PRACTICA No. 2

NOMBRE:Determinacin del coeficiente de rugosidad de Manning (n)

OBJETIVO:

Determinar experimentalmente el coeficiente de rugosidad n para flujo uniforme en una conduccin natural.

OBJETIVO POR COMPETENCIAS:Competencias especficas.- Explicar desde un punto de vista dinmico los fenmenos hidrulicos en conducciones abiertas,Competencias genricas.- Analizar los resultados obtenidos para proponer mejoras en el diseo de canales naturales. Competencia interpersonal.- Realizar trabajo colaborativo para el mejor desarrollo de la prctica.Competencias sistemticas.- Investigar en otras fuentes de informacin, condiciones similares de otros tipos de canales de pendiente variable.

INTRODUCCION:

A continuacin en sta prctica, estableceremos de qu manera se calcula el coeficiente de rugosidad (n), para un canal natural, que en esta caso corresponde a un escurrimiento de aguas pluviales y residuales, observando las caractersticas fsicas que presente el mismo (Figura 2.1).Conociendo el coeficiente de rugosidad daremos seguimiento al clculo de los elementos geomtricos, y posteriormente el radio hidrulico; para poder calcular la velocidad del flujo de agua en forma indirecta, utilizamos la formula de Manning y por ltimo se determina el gasto en el canal,

Figura 2.1

CORRELACION DE PRCTICAS CON TEMAS Y SUBTEMAS DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS VIGENTE:

Prctica No.2, se encuentra ligado a la unidad 1, en el aspecto relacionado con el flujo de un fluido en conducciones abiertas naturales, ya que las condiciones del fondo de un canal, seccin hidrulica, gasto y velocidad, influyen notablemente en la determinacin del coeficiente de resistencia n. As mismo ser importante observar el comportamiento del flujo en canales de seccin y rugosidad compuesta(1.7), que ser de utilidad en el diseo de canales revestidos y no revestidos del subtema 1.8.

MATERIAL Y EQUIPO NECESARIO:

Cinta mtrica de 30 m.

Nivel

Dos balizas

Dos estadales

METODOLOGIA:Se selecciona un canal natural que cumpla condiciones de flujo permanente y caractersticas de las paredes, fondo, seccin y sinuosidad. Para realizar sta prctica, se requiere tener conocimientos previos de Topografa, para determinar la pendiente(s) en el tramo del canal natural. El canal seleccionado se encuentra ubicado en la Colonia la Mora a un costado de la Carretera Nacional Tuxpan- Tampico km. 60, en el acceso poniente a las instalaciones del Tecnolgico de Cerro Azul. En la Figura.2.2, se muestra un canal de aguas pluviales y residuales con semejanza a una seccin rectangular.Para establecer el valor de n para el canal en poca de lluvia, las condiciones observadas en el mismo sern las siguientes:Irregularidad en el fondo y las paredes del cauce, cambios en la forma del rea hidrulica a lo largo del cauce, con obstculos que intervienen en el flujo del agua, el cual contiene mucha vegetacin. Se delimita una longitud representativa del canal en una longitud del orden de 25 m., haciendo uso de del equipo topogrfico, para medir pendiente y seccin del canal; realizando repeticin de mediciones a cada 5m. a efecto de promediar las lecturas efectuadasDe las condiciones observadas, se consulta la Tabla 2.1 Coeficientes de rugosidad en cauces naturales (Cowan) y se anotan los resultados correspondientes.

.Material(n0)Tierra 0.020

Roca 0.025

Arena 1-2 mm 0.024

Grava 2-20 mm 0.028

Irregularidades en el fondo y las paredes del cauce(n1)Liso 0.000

Irregularidades pequeas 0.005

Irregularidades medias 0.010

Irregularidades grandes 0.020

Cambios en la forma del rea hidrulica a lo largo del cauce(n2)Perfil uniforme 0.000

Pocos cambios 0.005

Cambios frecuentes 0.010-0.015

Obstculos(n3)Despreciables 0.000

Suaves 0.010-0.015

Notables 0.020-0.030

Bruscos 0.040-0.060

Vegetacin(n4)Poca 0.005-0.010

Mediana 0.010-0.025

Mucha 0.025-0.050

Demasiada 0.050-0.100

Trazo longitudinal(k)Aproximadamente recto 1.000

Curvas suaves 1.150

Curvas notables 1.200

Tabla 2.1 Coeficiente de rugosidad n en cauces naturales.

Figura 2.2

Solucin de la tabla de Cowan, en base a las Figuras 2.1, 2.2 y 2.3:n0Tierra0.020

n1Irregularidades grandes0.020

n2Cambios frecuentes0.014

n3Notables0.025

n4Denso0.080

MCurvas suaves1.150

Figura 2.3SUGERENCIAS DIDACTICAS: El profesor debe:Conocer la disciplina que est bajo su responsabilidad, el desarrollo histrico que ha tenido, para relacionarlo con conocimientos previos y sea motivo de inters en el estudiante.Desarrollar la capacidad para integrar equipos de trabajo con estudiantes dismbolos, propiciar el trabajo colaborativo .tomar en cuenta el conocimiento previo de las ecuaciones de continuidad, impulso y cantidad de movimiento, clculo de gastos, vertedores y otros elementos de control asociados con el flujo en conducciones abiertas.Proponer la redaccin de reportes de las actividades de experimentacin.

REPORTE DEL ALUMNO (RESULTADOS)FORMULA DE COWAN n= [n0 + n1 + n2 +n3 + n4] m5

Sustituyendo datos:n= [0.020+0.020+0.014+0.025+0.080] 1.150n= 0.183 mCalcular los elementos geomtricos:El rea y permetro mojado se calcularon con el software de CivilCadA= 121.095 m2m= 97.830 m

Se calcula la velocidad con la formula de Manning.V= RH 2/3 S V= (0.316)2/3 (0.40)1/2 V= 1.604 m/s Se calcula el gasto:Q= A* VQ= (1.2 m2) (1.604 m/s)Q= 1.924 m3/s

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOSCon esta prctica, los alumnos desarrollaran un principio bsico de investigacin que es la observacin; en este caso de un escurrimiento natural que tiene ciertas caractersticas que no son ideales, como en un laboratorio. As mismo pondrn en prctica conocimientos previos de Topografa, a efecto de definir pendiente en el tramo de canal seleccionado.Respecto a la consulta realizada en la tabla de Cowan, va definiendo en base al comportamiento del flujo y conocimientos previos de Hidrulica general, las condiciones que puede aplicar para obtener el coeficiente de rugosidad (n), que aplicar en la frmula de Manning de acuerdo al seccionamiento realizado para obtener en forma indirecta el gasto de escurrimiento.

BIBLIOGRAFIA PRELIMINAR:

Hidrulica General, Sotelo vila Gilberto, Edit. Limusa Hidrulica II, Sotelo vila Gilberto, Facultad de Ingeniera, UNAM. Hidrulica de canales, Gardea Villegas Humberto, Facultad de Ingeniera, UNAM, Fundacin ICA. Canales Abiertos, Chow Ven Te, Edit. Mc, Graw Hill Hidrulica, Trueba Coronel Samuel, CECSA. www.imta.gob.mx www.cna.gob.mx.