diseÑo de obras hidraulicas - hidraulica - parte ii
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASUNIDAD 1: HIDRAULICA – PARTE II1
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES
¿QUE SE ENTIENDE POR CANAL?
EN INGENIERÍA SE ENTIENDE POR CANAL A
UNA CONSTRUCCIÓN DESTINADA AL
TRANSPORTE DE FLUIDOS —GENERALMENTE
UTILIZADA PARA AGUA— Y QUE, A DIFERENCIA
DE LAS TUBERÍAS, ES ABIERTA A LA
ATMÓSFERA.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANALCARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANAL
LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS SON LA FORMA DE LA SECCIÓN
TRANSVERSAL, SUS DIMENSIONES Y LA PENDIENTE LONGITUDINAL DEL
FONDO DEL CANAL. LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS SON LA
PROFUNDIDAD DEL AGUA (H, EN M), EL PERÍMETRO MOJADO (P, EN M), EL
ÁREA MOJADA (A, EN M 2) Y EL RADIO HIDRÁULICO (R, EN M), TODAS
FUNCIÓN DE LA FORMA DEL CANAL. TAMBIÉN SON RELEVANTES LA
RUGOSIDAD DE LAS PAREDES DEL CANAL, QUE ES FUNCIÓN DEL MATERIAL
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANALCARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANAL
EN QUE HA SIDO CONSTRUIDO, DEL USO QUE SE LE HA DADO Y DEL
MANTENIMIENTO, Y LA PENDIENTE DE LA LÍNEA DE AGUA, QUE PUEDE O NO
SER PARALELA A LA PENDIENTE DEL FONDO DEL CANAL.
EL RADIO HIDRÁULICO SE DEFINE COMO:
DONDE A Y P SON EL ÁREA Y EL PERÍMETRO MOJADO.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO PERMANENTEFLUJO PERMANENTE
UN FLUJO PERMANENTE ES AQUEL EN EL QUE LAS
PROPIEDADES FLUIDAS PERMANECEN CONSTANTES EN EL
TIEMPO, AUNQUE PUEDEN NO SER CONSTANTES EN EL
ESPACIO. LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO, COMO SON:
VELOCIDAD (V), CAUDAL (Q), Y CALADO (H), SON
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO, SI BIEN PUEDEN VARIAR A LO
LARGO DEL CANAL, SIENDO X LA ABSCISA DE UNA SECCIÓN
GENÉRICA, SE TIENE QUE:
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO PERMANENTEFLUJO PERMANENTE
UN FLUJO PERMANENTE ES AQUEL EN EL QUE LAS PROPIEDADES FLUIDAS
PERMANECEN CONSTANTES EN EL TIEMPO, AUNQUE PUEDEN NO SER
CONSTANTES EN EL ESPACIO. LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO, COMO SON:
VELOCIDAD (V), CAUDAL (Q), Y CALADO (H), SON INDEPENDIENTES DEL
TIEMPO, SI BIEN PUEDEN VARIAR A LO LARGO DEL CANAL, SIENDO X LA
ABSCISA DE UNA SECCIÓN GENÉRICA, SE TIENE QUE:
V = FV(X)
Q = FQ(X)
H = FH(X)
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO TRANSITORIO O NO PERMANENTEFLUJO TRANSITORIO O NO PERMANENTE
UN FLUJO TRANSITORIO PRESENTA CAMBIOS EN SUS CARACTERÍSTICAS
A LO LARGO DEL TIEMPO PARA EL CUAL SE ANALIZA EL
COMPORTAMIENTO DEL CANAL. LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO SON
FUNCIÓN DEL TIEMPO; EN ESTE CASO SE TIENE QUE:
V = FV(X, T)
Q = FQ(X, T)
H = FH(X, T)
LAS SITUACIONES DE TRANSITORIEDAD SE PUEDEN DAR TANTO EN EL
FLUJO SUB-CRÍTICO COMO EN EL SUPERCRÍTICO.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO UNIFORMEFLUJO UNIFORME
ES EL FLUJO QUE SE DA EN UN CANAL RECTO, CON SECCIÓN Y PENDIENTE
CONSTANTE, A UNA DISTANCIA CONSIDERABLE (20 A 30 VECES LA
PROFUNDIDAD DEL AGUA EN EL CANAL) DE UN PUNTO SINGULAR, ES DECIR UN
PUNTO DONDE HAY UNA MUDANZA DE SECCIÓN TRANSVERSAL YA SEA DE
FORMA O DE RUGOSIDAD, UN CAMBIO DE PENDIENTE O UNA VARIACIÓN EN EL
CAUDAL. EN EL TRAMO CONSIDERADO, SE LAS FUNCIONES ARRIBA
MENCIONADAS ASUMEN LA FORMA:
V = FV(X) = CONSTANTE
Q = FQ(X) = CONSTANTE
H = FH(X) = CONSTANTE
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO GRADUALMENTE VARIADOFLUJO GRADUALMENTE VARIADO
EL FLUJO ES VARIADO: SI LA PROFUNDIDAD DE FLUJO
CAMBIA A LO LARGO DEL CANAL. EL FLUJO VARIADO PUEDE
SER PERMANENTE O NO PERMANENTE. DEBIDO A QUE EL
FLUJO UNIFORME NO PERMANENTE ES POCO FRECUENTE, EL
TÉRMINO “FLUJO NO PERMANENTE” SE UTILIZARÁ DE AQUÍ
PARA ADELANTE PARA DESIGNAR EXCLUSIVAMENTE EL
FLUJO VARIADO NO PERMANENTE.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO GRADUALMENTE VARIADOFLUJO GRADUALMENTE VARIADO
EL FLUJO VARIADO PUEDE CLASIFICARSE ADEMÁS COMO
RÁPIDAMENTE VARIADO O GRADUALMENTE VARIADO. EL FLUJO
ES RÁPIDAMENTE VARIADO SI LA PROFUNDIDAD DEL AGUA
CAMBIA DE MANERA ABRUPTA EN DISTANCIAS
COMPARATIVAMENTE CORTAS; DE OTRO MODO ES
GRADUALMENTE VARIADO. UN FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO
TAMBIÉN SE CONOCE COMO FENÓMENO LOCAL; ALGUNOS
EJEMPLOS SON EL RESALTO HIDRÁULICO Y LA CAÍDA
HIDRÁULICA.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO CRITICOFLUJO CRITICO
CUANDO FROUDE VALE UNO O CUANDO LA VELOCIDAD ES
IGUAL QUE LA RAÍZ CUADRADA DE LA GRAVEDAD POR LA
PROFUNDIDAD.
FLUJO SUB-CRITICOFLUJO SUB-CRITICO
EN EL CASO DE FLUJO SUB-CRÍTICO, TAMBIÉN DENOMINADO
FLUJO LENTO, EL NIVEL EFECTIVO DEL AGUA EN UNA
SECCIÓN DETERMINADA ESTÁ CONDICIONADO AL NIVEL DE
LA SECCIÓN AGUAS ABAJO.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-CANALES-TIPOS DE FLUJOS
FLUJO SUPERCRITICOFLUJO SUPERCRITICO
EN EL CASO DE FLUJO SUPERCRÍTICO,
TAMBIÉN DENOMINADO FLUJO VELOZ, EL
NIVEL DEL AGUA EFECTIVO EN UNA
SECCIÓN DETERMINADA ESTÁ
CONDICIONADO A LA CONDICIÓN DE
CONTORNO SITUADA AGUAS ARRIBA.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-FORMULA DE CHEZY
LA FÓRMULA DE CHÉZY, DESARROLLADA POR EL INGENIERO FRANCÉS
ANTOINE DE CHÉZY, CONOCIDO INTERNACIONALMENTE POR SU
CONTRIBUCIÓN A LA HIDRÁULICA DE LOS CANALES ABIERTOS, ES LA
PRIMERA FÓRMULA DE FRICCIÓN QUE SE CONOCE. FUE PRESENTADA EN
1769. LA FÓRMULA PERMITE OBTENER LA VELOCIDAD MEDIA EN LA
SECCIÓN DE UN CANAL Y ESTABLECE QUE:
DONDE:
V= VELOCIDAD MEDIA DEL AGUA EN M/S
R= RADIO HIDRÁULICO
S= LA PENDIENTE LONGITUDINAL DE LA SOLERA O FONDO DEL CANAL EN
M/M
C= COEFICIENTE DE CHÉZY. UNA DE LAS POSIBLES FORMULACIONES DE
ESTE COEFICIENTE SE DEBE A BAZIN.
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASHIDRAULICA-FORMULA DE MANNING
LA FÓRMULA DE MANNING ES UNA EVOLUCIÓN DE LA
FÓRMULA DE CHÉZY PARA EL CÁLCULO DE LA VELOCIDAD
DEL AGUA EN CANALES ABIERTOS Y TUBERÍAS, PROPUESTA
POR EL INGENIERO IRLANDÉS ROBERT MANNING, EN 1889:
SIENDO S LA PENDIENTE EN % DEL CANAL.
PARA ALGUNOS, ES UNA EXPRESIÓN DEL DENOMINADO
COEFICIENTE DE CHÉZY UTILIZADO EN LA FÓRMULA DE
CHÉZY,
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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICASBIBLIOGRAFIA
Roca, Vila (1978) INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS. Editorial Limusa. México.
Bolinaga, Juan. (1999). PROYECTOS DE
INGENIERIA HIDRAULICA. Tomo I.
Fundación Polar. Caracas. Venezuela.
http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3
%A1ulica)
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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