Estudio de la disipación de energía mediante un modelo físico en

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
4-2017 
Estudio de la disipación de energía mediante un modelo físico en Estudio de la disipación de energía mediante un modelo físico en 
un pozo de alcantarillado pluvial escalonado sobre la calle 13 en un pozo de alcantarillado pluvial escalonado sobre la calle 13 en 
Acacias - Meta, usando material reciclado neumático Acacias - Meta, usando material reciclado neumático 
Ivan Fernando Acero Reyes 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Carlos David Vanegas Leal 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Citación recomendada Citación recomendada 
Acero Reyes, I. F., & Vanegas Leal, C. D. (2017). Estudio de la disipación de energía mediante un modelo 
físico en un pozo de alcantarillado pluvial escalonado sobre la calle 13 en Acacias - Meta, usando 
material reciclado neumático. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/331 
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ESTUDIO DE LA DISIPACIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE UN MODELO FÍSICO EN 
UN POZO DE ALCANTARILLADO PLUVIAL (ESCALONADO) SOBRE LA CALLE 13 
EN ACACIAS - META, USANDO MATERIAL RECICLADO (NEUMÁTICO) 
 
 
 
 
IVAN FERNANDO ACERO REYES 
CARLOS DAVID VANEGAS LEAL 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERIA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C 
2018 
II 
 
ESTUDIO DE LA DISIPACIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE UN MODELO FÍSICO EN 
UN POZO DE ALCANTARILLADO PLUVIAL (ESCALONADO) SOBRE LA CALLE 13 
EN ACACIAS - META, USANDO MATERIAL RECICLADO (NEUMÁTICO) 
 
 
 
IVAN FERNANDO ACERO REYES 
CARLOS DAVID VANEGAS LEAL 
 
 
Trabajo de grado para optar el título de ingeniero civil. 
 
 
 
 
Director 
LUIS EFREN AYALA ROJAS 
Ingeniero Civil, MS Gestión y auditorías ambientales 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C 
2017 
III 
 
Nota de aceptación 
 
 
_____________________________________ 
 
_____________________________________ 
 
_____________________________________ 
 
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_____________________________________ 
 
_____________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Firma del Director 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Firma del Jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Firma del Jurado 
 
 
Bogotá D.C. abril de 2017 
IV 
 
Dedicatoria 
Dedico este proyecto a Dios y a mis padres Carlos Alberto Vanegas y Luz Amparo Leal quienes 
me apoyaron en todo momento brindándome su conocimiento y comprensión para la 
culminación de este proceso y de toda la carrera en general. 
También lo dedico a mis amigos de la universidad quienes me apoyaron en este proyecto y en 
muchos otros que se nos presentaron durante la carrera, que con compañerismo y amabilidad 
afrontamos los problemas y salimos adelante para sembrar un futuro lleno de éxito. 
Agradezco a todos los profesores, ingenieros (en especial a nuestro director de tesis Luis Efrén 
Ayala, por su apoyo y comprensión en este proceso) y a la Universidad de la Salle los cuales me 
brindaron espacios para alcanzar el conocimiento en pro de convertirme en un buen ingeniero. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Carlos David Vanegas Leal 
 
 
V 
 
Durante la vida hemos querido vivir educándonos para crecer como personas, y a día de hoy, se 
mira a atrás y se observa cuanto se ha crecido. Se crece en diferentes aspectos, pero en lo 
personal hay dos personas a las cuales les agradecer a mi padre Edgar Acero, quien es mi 
ejemplo a seguir como hombre y no hay persona en el planeta a quien admire más, y a mi madre 
Nancy Reyes quien es imagen de amor entrega y compromiso, todo mi amor y gratitud es para 
Uds. También quiero agradecer a mi hermana Alexa Acero y mi hermano Jairo Acero, a quienes 
serán mis compañeros durante el resto de mi vida y espero compartir el fruto de este esfuerzo. 
La vida ha sido buena conmigo, afortunado de poderla vivir de la forma en que la hago, de 
pasar gratos momentos y de contar con personas las cuales le dan un aspecto diferente y 
agradable de las cuales se aprende. 
El crecimiento académico se debe a mi esfuerzo y dedicación, además de la educación brindada 
por la universidad de la Salle y a los pocos compañeros que allí se encontraron. 
 
 
 
 
 
 
Iván Fernando Acero Reyes 
 
VI 
 
Contenido 
1 Introducción ................................................................ ¡Error! Marcador no definido. 
2 Planteamiento del problema ....................................... ¡Error! Marcador no definido. 
2.1 Descripción del problema.................................... ¡Error! Marcador no definido. 
2.2 Formulación del problema .................................................................................... 3 
2.3 Justificación del proyecto ...................................................................................... 3 
2.4 Delimitación .......................................................................................................... 5 
3 Objetivos ..................................................................................................................... 16 
3.1 General ................................................................................................................ 16 
3.2 Específicos ............................................................................................................ 5 
4 Marco de referencia .................................................................................................... 16 
4.1 Antecedentes teóricos .......................................................................................... 16 
4.2 Marco teórico ........................................................................................................ 7 
4.2.1 Tipos de flujo. ................................................................................................. 7 
4.2.2 Regimen de flujo. ............................................................................................ 8 
4.2.3 Energia de flujo. .............................................................................................. 9 
4.2.4 Energia especifica. ........................................................................................ 10 
4.2.5 Fuerzas de arrastre y esfuerzo cortante. ........................................................ 10 
4.2.6 Resalto hidraulico. ......................................................................................... 11 
4.2.7 Tipos de resaltohidraulico. ........................................................................... 11 
4.2.8 Caracteristicas de un resalto hidraulico. ........................................................ 13 
4.2.9 Camaras de caida ......................................................................................... 13 
4.2.10 Tipos de camaras de caida. .......................................................................... 14 
4.3 Marco conceptual ................................................................................................ 18 
VII 
 
4.3.1 Erosión ......................................................................................................... 18 
4.3.2 Disipador de Energia .................................................................................... 18 
4.3.3 Pozo de inspección ....................................................................................... 18 
4.3.4 Dimensiones basicas de pozo de inspección ............................................... 19 
4.3.5 Caucho ......................................................................................................... 19| 
4.3.6 Neumático ................................................................................................... 19 
4.3.7 Caracteristicas del neumático ...................................................................... 20 
4.3.8 Principio de similitud .................................................................................. 21 
4.3.9 Condiciones de similitud ............................................................................. 21 
4.3.10 Similitud de Reynolds ............................................................................... 21 
4.3.11 Similitud de Froude ................................................................................... 22 
4.3.12 Escala ........................................................................................................ 22 
4.3.13 Modelo hidráulico ..................................................................................... 22 
4.3.14 Tipos de modelos hidráulicos..................................................................... 22 
5 Metodologia ................................................................................................................ 23 
5.1 Primera fase ......................................................................................................... 23 
5.2 Segunda fase ........................................................................................................ 23 
5.3 Tercera fase ......................................................................................................... 24 
5.4 Localización ........................................................................................................ 24 
5.4.1 Registro fotografico ................................................................................................. 25 
5.5 Diseño del caudal ................................................................................................ 26 
5.6 Elaboración del modelo ....................................................................................... 27 
6 Toma de datos ..................................................................................................... 31 
6.1 Aforo de caudal ................................................................................................... 31 
6.2 Superficie de impacto en concreto ...................................................................... 32 
6.2.1 Caudal 1 ....................................................................................................... 32 
6.2.2 Caudal 2 ....................................................................................................... 34 
6.2.3 Caudal 3 ....................................................................................................... 36 
6.3 Superficie de impacto tableta hecha a partir de neumático usado ....................... 38 
6.3.1 Caudal 1 ....................................................................................................... 38 
6.3.2 Caudal 2 ....................................................................................................... 40 
VIII 
 
6.3.3 Caudal 3 ....................................................................................................... 42 
7 Costo de construcción del disipador ........................................................................... 43 
8 Analisis de resultados ................................................................................................. 47 
9 Conclusiones ............................................................................................................... 48 
10 Recomendaciones ....................................................................................................... 49 
11 Bibliografía ................................................................................................................. 49 
12 Anexos ........................................................................................................................ 51 
 
 
 
Lista de tablas 
Tabla 1 Toma de datos ..................................................................................................... 31 
Tabla 2 Datos primer caudal sobre concreto .................................................................... 32 
Tabla 3 Calculo de energia para primer caudal sobre concreto ....................................... 32 
Tabla 4 Calculo de energia para primer caudal sobre concreto ....................................... 32 
Tabla 5 Datos segundo caudal sobre concreto ................................................................. 34 
Tabla 6 Calculo de energia para segundo caudal sobre concreto .................................... 34 
Tabla 7 Calculo de energia para segundo caudal sobre concreto .................................... 34 
Tabla 8 Datos tercer caudal sobre concreto ..................................................................... 36 
Tabla 9 Calculo de energia para tercer caudal sobre concreto ......................................... 36 
Tabla 10 Calculo de energia para tercer caudal sobre concreto ....................................... 36 
Tabla 11 Datos primer caudal sobre neumático ............................................................... 38 
Tabla 12 Calculo de energia para primer caudal sobre neumático .................................. 38 
Tabla 13 Calculo de energia para primer caudal sobre neumático .................................. 38 
Tabla 14 Datos segundo caudal sobre neumático ............................................................ 40 
IX 
 
Tabla 15 Calculo de energia para segundo caudal sobre neumático ................................ 40 
Tabla 16 Calculo de energia para segundo caudal sobre neumático ................................ 40 
Tabla 17 Datos tercer caudal sobre neumático ................................................................ 42 
Tabla 18 Calculo de energia para tercer caudal sobre neumático .................................... 42 
Tabla 19 Calculo de energia para tercer caudal sobre neumático .................................... 42 
 
 
Lista de figuras 
Figura 1. Relaciones geométricas para un tubo ................................................................. 9 
Figura 2. Curva de energía específica, resalto hidráulico y curva de fuerza especifica .. 15 
Figura 3. Cámara de caída .............................................................................................. 16 
Figura 4. Cámara de caída escalonada ............................................................................. 16 
Figura 5. Cámara de caída con estructura en bandeja...................................................... 17 
Figura 6 Cámara de caída tipo vortice ............................................................................. 18 
Figura7. Sección transversal de un neumático radial ..................................................... 20 
 
 
Lista de Imágenes 
Imagen 1. Ubicación pozo de inspección ......................................................................... 24 
Imagen 2. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias - Meta ...................... 25 
Imagen 3. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias - Meta ...................... 25 
Imagen 4. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias - Meta ...................... 26 
Imagen 5. Construcción de formaleta metalica para el modelo ....................................... 27 
Imagen 6. Construcción de formaleta metalica para el modelo ....................................... 27 
Imagen 7. Construcción de formaleta metalica para el modelo ....................................... 27 
X 
 
Imagen 8. Construcción de formaleta metalica para el modelo ....................................... 28 
Imagen 9. Construcción de formaleta metalica para el modelo ....................................... 28 
Imagen 10. Fundida de concreto y formación de modelo ................................................ 28 
Imagen 11. Fundida de concreto y formación de modelo ................................................ 28 
Imagen 12. Fundida de concreto y formación de modelo ................................................ 28 
Imagen 13. Fundida de concreto y formación de modelo ................................................ 28 
Imagen 14. Modelo fisico encofrado ............................................................................... 30 
Imagen 15. Modelo fisico a prueba .................................................................................. 30 
Imagen 16. Modelo fisico con neumático a prueba ......................................................... 31 
 
Lista de Graficas 
Grafica 1. Curva de energía especifica primer caudal sobre concreto ............................. 33 
Grafica 2. Curva de fuerza especifica primer caudal sobre concreto .............................. 33 
Grafica 3. Curva de energía especifica segundo caudal sobre concreto .......................... 35 
Grafica 4. Curva de fuerza especifica segundo caudal sobre concreto ............................ 35 
Grafica 5. Curva de energía especifica tercer caudal sobre concreto .............................. 37 
Grafica 6. Curva de fuerza especifica tercer caudal sobre concreto ................................ 37 
Grafica 7. Curva de energía especifica primer caudal sobre neumático .......................... 39 
Grafica 8. Curva de fuerza especifica primer caudal sobre neumático ........................... 39 
Grafica 9. Curva de energía especifica segundo caudal sobre neumático ....................... 41 
Grafica 10. Curva de fuerza especifica segundo caudal sobre neumático ....................... 41 
Grafica 11. Curva de energía especifica tercer caudal sobre neumático ......................... 43 
Grafica 12. Curva de fuerza especifica tercer caudal sobre neumático ........................... 43 
 Anexos 
XI 
 
Anexo 1. Plano del diseño de la red del sistema de alcantarillado pluvial ........................... 
Anexo 2. Planos del disipador escalonado ........................................................................... 
Anexo 3. Planos del modelo a escala del disipador escalonado ........................................... 
Anexo 4. Graficas de los resultados ..................................................................................... 
 
1. Introducción 
Debido a la necesidad que se tiene de evacuar el agua proveniente de la escorrentía 
superficial, nos vemos obligados a diseñar y construir sistemas de evacuación los cuales puedan 
conducirlas y disponerlas a un cuerpo de agua. Al integrar estos sistemas a la vida cotidiana se 
corre peligro de que estas estructuras en algún momento puedan colapsar debido a la cantidad de 
energía con la que se puede transportar el agua y hacer daño a las estructuras por esta razón se 
plantean diferentes formas que permitan mitigar el daño que se puede producir, como lo son los 
disipadores de energía, vórtice, bandejas y escalonado. 
En este proyecto se va a comparar la eficiencia hidráulica de un disipador de energía 
escalonado, a escala, el cual está basado en el ubicado en la calle 13 Acacias – Meta. Probando 
este principalmente con superficie de impacto en concreto y después pues evaluarlo con un 
recubrimiento que será llanta usada, variando así, caudal y material. 
Con el proyecto se busca un método el cual reduzca los costos de construcción de 
sistemas de disipación de energía, además de lo anterior, que sea estructuralmente viable, 
haciendo que los impactos del agua sean con menor intensidad ahorrando así también, costos en 
el mantenimiento o reparación a la estructura. Aparte de lo anterior, al implementar llanta usada 
generara un impacto positivo en el medio ambiente, ya que esta llanta que puede estar siendo 
producto contaminante, se le van a realizar un tratamiento para adecuarla a esta estructura y así 
12 
 
ayudar a la construcción de disipadores y que ayude también, a la reducción de la energía del 
agua. 
 
 
 
2. Planteamiento del problema 
2.1 Descripción del problema 
El abastecimiento de un recurso fundamental como el agua ha hecho que la planeación 
urbana se desarrolle de forma que acceder a dicho recurso sea fácil y rápida, la ingeniería civil 
por medio de técnicas hidráulicas ha facilitado esta labor, implementado en municipios y grandes 
ciudades sistemas de abastecimiento de agua potable, la cual, va dar a los habitantes de 
determinada comunidad calidad de vida. 
Así como se ha logrado acceso al recurso hídrico, y la misma urbanización ha hecho que 
los volúmenes de agua lluvia que escurren superficialmente aumenten debido a la 
impermeabilidad del concreto y el pavimento. Por esta razón es que se ha querido implementar 
sistemas que permitan la evacuación de estas aguas que pueden llegar a generar enfermedades y 
así mismo generar un beneficio conduciendo el agua pluvial a cuerpos de agua y así conservar el 
caudal y la integridad del cuerpo. 
Unos de los principales problemas presentes en los sistemas de alcantarillados pluviales 
es el de la erosión en los pozos de inspección, generada por la alta precipitación que se presentan 
en algunas zonas y la gran cantidad de energía con la que llega el agua a este punto, dañando así 
la estructura y provocando que el agua se filtre y genere problemas en el funcionamiento del 
sistema, por lo cual se pueden producir problemas de salud pública por la falta de control en las 
13 
 
aguas pluviales que por el sistema fluyen. Controlando la integridad de las estructuras con 
sistemas como el cual aquí se va a tratar se lograra la mitigación de esos problemas de salud 
pública. 
Además del problema hidráulico mencionado, también por el aumento en la industria, 
automovilística principalmente, se generan gran cantidad de desecho, en este caso la llanta. Se ha 
visto el incremento en el uso de este material reciclado por eso se ha venido regulando en la 
resolución 6981 de 2011, pero poco se ha visto en el área de alcantarillados, generándose así 
múltiples inconvenientes en estos sistemas. El uso del neumático usado ayudar al medio 
ambiente, dándole un uso a estos desperdicios generados por esta industria. 
En este proyecto se buscará comparar la energía disipada entre uno de los sistemas 
convencionales de alcantarillado pluvial, escalonado, y el mismo sistema, pero con un 
recubrimiento en neumático, para así conocer si es realmente útil el material a emplear en un 
sistema de alcantarillado y así preservar la integridad, durabilidad y correcto funcionamiento del 
sistema. 
2.2 Formulación del problema 
¿Cuál es la influencia de un material reciclado (neumático usado) en el estudio de la 
disipación de energía en el alcantarillado pluvialescalonado ubicado sobre la calle 13 en el 
municipio de acacias - meta? 
2.3 Justificación del problema 
El mal manejo de las aguas pluviales es un evidente problema de salud pública, y esto se 
debe a que según datos de la organización mundial de la salud (OMS) el 10% de la población en 
el mundo consume sus alimentos tratados con aguas empozadas sin tratar, produciéndose así 280 
14 
 
000 muertes por mal manejo de aguas lluvias y falta de adecuados sistemas de acueductos y 
alcantarillados. 
Todos los municipios a nivel nacional están obligados a tener entre sus planes de 
desarrollo un plan maestro de acueductos y alcantarillados, en el cual se debe diseñar un plan de 
inversión a largo plazo, pero que según la Unicef el 75% de los municipios no hacen mención a 
este plan dentro de sus planes de desarrollo. 
Los departamentos y municipios del país están obligados a prestar un servicio eficiente de 
alcantarillado que llegue a la totalidad de la población y es necesario que esto se cumpla para 
garantizar la eliminación de aguas residuales y tener así un ambiente seguro y sano. Sabiendo 
que no todos los municipios del país reportan en sus planes de desarrollo cobertura de 
alcantarillado, solo el 51% lo hace, no todos tienen una cobertura total, es decir, rural y urbana, 
solo el 21% reportan una cobertura rural. 
Uniéndose al problema de falta de cobertura de alcantarillados a nivel nacional, se suma 
que no todos están en correcto funcionamiento, se sabe por datos de la Unicef que solo el 16% de 
los municipios que cuentan con sistemas de alcantarillados reportan el estado de estos, sabiendo 
así que de estos municipios que reportan el 13% tienen un sistema bueno, 29% regular, 32% 
malo y 26% obsoleto. Sabiendo así que en Colombia se cuenta con un grave problema en manejo 
de aguas residuales. 
Además del problema ya mencionado, está la gran cantidad de vehículos en Colombia 
generando desperdicios y contaminación, entre ellos, el neumático usado. Según el Runt se 
estima que en Colombia hay 12´485.306 entre vehículos, motos, camines y maquinaria. En 2015 
salieron en Colombia 5.3 millones de llantas a la venta en Colombia, las cuales una vez cumplido 
15 
 
su ciclo de vida pueden ser arrojadas en calles, parques o ríos donde pueden generar 
contaminación, sabiendo que el 72% de las llantas terminan en un relleno sanitario. 
Conociendo todos los problemas ya mencionados hay que implementar medidas que 
protejan los sistemas de alcantarillados y el medio ambiente, evaluando un sistema de disipación 
de energía con llanta reciclada que permita así conservar la eficiencia y correcto funcionamiento 
de los alcantarillados y darle un uso adecuado a los neumáticos para que no sea un factor 
contaminante. Además de ayudar de a mitigar problemas de salud pública y dar un avance 
académico en ingeniería hidráulica, siendo así novedoso el uso de la llanta como un 
complemento que ayudara a la disipación de energía, conservando así la integridad del sistema y 
generara un impacto positivo al medio ambiente. 
Para el caso específico del disipador ubicado en la calle 13 de Acacias Meta, se encontró 
un problema de erosión en el concreto causado por la energía que lleva el agua, que hace que 
este se vea perjudicado en la integridad del mismo, es por esto que se eligió este sistema. 
2.4 Delimitación 
Este trabajo de investigación tiene como fin comparar la eficiencia hidráulica entre un 
disipador escalonado, y uno el cual se le implementara llanta usada, para esto se construirá un 
modelo físico a escala del alcantarillado pluvial sobre la calle 13 en el municipio de acacias – 
meta, que nos permita ver el comportamiento hidráulico con los dos sistemas y así comparar los 
resultados de disipación. 
16 
 
3 Objetivos 
3.1 General 
Determinar la eficiencia hidráulica de un disipador de energía de escalonado, comparado 
con un material reciclado en el alcantarillado pluvial sobre la calle 13 en el municipio de acacias 
– meta, mediante de un modelo físico. 
3.2 Específicos 
Hacer una revisión bibliográfica con el fin de reforzar el conocimiento obtenido durante 
la carrera y prediseñar un modelo físico, usando para eso las ecuaciones estudiadas en la revisión 
bibliográfica. 
 Construir el modelo físico prediseñado, el cual represente a escala un modelo disipador 
de energía común del alcantarillado pluvial sobre la calle 13 en el municipio de acacias – meta 
 Evaluar el modelo en condiciones de intemperie, en las cuales se puede simular 
condiciones que afecten la viscosidad del agua como la viscosidad. 
 Evaluar el sistema, fluyendo agua con una viscosidad similar al agua pluvial pero sin 
tener en cuento los efectos de los sedimentos. 
 Comparar los datos obtenidos entre el sistema sin material reciclado y el sistema con 
materia reciclado. 
4 Marco de referencia 
4.1 Antecedentes teóricos 
En la Universidad San Francisco de Quito se realizó una tesis de (Villanueva Hoyos, 
2009) donde se muestra el desarrollo de un modelo hidráulico a escala reducida de un vertedero a 
vórtice, estudiando los factores que afectan el comportamiento hidráulico de un disipador de 
17 
 
energía tipo vórtice, empleando un modelo según (Villanueva Hoyos, 2009) “para poder apreciar 
a los flujos de una manera tridimensional.[…] Los modelos hidráulicos permiten la 
observación y la variación de una manera sencilla de diversas condiciones de diseño y 
operación. lo mejor del uso de modelos hidráulicos es que se pueden controlar y describir casi 
por completo los fenómenos relacionados con la naturaleza, cosa que es muy complicada 
mediante el uso único de fórmulas matemáticas.” 
En la Universidad de los Andes de Colombia se realizó una tesis de (Álvarez R., 2007), 
donde se muestra el diseño de cámaras de quiebre en alcantarillados de alta pendiente, que 
permite conocer según (Álvarez R., 2007) “recomendaciones constructivas y observaciones 
referentes a cámaras de quiebre en alcantarillados” y luego de recopilar y clasificar la 
información sobre estas metodologías de diseño, analizar las ventajas y desventajas de cada tipo 
de cámara teniendo en cuenta parámetros económicos, técnicos y constructivos. 
En la Universidad de La Salle se realizó una investigación de (Velandia, Rangel, & 
Sánchez, 2015) sobre la modelación hidráulica de gradas escalonadas con pantallas como 
estructura de disipación y amortiguamiento, para el manejo de flujos con grandes energías que 
pueden ser perjudiciales para las estructuras que se encuentren en su cauce, según (Velandia, 
Rangel, & Sánchez, 2015), “Para manejar estos caudales, una propuesta considera la 
construcción de canalizaciones y estructuras especiales que garanticen la conducción de la 
escorrentía de forma segura y con bajos impactos ambientales.” 
En la universidad central de quito se realizó una tesis de (Del Toro Ávila, 2013) sobre 
bases y criterios de diseño de canales con flujo escalonado y sujetos a aireación natural, donde 
según (Del Toro Ávila, 2013) el “trabajo aborda los métodos para el cálculo y diseño de rápidas 
escalonadas sujetas a aireación natural.[…] Se han comparado además los métodos y 
18 
 
recomendaciones y se han unificado para lograr una mayor precisión de resultados y una 
adecuada disipación de energía al final del canal.” 
En la Universidad de La Salle se realizó una investigación donde (Ayala, 2008) como se 
cita en (Velandia, Rangel, & Sánchez, 2015) “da a conocer un modelo experimental de 
disipación de energía la cual es una estructura en gaviones en donde realiza los estudios 
necesarios y da algunas recomendaciones de diseño para la ejecución del mismo y permite 
conocer una comparación entre la estructura de gaviones y las escalonadas de construcción 
común en las cuales se hace una comparación cualitativa y cuantitativa, deformación y factores 
que afectan la resistencia de las estructuras,lo cuales es muy útil para esta investigación ya que 
tenemos un paramento de comparación del disipador escalonado en concreto y su escala la cual 
se trabajó.” 
4.2 Marco teórico 
4.2.1 Tipos de Flujo: Esta clasificación se hace de acuerdo al tiempo y espacio respecto 
a la profundidad del flujo: 
Flujo permanente: Es el flujo donde la profundidad de flujo no cambia respecto a la 
variación del tiempo 
Flujo no permanente: Es el flujo donde existe un cambio de la profundidad respecto a la 
variación del tiempo. Generalmente se observa en crecientes. 
Flujo uniforme: Tiene como criterio el espacio. Se dice que el flujo es uniforme si la 
profundidad es la misma en cada sección. Un flujo uniforme puede ser permanente o no 
permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. (CHOW, 1998, p. 5) 
Flujo variado: Es el flujo en el cual la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. 
Además puede ser rápidamente variado o gradualmente variado. 
19 
 
4.2.2 Régimen de Flujo: Es una clasificación que es determinada por el efecto de la 
gravedad donde la relación está dada por el número de Froude, definido como: 
 
Dónde: 
V Velocidad media de flujo 
g Gravedad 
L Profundidad hidráulica 
 
 
Al hallar el número de Froude se determina el estado del flujo el cual es: 
Crítico F=1 
SubCrítico F<1 
SuperCrítico F>1 
En la mecánica de las ondas de agua, la velocidad crítica es igual a la celeridad de 
pequeñas ondas gravitacionales que pueden ocurrir en aguas poco profundas en canales como 
resultado de cualquier cambio momentáneo en la profundidad local del agua. (CHOW, 1998, p. 
13) 
4.2.3 Energía del Flujo: La energía que se presenta en canales abiertos y en tuberías de 
alcantarillado, es la suma de la energía potencial, de presión y cinética, además de las pérdidas 
que se consideran despreciables, representada en la siguiente ecuación: 
 
Dónde: 
20 
 
Ywi Produndidad de la sección i 
Zi Elevación en metros con respecto a un Datum de la sección i 
Vi Velocidad de la sección i 
g Gravedad 
αi Coeficiente de Coriolis de la sección i 
 
El coeficiente de Coriolis es un factor que existe debido a la distribución no uniforme de 
velocidades en la sección un canal, el cual se obtiene: 
 
Dónde: 
Vh Componente vertical de la velocidad a una profundidad h 
dA Diferencial de área correspondiente a la velocidad Vh 
V Velocidad media 
A Área total 
 
4.2.4 Energía Específica: La energía específica en una sección de canal se define como 
la energía por libra de agua en cualquier sección de un canal medida con respecto al fondo de 
éste. (CHOW, 1998) 
Esta energía se halla con la siguiente ecuación: 
 
21 
 
 
4.2.5 Fuerzas de arrastre y esfuerzo cortante: 
En los alcantarillados se presenta un fluido mezclado con materia orgánica y solidos 
suspendidos. 
La capacidad de transporte de agua, depende de la velocidad del fluido; cuando la 
velocidad es alta, el fluido tiene gran capacidad de transportar materiales; cuando la velocidad es 
baja, se disminuye la capacidad de transporte y los materiales suspendidos en el flujo se 
depositan en la tubería. (Chanson, 2002) 
El fluido también ejerce un esfuerzo cortante sobre la pared de la tubería que es 
proporcional a la velocidad, determinado con la siguiente ecuación: 
 
 
Dónde: 
V Velocidad mínima real a tubo lleno para condiciones iniciales 
ρ Densidad del agua residual 
ƒ Factor de fricción en el lecho de la tubería 
4.2.6 Resalto hidráulico: Es un cambio abrupto en la profundidad del agua que se 
presenta en un canal abierto debido a la presencia de un obstáculo en la trayectoria del flujo. 
22 
 
Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un 
cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a suscritico. Es decir que la transición de 
este flujo se conoce como resalto hidráulico, siendo una región de flujo de variación rápida. 
(Villamil Paredes, 2013) 
Los resaltos hidráulicos se utilizan para disipar la energía del flujo aguas debajo de 
estructuras de flujo supercríticos ejemplo en vertederos. La selección de un resalto fuerte 
requiere un cuidadoso análisis de los riesgos de erosión del lecho. (Chanson, 2002) El resalto 
obedece a la siguiente ecuación: 
 
Dónde: 
F1 Froude antes del resalto 
Y1 Profundidad antes del resalto 
Y2 Profundidad después del resalto 
 
4.2.7 Tipos de resalto hidráulico: Los resaltos hidráulicos se pueden clasificar por el 
valor de Froude antes del resalto, que determinará su forma. 
•No hay resalto: F1=1, el flujo es crítico y no se forma el resalto. 
• Resalto ondulante: 1<F1< 1.7, la superficie del agua muestra ondulaciones 
• Resalto débil: 1.7<F1<2.5, se desarrolla una serie de remolinos sobre la superficie 
del resalto, pero aguas abajo la lámina es muy uniforme. La pérdida de energía es baja. 
• Resalto Oscilante: 2.5<F1<4.5, existe un chorro que entra desde el fondo del resalto 
hasta la superficie. Cada oscilación produce una onda grande con periodo irregular. 
23 
 
• Resalto estable: 4.5<F1<9, la extremidad de aguas abajo del remolido superficial 
y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurren 
prácticamente en la misma sección vertical. La disipación de energía varía entre 45% y 70%. 
• Resalto fuerte: F1>9, el chorro de alta velocidad choca con paquetes de 
agua intermitentes que discurren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del resalto, 
generando oscilaciones hacia aguas abajo, y puede prevalecer una superficie rugosa. La 
acción del resalto es brusca pero efectiva debido a que la disipación de energía puede 
alcanzar un 85%. 
La relación entre la energía específica y el resalto hidráulico se ve explicada en la 
siguiente gráfica: 
 
Figura 2. Curva de energía específica, resalto hidráulico y curva de fuerza especifica. 
CHOW, V. T. (1998). Hidráulica de canales 
4.2.8 Características de un resalto hidráulico: 
Pérdida de energía: Es la diferencia de energías antes y después del resalto. 
 
24 
 
Eficiencia: Relación de las energías antes y después del resalto. 
 
Altura del resalto: Diferencia de alturas antes y después del resalto. 
 
4.2.9 Cámaras de caída: 
Las cámaras de caída son estructuras de conexión usualmente construidas en zonas 
con alta pendiente longitudinal, en las cuales no es posible cumplir con las velocidades 
máximas permitidas de aproximación a la estructura. En este caso la función principal de estas 
estructuras es dirigir el flujo, disipar una importante cantidad de energía en el flujo y proteger la 
estructura contra impactos en las paredes para mantener su estabilidad estructural. (Reglamento 
Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000) 
 
Figura 3. Cámara de caída. Saldarriaga, J., & Álvarez, H. (2008). Cámaras de Quiebre en 
Sistemas de Alcantarillado con Alta Caída. 
25 
 
4.2.10 Tipos de cámaras de caída: Existen varios tipos de cámaras de caída 
contempladas en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico 
colombiano, las cuales son: 
Cámara de pasos escalonados: Es una estructura que posee escalones como medio de 
disipación de energía, la cual posee un doble acceso, en la parte superior y en la parte inferior de 
la sucesión de escalones. La pendiente longitudinal máxima para este tipo de estructuras es de 
67°. (Chanson, 2002) 
 
 
Figura 4. Cámara de caída escalonada. Norma ATV A 241 (1994). 
 
26 
 
Cuando hay un caudal pequeño sobre la estructura, el flujo corre de un escalón a otro 
como una sucesión de cascadas pequeñas, esta condición se le denomina flujo saltante. 
(Chanson, 2002) 
Cámara de caída con estructurade bandejas: Es una estructura que posee una serie de 
plataformas colocadas alternamente en la distribución del pozo, dejando libre un costado para el 
acceso al mantenimiento. 
 
Figura 5. Cámara de caída con estructura de bandejas. Reglamento Técnico del Sector de 
Agua Potable y Saneamiento Básico. (2000). 
 
Cuando se presentan caudales pequeños existe disipación de energía por caída libre entre 
bandejas, aunque hay que tener consideración a caudales grandes puesto que el flujo puede 
impactar con la pared opuesta del pozo, generando erosión. 
27 
 
Cámara de caída tipo vórtice: La cámara de vórtice está compuesta por tres partes 
principales. En primer lugar el conducto de entrada y cámara de vorticidad; en segundo lugar el 
conducto vertical y en tercer lugar el conducto de salida. La cámara de vorticidad puede ser 
tangencial o espiral; en cuanto a su alineamiento vertical pueden ser planas o inclinadas. 
(Saldarriaga & Álvarez, 2008) 
 
 
Figura 6. Cámara de caída tipo vórtice. Saldarriaga, J., & Álvarez, H. (2008). Cámaras 
de Quiebre en Sistemas de Alcantarillado con Alta Caída. 
En las cámaras de quiebre de vórtice, el fenómeno de disipación de energía ocurre debido 
a la constante fricción del flujo con la pared de la estructura, entre más alta es la relación de la 
longitud con respecto al diámetro, se disipa más energía. (Saldarriaga & Álvarez, 2008) 
4.3 Marco Conceptual 
4.3.1 Erosión: La erosión se define como, el conjunto de procesos físicos de desalojo, 
transporte y depósito de materiales, ejercidos por diversos agentes: agua, viento y organismos 
vivos (el hombre y los animales) sobre la superficie terrestre, con un grado de intensidad 
28 
 
variable. (MONTERO OLARTE, 1998, p. 1) En alcantarillados se puede dar en la estructura de 
concreto por la gran cantidad de energía debido a la velocidad del flujo o especialmente a una 
caída en un pozo de inspección 
4.3.2 Disipador de energía: Es una estructura que permite disminuir la velocidad del 
flujo haciendo que su energía cinética disminuya. La disipación de la energía cinética puede 
lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generación de resalto hidráulico, impacto o 
incremento de la rugosidad. (Reynoso, Menes, Martínez, & Martínez, 2012). 
4.3.3 Pozo de Inspección: Es una estructura utilizada en alcantarillados la cual es usada 
principalmente para hacer mantenimientos en las tuberías, su objetivo principal es cambiar la 
dirección, Añadir conexiones a la red, y cambiar la altura y/o pendiente de la red de tuberías, 
puesto que en alcantarillados no se trabaja con accesorios. Generalmente es una “estructura de 
ladrillo, concreto o PVC de forma cilíndrica que remata generalmente en su parte superior en 
forma de tronco de cono, con tapa removible para permitir la ventilación, el acceso a los 
colectores, y el mantenimiento de los colectores.” (Manual de especificaciones técnicas de 
diseño y construcción de parques y escenarios públicos de Bogotá D.C, s.f.) 
4.3.4 Dimensiones básicas de un pozo de Inspección: 
El diámetro interno del pozo de inspección debe ser siempre de 1.20 m. El espesor de la 
pared debe ser de 0.25 m cuando la profundidad del pozo, medida desde la rasante hasta la batea 
de la tubería más baja sea menor o igual a 4 metros y de 0.37 metros para profundidades entre 4 
m y menores o iguales a 7 m. La parte inferior del pozo de inspección consiste en una placa 
circular de concreto reforzado con resistencia a la compresión de 28 MPa (280kg/cm²) y tamaño 
máximo de agregado de 19mm (3/4”) y una retícula de refuerzo constituida por barras de acero 
de resistencia de 420 MPa (4200kg/cm²), espaciado uniformemente cada 0.15 m en ambos 
29 
 
sentidos. (Manual de especificaciones técnicas de diseño y construcción de parques y escenarios 
públicos de Bogotá D.C, s.f.) Entre otras especificaciones no dispuestas debido a que este 
proyecto no contempla las paredes ni la tapa del pozo. 
4.3.5 Caucho: Sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elasticidad, 
repelencia al agua y resistencia eléctrica. (Cardozo Cañizales, 2012) 
4.3.6 Neumático: Es la cubierta utilizada en las ruedas de los vehículos hecha 
principalmente de caucho. “Una de las características básicas del neumático es la elasticidad, que 
es la responsable de que el neumático pueda soportar los enormes esfuerzos […] También la 
durabilidad, que garantice que el neumático será capaz de realizar sus funciones” 
(CirculaSeguro, 2012) 
 
4.3.7 Características del neumático: 
 
Figura 7. Sección Transversal de un neumático radial. Tomado de: 
http://esmx.coopertire.com/Tire-Safety/Tire-Maintenance/Tire-Tread.aspx 
Las partes de un neumático radial son las siguientes, de las cuales se explicaran las que 
posiblemente se utilizarán en los disipadores de energía. 
30 
 
Banda de rodamiento: Es la parte que entra en contacto con el camino cuya función es 
la de generar fricción para controlar el vehículo de manera efectiva. 
La banda de rodamiento también permite la salida del agua por debajo de la llanta, lo cual 
reduce el "hidroplaneo". Cuando ocurre este fenómeno el auto de hecho marcha sobre una capa 
de agua, lo cual pone en peligro la conducción y detención del vehículo. (Coopertire, s.f.) 
Cinturón (Estabilizador). 
 Capa radial. 
Costado (Pared). 
Sellante. 
Relleno. 
Refuerzo de la ceja (talón) 
Ribete 
Talón 
4.3.8 Principios de similitud: El empleo de modelos en el ambiente del laboratorio para 
la solución de problemas de ingeniería hidráulica requiere un entendimiento claro y preciso de 
los principios de similitud se tiene 3 puntos de vista distintos. (French, 1988) 
Similitud geométrica: Dos objetos son geométricamente similares si las razones de sus 
dimensiones correspondientes son iguales. Por esto este principio se basa en la similitud de 
forma. (French, 1988) 
Similitud cinemática: Dos movimientos son cinematicamente similares a) los patrones o 
trayectorias del movimiento son geométricamente similares y b) las razones de las velocidades 
de las partículas involucradas en los dos movimientos son iguales. (French, 1988) 
31 
 
Similitud dinámica: Dos movimientos son dinámicamente similares si a) la razón de las 
masas de los objetos involucrados son iguales y b) las razones de las fuerzas que afectan el 
movimiento son iguales. (French, 1988) 
4.3.9 Condiciones de similitud: 
“El principio de similitud consiste en aceptar que las conclusiones obtenidas del análisis 
de un fenómeno son aplicables a otro fenómeno […]Las condiciones de la similitud que se 
utilizan en los modelos hidráulicos, se obtienen a partir de los números de Reynolds y Froude.” 
(Villanueva Hoyos, 2009) 
4.3.10 Similitud de Reynolds: La similitud de Reynolds se utilizará cuando se estudian 
flujos confinados: flujo en tuberías, arrastre de cuerpos sumergidos, estudio de capa límite, 
desplazamientos de submarinos, flujos en conductos cerrados a presión, sustentación, arrastre en 
estructuras sumergidas. (Escuela de Ingeniería de Antioquia, s.f.) Se debe cumplir que el número 
de Reynolds en el prototipo y del modelo sean iguales. 
4.3.11 Similitud de Froude: Se utiliza la similitud de Froude cuando el flujo es 
característico a superficie libre, como en el caso de vertederos, embalses, playas, mareas, bahías, 
canales, ríos, quebradas, llanuras de inundación, estructuras de control de niveles, captaciones, 
desarenadores, compuertas, esclusas. (Escuela de Ingeniería de Antioquia, s.f.) Se debe cumplir 
que el número de Reynolds en el prototipo y del modelo sean iguales. 
4.3.12 Escala: 
El termino escala es proveniente del latín Scala, es básicamente la sucesión ordenada de 
un conjunto de términos de una misma calidad. La escala de una unidad refiere a la medida que 
se debe tomar en cuenta a la hora de reducir o ampliar algo para que su representación física o 
dibujada sea más fácil de interpretar.(ConceptoDefinicion, 2011) 
32 
 
Los efectos de escala pueden definirse como las distorsiones introducidas por factores 
como viscosidad, tensión superficial, diferentes del que predomina como la gravedad. 
Estos ocurren cuando uno o más de los parámetros a dimensionales son diferentes entre el 
modelo y el prototipo. (Villanueva Hoyos, 2009) 
4.3.13 Modelo Hidráulico: En hidráulica, el término modelo corresponde a un sistema 
que simula un objeto real llamado prototipo, mediante la entrada de cierta información se 
procesa y se presenta adecuada para emplearse en el diseño y operación de obras de ingeniería 
civil. (Vergara Sánchez, 1992) 
4.3.14 Tipos de Modelos Hidráulicos: Existen dos tipos de modelos definidos por su 
frontera, llamados modelos de fondo fijo o móvil. 
Modelos de fondo fijo: Se emplean para reproducir fenómenos en donde la variación de 
niveles y las velocidades de flujo son determinantes. (Vergara Sánchez, 1992) 
Modelos de fondo móvil: Se emplean para estudiar los problemas relacionados con la 
estabilización de cauces de ríos o canales y playas. (Vergara Sánchez, 1992) 
5 Metodología 
5.1 Primera Fase: Revisión bibliográfica. 
Se partió por realizar la revisión bibliográfica, que permitió conocer el diseño de disipadores de 
energía en alcantarillados y de la construcción de un modelo que permita representar este 
fenómeno, utilizando un material reciclado (Neumático). Además, se estudiaron todos los temas 
referentes a hidráulica para poder tener todos los conceptos adecuados para para posterior 
construcción del modelo. Todo con el fin de poder realizar un prediseño del modelo a escala del 
alcantarillado escalonado a estudiar. 
33 
 
5.2 Segunda Fase: Construcción del modelo físico de un disipador de energía en 
alcantarillados. 
Se construyó un modelo físico donde se puedo representar el alcantarillado pluvial escalonado 
sobre la calle 13 en el municipio de acacias - meta, donde lo primero que se hizo fue una visita 
para hacer reconocimiento de la zona, tomar medidas de pendiente huella y contra huella de los 
escalones del disipador. 
Para la construcción del modelo basado en el ubicado sobre la calle 13 en el municipio de 
acacias - meta, se usó una escala vertical de 1:2, para las dimensiones de largo y ancho se usó 
una escala de 1:3, esto con el fin de que se pudiera ver la disipación de forma correcta al no 
disminuir mucho sus medidas. Se empezó con la construcción de unas bases en aluminio las 
cuales fueron soldadas para darle forma y estabilidad al modelo. Sobre dicha base se puso una 
formaleta en tabla de modo que estas adoptaran la pendiente y la forma inferior necesaria para el 
ensayo del modelo, para la formaleta horizontal se usó un acrílico, este con el fin de que se 
pudiera ver con facilidad la altura de la lámina de agua cuando el modelo este puesto en marcha, 
además de lo anterior se puso formaleta en tabla en todas las contrahuellas de los escalones para 
que se le pudiera dar la forma horizontal necesaria. El modelo fue construido con concreto de 
4000 Psi de 5 cm de espesor, dentro de este se ubicaba una malla electrosoldada de 4 mm de 
espesor. Para el montaje se usó un tanque de 1000 L y una bomba impulsora de 7.5 HP las cuales 
abastecieron de agua el modelo. Después de ensayado el modelo con superficie de impacto en 
concreto, se usó una superficie de impacto en tableta ripio (hechas en base de neumático usado) 
de espesor de 1cm 
 
 
34 
 
5.3 Tercera Fase: Evaluación del sistema hidráulico. 
Para la toma de datos se ensayaron 3 caudales conocidos los cuales se obtuvieron por medio de 
aforos, esto con el fin de que la altura de lámina fuera evidente en todos los casos, después de 
esto se ensayara los mismos caudales, pero con superficie de impacto en tableta de neumático 
usado. 
5.4 Localización. 
Para este proyecto se tomó como referencia el canal ubicado sobre la calle 13 en el municipio de 
acacias - meta, 
 
Imagen 1. Ubicación pozo de inspección. Tomado de: Google Maps 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
5.4.1 Registro fotográfico 
 
Imagen 2. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias – Meta. Fuente Propia. 
 
Imagen 3. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias – Meta. Fuente Propia. 
 
36 
 
 
Imagen 4. Salida del sistema de alcantarillado pluvial en Acacias – Meta. Fuente Propia. 
 
 
5.5 Medidas disipador de energía escalonado 
En las siguientes imágenes se mostrara las medidas de diseño del disipador 
 
37 
 
Figura 7. Plano en planta del disipador de energía escalonado (medidas en metros). 
Fuente EDESA S.A. 
 
Figura 8. Plano de corte longitudinal en corte A-A del disipador de energía escalonado 
(medidas en metros). Fuente EDESA S.A. 
 
38 
 
Figura 9. Plano de corte transversal en corte B-B del disipador de energía escalonado 
(medidas en metros). Fuente EDESA S.A. 
 
5.6 Diseño de caudal 
El caudal de diseñó del pozo correspondiente al P144, el cual es el modelo utilizado para ser 
escalado en este proyecto, se obtuvo a partir del diseño total de la red de alcantarillado pluvial 
utilizando áreas aferentes a la recolección de aguas lluvia. Este Caudal se muestra en las 
siguientes tablas, el cual es de 5368.25 L/s. Para un periodo de Retorno de 50 años. Ver anexo 1 
(Plano del diseño de la red del sistema de alcantarillado pluvial) 
Tc inicial = 15 min 
n = 0,010 
 
Grado de Protección 50 años 
 
 
AREAS 
AFERENTES
DE A Parcial C D A C Sum AxC A total C Tc total D Tc
2 3 4 5 6 7 8 9 10
3 P146 P133 1,78 0,75 0,000 0,75 1,3350 1,780 0,75 15,00 0,46
4 P133 P134 1,09 0,75 4,110 0,75 3,9000 5,200 0,75 16,20 0,61
5 P134 P135 1,20 0,75 5,200 0,75 4,8000 6,400 0,75 16,80 0,67
6 P147 P135 2,58 0,75 0,000 0,75 1,9350 2,580 0,75 15,00 0,63
7 P135 P136 1,25 0,75 8,980 0,75 7,6725 10,230 0,75 17,50 0,47
8 P136 P137 0,57 0,75 10,230 0,75 8,1000 10,800 0,75 18,00 0,43
9 P137 P138 0,67 0,75 10,800 0,75 8,6025 11,470 0,75 18,40 0,39
10 P148 P138 5,12 0,75 0,000 0,75 3,8400 5,120 0,75 15,00 0,59
11 P138 P139 0,75 0,75 16,590 0,75 13,0050 17,340 0,75 18,80 0,34
12 P139 P140 1,88 0,75 17,340 0,75 14,4150 19,220 0,75 19,10 0,34
13 P140 P141 0,63 0,75 19,220 0,75 14,8875 19,850 0,75 19,40 0,40
14 P141 P142 2,16 0,75 19,850 0,75 16,5075 22,010 0,75 19,80 0,39
15 P142 P143 0,54 0,75 22,010 0,75 16,9125 22,550 0,75 20,20 0,10
16 P143 P144 0,00 0,75 22,550 0,75 16,9125 22,550 0,75 20,30 0,07
17 P144 P145 0,00 0,75 22,550 0,75 16,9125 22,550 0,75 20,40 0,11
18 P145 Descole 0,00 0,75 22,550 0,75 16,9125 22,550 0,75 20,50 0,01
Calculo del Coeficiente de Escorrentia
1
Tc (min)POZO
TRAMO
39 
 
 
 
 
 
 
(m) (") (") (m)
11 12 13 14 15 16 17 18 24 25 26 27 28 29
139,24 516,76 101,78 2,46% 0,430 16,930 18 0,4572 606,61 3,69 0,85 1,001 0,791 3,69
133,67 1449,26 108,67 0,70% 0,800 31,500 33 0,8382 1629,67 2,95 0,89 1,015 0,820 2,99
130,89 1746,54 112,13 0,52% 0,910 35,830 36 0,9144 1767,55 2,69 0,99 1,040 0,900 2,80
139,24 749,02 106,01 0,92% 0,600 23,620 24 0,6096 797,36 2,73 0,94 1,030 0,860 2,81
127,64 2722,45 105,61 0,85% 0,980 38,580 39 0,9906 2808,57 3,64 0,97 1,038 0,884 3,78
125,32 2821,88 103,82 0,97% 0,970 38,190 39 0,9906 3000,80 3,89 0,94 1,030 0,860 4,01
123,46 2952,54 105,57 1,27% 0,940 37,010 39 0,9906 3427,67 4,45 0,86 1,005 0,798 4,47
139,24 1486,42 107,61 0,72% 0,800 31,500 33 0,8382 1659,09 3,01 0,90 1,018 0,826 3,06
121,60 4396,44 106,75 1,43% 1,060 41,730 42 1,0668 4438,17 4,97 0,99 1,040 0,900 5,17
120,21 4817,31 106,13 1,37% 1,110 43,700 45 1,143 5208,46 5,08 0,92 1,024 0,843 5,20
118,82 4917,58 106,24 0,88% 1,210 47,640 48 1,2192 4978,61 4,26 0,99 1,040 0,900 4,43
116,96 5367,50 112,13 1,05% 1,210 47,640 48 1,2192 5429,60 4,65 0,99 1,040 0,900 4,84
115,11 5411,90 28,75 1,11% 1,210 47,640 48 1,2192 5583,98 4,78 0,97 1,038 0,884 4,96
114,64 5390,08 21,53 1,35% 1,160 45,670 48 1,2192 6142,78 5,26 0,88 1,011 0,813 5,32
114,18 5368,25 43,172,29% 1,050 41,340 48 1,2192 8015,20 6,87 0,67 0,931 0,672 6,40
113,71 5346,43 4,20 2,62% 1,020 40,160 48 1,2192 8565,63 7,34 0,62 0,908 0,639 6,66
Q/QIIL (m)
VII 
(m/s)
d/D
Dc
V 
(m/s)
V/VIII (mm/Hora) Q (L/s) S (%)
Diametro
QII (L/s)
De A De A De A De A De A
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
0,03 0,36 0,815 0,373 1,93 0,39 526,94 524,64 525,40 522,90 524,94 522,44 525,33 522,83 1,54 1,74
0,03 0,69 0,892 0,748 1,10 0,72 524,64 525,31 523,16 522,40 522,32 521,56 523,04 522,28 1,48 2,91
0,04 0,82 1,265 1,157 0,83 0,86 525,31 524,28 522,47 521,89 521,56 520,98 522,42 521,84 2,84 2,39
0,04 0,52 1,027 0,626 1,13 0,56 524,30 524,28 522,71 521,74 522,10 521,13 522,66 521,69 1,59 2,54
0,04 0,88 1,149 1,138 1,13 0,92 524,28 523,04 521,97 521,07 520,98 520,08 521,90 521,00 2,31 1,97
0,04 0,85 1,027 1,017 1,26 0,89 523,04 521,96 521,06 520,05 520,07 519,06 520,96 519,95 1,98 1,91
0,03 0,79 0,833 0,825 1,57 0,82 521,96 520,02 519,95 518,61 518,96 517,62 519,78 518,44 2,01 1,41
0,03 0,69 0,915 0,767 1,12 0,72 520,30 520,02 518,94 518,16 518,10 517,32 518,82 518,04 1,36 1,86
0,04 0,96 1,265 1,350 1,42 1,00 520,02 518,29 518,39 516,86 517,32 515,79 518,32 516,79 1,63 1,43
0,04 0,96 0,966 1,104 1,58 1,00 518,29 516,69 516,88 515,43 515,74 514,29 516,74 515,29 1,41 1,26
0,04 1,10 1,265 1,542 1,14 1,14 516,69 518,23 515,49 514,55 514,27 513,33 515,41 514,47 1,20 3,68
0,04 1,10 1,265 1,542 1,24 1,14 518,23 518,53 514,53 513,35 513,31 512,13 514,45 513,27 3,70 5,18
0,04 1,08 1,149 1,401 1,34 1,12 518,53 515,81 513,15 512,83 511,93 511,61 513,05 512,73 5,38 2,98
0,03 0,99 0,871 1,062 1,65 1,02 515,81 512,62 511,33 511,04 510,11 509,82 511,13 510,84 4,48 1,58
0,02 0,82 0,595 0,725 2,40 0,84 512,62 508,28 508,04 507,05 506,82 505,83 507,66 506,67 4,58 1,23
0,02 0,78 0,550 0,671 2,60 0,80 508,28 507,77 506,65 506,54 505,43 505,32 506,23 506,12 1,63 1,23
Cota Batea
H (m)
Cota Clave
NF E (m)
Cota Rasante Cota Energia
Profundidad 
Claved (m) H/D
V2/2g 
(m)
40 
 
5.7 Aforo de Caudal 
Se realizó un aforo en el canal ubicado en la calle 13 en acacias meta, donde para realizar este 
experimento se usó un recipiente el cual podía albergar una capacidad de 121 L, para sacar un 
caudal promedio se aforo tres veces y los resultados son los relacionados a continuación: 
Numero Volumen del 
recipiente (L) 
Tiempo 
(S) 
Caudal 
(L/S) 
1 121 3,577 33,827 
2 121 3,408 35,504 
3 121 3,601 33,601 
 
Caudal Promedio: 34,311 
𝑙
𝑆𝑒𝑔
 
 
5.8 Escala de caudal 
Esta escala se puede calcular ya sea como la escala de velocidades por la escala de aéreas (Ayala, 
2010) : 
𝐸𝑄 = 𝐸𝑣 × 𝐸𝑎 = 𝐸𝑙
1
2⁄ × 𝐸𝑙
2 
 
O como la escala de volumen dividida por la escala del tiempo: 
𝐸𝑄 =
𝐸𝑣𝑜𝑙
𝐸𝑡
=
𝐸𝑙
3
𝐸𝑙
1
2⁄
= 𝐸𝑙
5
2⁄ 
 
𝐸𝑞 = 𝐸𝑡
5
2⁄ 
 
 
𝑄𝐸 = 𝑄𝑡 ∗ 𝐸𝑡
5
2⁄ 
Donde: 
QE= Caudal escalado (m
3/seg) 
41 
 
Qr =Caudal real (m
3/seg) 
𝐸𝑡= Escala de 1:3 
 
𝑄𝐸 = (0,034311
𝑚3
𝑆𝑒𝑔
) ∗ (
1
3
)
5
2⁄ 
𝑄𝐸 = 0,0022
𝑚3
𝑆𝑒𝑔
= 2,2
𝑙
𝑆𝑒𝑔
 
 
5.8 Elaboración del modelo 
En el caso de este modelo para el estudio de la disipación de la energía y teniendo en cuenta el 
equipo utilizado, la idea de escalar el caudal a 1:2 o 1:3, que fue la escala utilizada para las 
dimensiones de altura y ancho/profundo correspondientemente en el modelo. 
 
 
Figura 10. Plano de corte longitudinal del modelo a escala propuesto del disipador de 
energía escalonado, Profundidad: 1,06 m (medidas en metros). Fuente propia. 
 
42 
 
 
Luego de tener el plano del modelo se procede a la construcción de este modelo fue necesario 
armar una base en aluminio para que sirviera de soporte de la estructura y pudiera dar forma y 
pendiente a los escalones.
 
Imagen 5 & 6. Construcción formaleta metálica para el modelo. Fuente Propia 
 
Imagen 7. Construcción formaleta metálica para el modelo. Fuente Propia 
 
43 
 
Seguido de la construcción de la base se procede a instalar la formaleta la cual le va a dar la 
forma al concreto y la pendiente al sistema. 
 
 
Imagen 8 & 9. Construcción formaleta metálica para el modelo. Fuente Propia 
Después de la construcción de la formaleta, se prepara una mescla de concreto de 4000 Psi, que 
es agregada junto con la instalación de la malla electrosoldada y se le da forma a los escalones. 
 
 
 
44 
 
 
 
Imagen 10, 11, 12 & 13. Fundida de concreto y formación del modelo. Fuente Propia 
 
45 
 
 
Imagen 14. Modelo Físico encofrado. Fuente Propia 
 
Despues de dejar curar el concreto por 28 dias se va a proceder a hacer el ensayo para los tres 
caudales propuestos en una superficie de impacto en concreto de 4000 Psi 
 
Imagen 15. Modelo físico a prueba. Fuente Propia 
46 
 
 
Despues de ensayar el modelos con los tres caudales propuestos se procede a instalar y ensayar el 
disipador a escala con tabletas fabricadas a base de neumatico usado.
 
 
Imagen 16. Modelo físico con neumático a prueba. Fuente Propia 
 
6. TOMA DE DATOS 
6.1 Aforo de caudal 
Numero Volumen del 
recipiente (L) 
Tiempo 
(S) 
Caudal 
(L/S) 
1 15.52 5.87 2.65 
2 15.52 7.05 2.2 
3 15.52 9.70 1.6 
 
Tabla 1. Toma de datos para hallar caudales. Fuente Propia 
47 
 
6.2 Superficie de impacto en concreto 
6.2.1 Caudal 1 (Maximo) 
 
Tabla 2. Datos primer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 3 & 4. Cálculo de energía para primer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
 
 
 
CAUDAL 0,00265 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,0025 (m
3
/seg)/m
YC 0,00860
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1,000 0,020 0,021 0,125 0,282 Subcritico 0,003 0,003 0,894 5,402
2,000 0,023 0,024 0,109 0,229 Subcritico 0,002 0,002 1,137 7,743
3,000 0,021 0,022 0,119 0,262 Subcritico 0,003 0,003 0,971 6,113
TIPO DE 
FLUJO
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
Supercritico 0,021 0,013 0,044 0,00023 0,00011 0,00023 2,095 -0,023 -0,592
Supercritico 0,024 0,013 0,068 0,00029 0,00011 0,00029 2,885 -0,044 -1,157
Supercritico 0,022 0,013 0,051 0,00025 0,00011 0,00025 2,332 -0,029 -0,752
-0,0962 PERDIDAS DE ENERGIA 
48 
 
 
Grafica 1. Curva de energía especifica primer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
Grafica 2. Curva de Fuerza especifica primer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
De las graficas obtenidas con el primer caudal se observa que la energia y fuerza en el segundo 
escalon presentan una mayor magnitud. Además en la curva de energia se observa que antes del 
resalto en los tres escalones se presenta una energia y profundidad similares, despues del resalto 
se presenta una mayor energia, sobre todo en el segundo escalón (ya que la lectura inicial de 
produndidad fue mayor), debido a que la inclinacion de los escalones afecta la velocidad del 
flujo aumentandola, generando una mayor energia. Problema que puede insicidir en la erosión 
sobre la superficie de concreto. 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
m
)
Energia especifica (m)
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA EN CONCRETO Q1 
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,00000 0,00005 0,00010 0,00015 0,00020 0,00025 0,00030 0,00035
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
m
)
Fuerza especifica (m)
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA EN CONCRETO Q1 
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
49 
 
 
6.2.2 Caudal 2 (Medio) 
 
 
Tabla 5. Datos segundo caudal sobre concreto.Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 6 & 7. Cálculo de energía para segundo caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
CAUDAL 0,00200 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,00188679 (m
3
/seg)/m
YC 0,00713
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1 0,014 0,015 0,135 0,364 Subcritico 0,003 0,003 0,620 3,590
2 0,015 0,016 0,126 0,328 Subcritico 0,003 0,003 0,691 4,225
3 0,018 0,019 0,105 0,249 Subcritico 0,002 0,002 0,937 6,662
TIPO DE 
FLUJO
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
Supercritico 0,015 0,011 0,023 0,000 0,000 0,000 1,517 -0,008 -0,152
Supercritico 0,016 0,011 0,027 0,000 0,000 0,000 1,714 -0,011 -0,221
Supercritico 0,019 0,011 0,047 0,000 0,000 0,000 2,517 -0,028 -0,553
-0,0472 PERDIDAS DE ENERGIA 
50 
 
 
Grafica 3. Curva de energía especifica segundo caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
 
Grafica 4. Curva de fuerza especifica segundo caudal sobre concreto. Fuente Propia 
En las gráficas de energía obtenidas del segundo caudal se evidencia el mismo el mismo 
comportamiento que el presentado en el primer caudal; evidenciándose para este caso en el tercer 
escalón mayores magnitudes de energía y fuerza especifica, correspondiendo que este escalon es 
el que cuenta con mayor altura de lamina de agua inicial. Se evidencia, también, que antes del 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica (m)
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA EN CONCRETO Q2
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,00000 0,00005 0,00010 0,00015 0,00020
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica (m)
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA EN CONCRETO Q2
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
51 
 
resalto las energías y las fuerzas tienen magnitudes muy similares y el problema de inclinacion 
que aumenta la velocidad sigue siendo posible causante de erosion en el sistema. 
 
6.2.3 Caudal 3 
 
 
Tabla 8. Datos tercer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 9 & 10. Cálculo de energía para tercer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
 
CAUDAL 0,00160 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,00151 (m
3
/seg)/m
YC 0,00615
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1,000 0,008 0,008 0,189 0,674 Subcritico 0,005 0,005 0,328 1,542
2,000 0,008 0,008 0,189 0,674 Subcritico 0,005 0,005 0,328 1,542
3,000 0,013 0,014 0,116 0,325 Subcritico 0,002 0,002 0,648 4,283
TIPO DE 
FLUJO
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
Supercritico 0,010 0,009 0,010 0,000 0,000 0,000 1,027 0,000 -0,004
Supercritico 0,010 0,009 0,010 0,000 0,000 0,000 1,027 0,000 -0,004
Supercritico 0,014 0,009 0,024 0,000 0,000 0,000 1,732 -0,010 -0,157
-0,0106 PERDIDAS DE ENERGIA 
52 
 
 
Grafica 5. Curva de energía especifica tercer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
 
Grafica 6. Curva de fuerza especifica tercer caudal sobre concreto. Fuente Propia 
Para el caudal numero tres el comportamiento de la energía y fuerza tiene mayor similitud con el 
comportamiento del segundo caudal, para este caso el escalón don hay una mayor magnitud de 
fuerza y energía es el escalón número tres, sin embargo las magnitudes de energía y fuerza antes 
del resalto, siguen siendo similares para los escalones uno y dos, variando principalmente en el 
tercero. Se puede observar además que la magnitud de fuerza y energía es igual para los 
escalones uno y dos debido a que su altura de lámina de agua fue simlar. 
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica (m)
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA EN CONCRETO Q3 
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
0,00000 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,00010 0,00012
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( m)
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA EN CONCRETO Q3 
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
53 
 
 
6.3 Superficie de impacto tableta hecha a partir de neumático usado 
6.3.1. Q1 
 
Tabla 11. Datos primer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 12 & 13. Cálculo de energía para primer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
CAUDAL 0,00265 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,0025 (m
3
/seg)/m
YC 0,00860
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1 0,007 0,007 0,357 1,363 Supercritico 0,010 0,011 0,239 0,748
2 0,006 0,007 0,395 1,584 Supercritico 0,011 0,012 0,220 0,659
3 0,007 0,007 0,375 1,466 Supercritico 0,011 0,012 0,230 0,703
TIPO DE 
FLUJO
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
Subcritico 0,014 0,013 0,013 0,000 0,000 0,000 0,990 0,000 0,004
Subcritico 0,014 0,013 0,014 0,000 0,000 0,000 0,969 0,000 0,012
Subcritico 0,014 0,013 0,014 0,000 0,000 0,000 0,981 0,000 0,007
0,0008 PERDIDAS DE ENERGIA 
54 
 
 
Grafica 7. Curva de energía especifica primer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
Grafica 8. Curva de fuerza especifica primer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
De las graficas obtenidas con el primer caudal en superficie de impacta neumatico reciclado se 
observa que la energia y fuerza en los tres escalones tienen una magnitud similar, al igual que 
sucede antes del resalto. Es importante resaltar, que comparando las magnitudes de energia con 
el mismo caudal pero con diferente superficie de impaco se nota una gran diferencia. Para el 
mismo caudal, en el primer escalor con superficie de impacto de concreto la magnitud es de 
0.044 m y en superficie de impacto de neumatico usado es de 0.013. para el segundo escalon es 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,0125 0,0130 0,0135 0,0140 0,0145 0,0150
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( m)
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q1
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,005
0,010
0,015
0,000108 0,000112 0,000116 0,000120 0,000124 0,000128
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica (m)
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q1
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
55 
 
de 0.068 y 0.014. para el tercer escalon es de 0.051 y 0.014, siendo el primer dato superficie en 
concreto y el segundo neumatico. 
 
6.3.2. Q2 
 
Tabla 14. Datos segundo caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 15 & 16. Cálculo de energía para segundo caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
CAUDAL 0,0022 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,00207547 (m3
/seg)/m
YC 0,00760
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1 0,005 0,005 0,415 1,874 Supercritico 0,011 0,012 0,189 0,575
2 0,005 0,005 0,415 1,874 Supercritico 0,011 0,012 0,189 0,575
3 0,007 0,007 0,296 1,131 Supercritico 0,008 0,009 0,252 0,887
TIPO DE 
FLUJO
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
Subcritico 0,014 0,011 0,013 0,00010 0,00009 0,00010 0,929 0,001 0,021
Subcritico 0,014 0,011 0,013 0,00010 0,00009 0,00010 0,929 0,001 0,021
Subcritico 0,011 0,011 0,011 0,00009 0,00009 0,00009 0,999 0,000 0,000
0,0020 PERDIDAS DE ENERGIA 
56 
 
 
Grafica 9. Curva de energía especifica segundo caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
Grafica 10. Curva de fuerza especifica segundo caudal sobre neumático. Fuente Propia 
De las graficas obtenidas con el segundo caudal caudal en superficie de impacta neumatico 
reciclado se observa que la energia y fuerza en los tres escalones tienen una magnitud similar 
nuevamente, igual que sucede antes del resalto. Es importante resaltar, que comparando las 
magnitudes de energia con el mismo caudal pero con diferente superficie de impaco se nota una 
gran diferencia. Para el segundo caudal caudal, en el primer escalor con superficie de impacto de 
concreto la magnitud es de 0.023 m y en superficie de impacto de neumatico usado es de 0.013. 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,0106 0,0108 0,0110 0,0112 0,0114 0,0116 0,0118 0,0120 0,0122 0,0124
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( )
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q2
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,005
0,010
0,015
0,000074 0,000076 0,000078 0,000080 0,000082 0,000084 0,000086
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( )
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q2
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
57 
 
para el segundo escalon es de 0.027 y 0.013. para el tercer escalon es de 0.047 y 0.011, siendo el 
primer dato superficie en concreto y el segundo neumatico. 
 
6.3.3. Q3 
 
Tabla 17. Datos tercer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
 
 
Tabla 18 & 19. Cálculo de energía para tercer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
CAUDAL 0,00160 m
3
/seg
GRAVEDAD 9,81 m/seg
2
AGUA 9810 N/m
3
BASE 1,06 m
ANCHO SUPERFICIAL 1,06 m
CAUDAL UNITARIO 0,00151 (m
3
/seg)/m
YC 0,00615
ESCALON
Y1 
(m)
AREA Y1 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y1 
(m/seg)
FROUDE
TIPO DE 
FLUJO
Y2 
(m)
AREA Y2 
(m
2
)
VELOCIDA
D Y2 
(m/seg)
FROUDE
1 0,003 0,003 0,503 2,933 Supercritico 0,011 0,012 0,137 0,416
2 0,003 0,003 0,503 2,933 Supercritico 0,011 0,012 0,137 0,416
3 0,009 0,010 0,168 0,564 Subcritico 0,004 0,004 0,380 1,921
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Y1
ENERGIA 
ESPECIFI
CA Eminima
ENERGIA 
ESPECIFIC
A Y2
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y1
FUERZA 
ESPECIFI
CA Fminima
FUERZA 
ESPECIFI
CA Y2
EFICIENC
IA
PERDIDA
S DE 
ENERGIA 
calculado
POTENCI
A 
calculado
0,016 0,009 0,012 0,000082 0,000057 0,000082 0,754 0,004 0,061
0,016 0,009 0,012 0,000082 0,000057 0,000082 0,754 0,004 0,061
0,010 0,009 0,011 0,000066 0,000057 0,000066 1,085 -0,001 -0,014
0,0069 PERDIDAS DE ENERGIA 
58 
 
 
Grafica 11. Curva de energía especifica tercer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
 
Grafica 11. Curva de fuerza especifica tercer caudal sobre neumático. Fuente Propia 
De las graficas obtenidas con el tercer caudal caudal en superficie de impacta neumatico 
reciclado se observa que la energia y fuerza en los tres escalones tienen una magnitud similar 
nuevamente, igual que sucede antes del resalto. Es importante resaltar, que comparando las 
magnitudes de energia con el mismo caudal pero con diferente superficie de impaco se nota una 
gran diferencia. Para el tercer caudal caudal, en el primer escalor con superficie de impacto de 
concreto la magnitud es de 0.01 m y en superficie de impacto de neumatico usado es de 0.012, 
algo inusual debido que lo esperado es que la magnitud de energia sea menor con superficie de 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( )
CURVA DE ENERGIA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q3
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
0,000
0,005
0,010
0,015
0,00000 0,00001 0,00002 0,00003 0,00004 0,00005 0,00006 0,00007 0,00008 0,00009
P
ro
fu
n
d
id
ad
 (
 )
Energia especifica ( )
CURVA DE FUERZA ESPECIFICA MATERIAL RECICLADO Q3
Escalon 1
Escalon 2
Escalon 3
59 
 
impacto en concreto. para el segundo escalon es de 0.01 y 0.012. para el tercer escalon es de 
0.024 y 0.011, siendo el primer dato superficie en concreto y el segundo neumatico. 
 
Análisis de todas las gráficas de energía y fuerza especifica 
Al comparar la energía en un mismo punto del modelo, pero con diferente superficie de impacto, 
se evidencia que la energía en el punto crítico es la misma para ambos casos, debido a que esta 
depende de la geometría del canal, pero al comparar la energía disipada hay una gran diferencia 
entre las magnitudes, en algunos casos esto se notaba con la altura de la lámina de agua, pero en 
otro resultados a pesar de que esa altura era menor, había mayor cantidad de energía específica, 
esto se debe a que la velocidad en el punto era mucho más grande. 
Según lo observado en la gráfica de comparación de los caudales ensayados en cada uno de los 
escalones del modelo, se evidencia la disipación de energía que tiene el material reciclado sobre 
el caudal, las curvas de los caudales sobre el concreto expresan una mayor cantidad de energía en 
relación al mismo caudal evaluado sobre el neumático usado, lo que nos dice que el impacto 
abrasivo que tenía el flujo sobre la superficie de concreto disminuye sin dañar la estructura. 
Ver anexo 4 
 
7 Costo de construcción de disipador escalonado 
60 
 
 
Ítem Concepto Cantidad V/unitario V/total
1
1,1 Replanteo de obra 23,76 $ 4.197 $ 99.721
1,2
Cerramiento de obra en 
polisombra y parales de 
madera H: 2.4m
6,6 $ 18.681 $ 123.295
1,3
Descapote de capa 
vegetal e=10 cm 
23,76 $ 9.816 $ 233.228
1,4 Instalaciones provisionales de obra 1 $ 161.330 $ 161.330
1,5 Adecuación campamento provisional 1 $ 160.454 $ 160.454
1,6
Manejo y control de 
aguas. Incluye todos los 
elementos necesarios, 
solo se paga una vez y 
se paga por ml de 
estructura construida.
6,6 $ 28.664 $ 189.182
2
2,1
Excavación manual en 
material heterogéneo, 
bajo cualquier grado de 
humedad, dureza y 
profundidad, medido en 
sitio.
156,816 $ 26.550 $ 4.163.465
2,2
Entibados para la 
excavación
6,6 $ 16.464 $ 108.662
2,3
cargue, transporte y 
botada de material
2 $ 283.058 $ 566.116
3
3,1
Suministro, armado y 
figurado de hierro de 
refuerzo para muros 
2428,63 $ 3.643 $ 8.847.499
3,2
Suministro, armado y 
figurado de hierro de 
refuerzo para huella y 
contra huella
306,51 $ 3.643 $ 1.116.616
3,3 armado de formaletas 6,6 $ 10.558 $ 69.683
3,4
Suministro y fundida de 
concreto 4000 PSI para 
huella y contrahuella 
13,32 $ 450.454 $ 6.000.047
3,5
Suministro y fundida de 
concreto 4000 PSI para 
muros
16,952 $ 450.454 $ 7.636.096
3,6 desencofrado 23,76 $ 3.185 $ 75.676
4
4,1
Retiro de material 
sobrante de excavación 
con disposición a 
botadero
2 $ 279.816 $ 559.632
4,2 Limpieza y aseo general 1 $ 213.805 $ 213.805
$ 30.324.507
12% $ 3.638.941
5% $ 1.516.225
8% $ 2.425.961
16% $ 4.851.921
TOTAL