical). Teniendo en cuen a los an e io es condicionan es se eligió una es uc u a me álica a base de chapa con ne ios de e ue zo. Pa a la sujeción a las pa edes del canal de ensayos de ob a ebozada con mo e o, el sis ema empleado consis e en ancla unos angula es me álicos a las pa edes y el ondo con pe nos y ejun a los con silicona. Pos e io men e, se coloca la chapa me álica simplemen e apoyada con a los angula es aplicando p e iamen e un co dón de silicona en e ambas supe icies. La misma p esión de agua sob e la chapa hace que la jun a quede ap e ada y es anca. Pa a el cálculo y dimensionamien o se ha u ilizado el p og ama de cálculo de es uc u as po elemen os ini os SAP2000. Es a aplicación in o má ica es ideal pa a nues o caso ya que es á di igida al cálculo de es uc u as o madas po placas y igas. La chapa empleada no podía se de un g oso supe io a 3mm. ,de lo con a io, su peso hab ía sido excesi o pa a el anspo e. Y en un p ime cálculo con chapa de 3mm. se e que las de o maciones son muy ele adas po lo que se hacen imp escindibles los ne ios de e ue zo. Al inal se dispuso chapa de 2mm. y ne ios a base de ubo cuad ado de 40x40x3mm. soldados po pun os a la chapa. Se p esen a a con inuación el cálculo de ini i o de la p esa: Fig. X. Esquema de la disc e ización en elemen os de placa y de ba a. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 2 Fig. X. De o mada (aumen ada con ac o 50). Los mayo es mo imien os en el cen o se han ci ado en 2mm. (p ác icamen e impe cep ibles). Hay que obse a que la o ma en V de la ba a supe io además de deja espacio pa a el paso del canal, hace que la combinación en e las de o maciones de la chapa en el amo con iguo y las p opias del úl imo amo en oladizo dejen a es e úl imo o almen e e ical en la zona cen al que es la que nos in e esa pues es donde se ancla án los demás módulos. La p esa me álica ue ab icada en el alle “Talle s Mi anda” de Molle ussa con la ayuda del p opie a io, amigo del au o . Fo o. X. Vis a de la p esa aguas a iba, empezando a inunda se. Puede obse a se en la o og a ía que se incluyó en la p esa un desagüe de ondo pa a pode acia el canal aguas a iba al acaba la jo nada de ensayos. De es a mane a la embocadu a de made a no se queda en emojo inde inidamen e sino solo du an e los ensayos. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 3 Fo o. X. Vis a de la p esa aguas abajo inundada al lími e. En es a úl ima o og a ía con el ni el de agua al máximo y la p esa abajando a plena ca ga, se ap ecia la pe ec a es anqueidad del conjun o, así como la ausencia de de o maciones. 5.2. Sis ema modula . El modelo se concibe y cons uye en di e en es pa es o amos. Se ha hecho así pa a acili a an o el mon aje en el labo a o io como la cons ucción y anspo e ya que la mayo pa e del abajo se hizo en el alle del au o . En o al el modelo se di ide en 5 pa es sin con a la p esa: la embocadu a, la caída, el amo ec o pa a el esal o, el es echamien o y el amo ec o de salida. Cada módulo dispone en sus ex emos de unos angula es me álicos que pe mi en suje a lo al módulo adyacen e median e es o nillos de o ma ápida y p ecisa. Una jun a de silicona asegu a la es anqueidad. Fo os. X. Sis ema de empalme en e módulos. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 4 En uno de los ex emos de cada pieza hay dos pa as oscadas que pe mi en el ajus e en al u a y la ni elación de cada amo. 5.3. T ompe a de embocadu a. Como en el es o del modelo, el ma e ial base empleado pa a la cons ucción es el able o de aglome ado de al a densidad DM, cogido con o nillos, cla os y encolado con cola blanca pa a made a. Las azones pa a la elección de es e ma e ial son que es ácil de abaja y bas an e económico. Po o o lado iene el incon enien e que no ole a la exposición al agua ya que se hincha y pie de o almen e la o ma. Po eso hay que p o ege lo muy bien una ez acabada la cons ucción con a ias capas de ba niz impe meabilizan e. La geome ía de las secciones y el pe il quedó de inida en el capí ulo de diseño. Solo al a, pues, hace el eplan eo de las piezas que o ma an la ompe a:                      −−+= 2 1 2 0112 R l sinRBB ;                        −−+= 2 1 2 011 R l sinRHH       ∈Rl 4 ,0 π .512,0 mR = Fig. X. Fo mulación pa a el eplan eo de las piezas de la ompe a. Se adjun a a con inuación la abla de eplan eo pa a las es piezas de la ompe a: Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 5 Fig. X. Tabla de eplan eo de las piezas de la ompe a. Y la ompe a acabada: Fo o. X. La ompe a lis a pa a mon a en el labo a o io. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 6 5.4. Caída con acue do. Con la geome ía ya de inida en el capí ulo de diseño se adjun a a con inuación la abla de eplan eo de las piezas de la caída. Fig. X. Tabla de eplan eo de las piezas de la caída. Fo o. X. La caída lis a pa a mon a en el labo a o io. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 7 El acue do ci cula al pie que, como ya se ha explicado, se incluyó pos e io men e pa a disminui las pe u baciones del lujo, se dimensionó con la ó mula p opues a po V.T.Chow en su lib o “Hid áulica de canales abie os” : = elocidad a pie de caída en pies po segundo [F /s]. h = ca ga de agua sob e la caída en pies [F ] El p oblema de es a ó mula es que no es escalable, o sea, que se ealizó el cálculo pa a el p o o ipo y luego se le aplicó la azón de escala. V = 15,6 m/s = 51,4 F /s => R = 10 1,34 = 21,7 F = 6,6m. H = 3.5m (pa a Q100) = 11,5 F /s / A escala 1/20: R = 0,33m. Fo o. X. Acue do.         + ++ =646,3 164,6 10 h h R En la o og a ía se puede e el acue do mon ado en su si io. Como se puede ap ecia , al pone lo a pos e io i se u ie on que sella y a ina las jun as con silicona. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 8 5.5. Es echamien o ajus able. Se adjun an a con inuación los planos a mano alzada pa a la cons ucción de es a pieza, la más impo an e y compleja del modelo. Fig. 5.5.1. Planos de cons ucción del es echamien o ajus able. La es uc u a de made a de aglome ado D.M. albe ga en su in e io unos ne ios mó iles que an encajados po sus ex emos en unas guías de con achapado ambién de made a solida ias con las pa edes del cajón. Es udio eó ico-expe imen al de un sis ema de disipación de ene gía poco habi ual al pie de una caída de agua. 9 Hay dos g upos de ne ios, unos ho izon ales que gobe na an el ondo del es echamien o, y unos e icales que gobe na án las pa edes. Hay 10 ne ios ho izon ales y 20 e icales, lo que pe mi e ene 10 secciones de con ol (las dos pa edes y el ondo). El mo imien o de cada ne io se con ola median e dos o nillos pasan es, uno en cada ex emo. En los aguje os que a a iesan los ne ios hay empo ada una ue ca que se coge al o nillo. Cuando se gi a el o nillo, la ue ca a anza o e ocede en él, según sea el sen ido de gi o, con lo que hace mo e el ne io. De hecho, es e sis ema pe mi e has a una cie a inclinación de los ne ios ( espec o la ho izon al, los del ondo y espec o a la e ical los de las pa edes) así que se pueden gene a supe icies egladas bas an e complejas. Los ne ios es án a una dis ancia en e ellos de 2cm. en la zona cen al donde debe habe las mayo es cu a u as, y a 4cm. en el es o. Fo o. 5.5.2. Es uc u a del es echamien o con solo los ne ios ho izon ales. El conjun o de ne ios que con o ma las pa edes y el ondo del es echamien o a o ado con una lámina de goma ecauchu ada ensada que da con inuidad a la supe icie discon inua gene ada po los ne ios y con ie e es anqueidad al sis ema. Es a lámina p ocede de la cáma a de un neumá ico de ac o que, po sus dimensiones, se ía pa a el caso. Su g oso es de al ededo de 2 milíme os. La lámina es á cogida al cue po del es echamien o median e g apas lo que pe mi ió i ensándola a medida que se iban cla ando las g apas con la pis ola. La idea es que al es a en ensión, la lámina es é en con ac o con los ne ios y coja la o ma que és os le obligan. Pa a que la goma es é en con ac o con los ne ios en oda su longi ud al a obliga le a segui las esquinas del ondo, o sea, los pun os de c uce en e los ne ios e icales y los ho izon ales. Si no se hace así, la lámina coge una o ma ó ica, de donu , sin a is as ma cadas en el ondo. Pa a consegui es o hay que dispone un sis ema de enso es cogidos a la lámina y que la man engan pegada a las esquinas. En la siguien e o og a ía se puede e la goma, po la ca a in e io que queda á ocul a, an es de se colocada. Se ap ecian las dos ilas de 10 enso es.