ir resistencia flujo

7/26/2019 Ir Resistencia Flujo

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RESISTENCIA AL FLUJO

Dr. Constantino Domínguez Sánchez

[email protected];

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Por:

mailto:[email protected]

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S R

senl Al

hwo

wo

l A F oo

senl A senW W w '

LA INTERACCION ENTRE EL LECHO DEL RIO Y EL FLUJO ESTA DEFINIDA POR LASFUERZAS DE CUERPO Y LAS FUERZAS DE FRICCION. QUE DAN ORIGEN AL LLAMADOESFUERZO QUE PROVOCA LA CORRIENTE (τo).

Q W’

W

F

Δ l

α

l AW w



INICIO DE MOVIMIENTO

EQUILIBRIO DE UNA PARTICULA EN EL LECHO. LAS FUERZAS ACTUANTES SON;

f

s

o s DU

D

;;*'

S R g U h*



DIAGRAMA DE SHIELDS

DIAGRAMA DE SHIELD PARA ESTIMAR EL INICIO DEL MOVIMIENTO DE UNA PARTICULA.



OTRAS FORMULASEN LOS ÚLTIMOS AÑOS SE HAN REALIZADO OTROS TRABAJOS DE LABORATORIO EN LOS QUE ENPARTES SE HAN CONFIRMADO LAS CONCLUSIONES DE SHIELDS. NO OBSTANTE SE HANPROPUESTO ALGUNAS CORRECCIONES. ENTRE ELLOS SE PUEDEN CITAR VANONI (1946), LANE

(1953), IWAGAKI (1956), NEILL (1968), TAYLOR (1971), GESLER (1971) Y ETSCCP (2000).

YALIN Y KARAHAN (1979)

ETSCCP (2000)



SUELOS COHESIVOS

EL INICIO DEL MOVIMIENTO DE UN SUELO COHESIVO SE PRODUCE CUANDO LA FUERZA

TRACTIVA SOBRE LA SUPERFICIE ROMPE LA FUERZA QUE MANTIENE UNIDAS LAS PARTICULAS. ELMOVIMIENTO SE PRODUCE NO COMO UNA PARTÍCULA AISLADA SINO DE UN GRUPO.

EN ESTOS CASOS EL INICIO DEL MOVIMIENTO DEPENDE.

COMPOSICIÓN DEL MATERIAL (PORCENTAJE DE ARCILLA)

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE LAS ARCILLASINDICE PLASTICO

CONTENIDO DE AGUA

CONSOLIDADCIÓN Y PRECONSOLIDACION

ESTE TEMA HA SIDO POCO ESTUDIADO, LOS TRABAJOS QUE SE TIENEN SON LOS DEBIDOSSMERDON Y BEASLEY (1959) O CORMAULT (1971)

84.01628.0 pc I 208793.4 sc C x

Ip, INDICE DE PLASTICIDAD (5-50)

Cs, CONCENTRACIÓN DEL MATERIAL DEL FONDO (N/m3)

(N/m2) (N/m2)



COEFICIENTE DE RUGOSIDAD MANNING

PARA LECHOS GRANULARES SE TIENEN EXPRESIONES QUE RELACIONAN LA “n” CON EL TAMAÑO DEL SEDIMENTO..

1.21

6

1

Dn Strikcler (1923), D = D50, en (m)

26

61

Dn Meyer-Peter-Muller (1948), D = D90, en (m)

Administración Federal Americana de Carreteras, D =D50, en (pies)6

1

0395.0 Dn

39

6

1

Dn Lane (1975), D = D75, en (pulgadas)



FORMULAS DE RESISTENCIA

EXISTEN DIVERSOS METODOS PARA ESTUDIAR LA RESISTENCIA AL FLUJO TODOSELLOS HAN OBTENIDO SUS FORMULAS TENIENDO EN CUENTA VARIABLES COMO:

• La velocidad media

• El tirante

•

La pendiente longitudinal del río.• La densidad del agua.

• La viscosidad del agua

• La granulometría del material del lecho.

• El peso específico del material.

• El factor de forma.

• La sinuosidad del cauce.

• Etc.



FORMULAS DE RESISTENCIA

"

*

'

** U U U

"'

ooo

"' S S S

LA RESISTENCIA AL MOVIMIENTO ESTA COMPUESTA DE LOS CONCEPTOS DE:

• Resistencia asociada a la partícula y

• Resistencia asociada a la forma del lecho

Lo que se puede expresar de acuerdo con la definición de esfuerzo que provoca lacorriente como.

"'hhh R R R



Método de Engelund

D

S R

w s

h

'

'

*

ENGELUND EXPRESA LA RESISTENCIA LA FLUJO EN TERMINOS DE LA PENDIENTE,DE TAL MANERA QUE EL VALOR DE LA RESISTENCIA TOTAL PUEDE OBTENERSE APARTIR DEL PARAMETRO DE SHIELDS.

D

S R

w s

h

*

Donde:

τ* Parámetro de Shields

D

R

S R g

U h

h 5.2

ln5.26'

'

LA VELOCIDAD MEDIA A PARTIR DE LA RELACION



Método de Engelund

'

**

8.1

1

8.1'** 425.0425.1

8.1

18.1

*

'

* 298.0702.0

21

'

** 06.0581.1

SEGÚN EL TIPO DE REGIMEN:

Si τ*’ < 0.55

Si 0.55 < τ*’ < 1.00

Si τ*’ > 1.0

2

*

'

* 4.006.0



Método de Engelund

PROCEDIMIENTO DE CALCULO.

• ASUMIR UN VALOR INICIAL DEL RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA PARTICULA.

• CALCULAR LA VELOCIDAD MEDIA Y EL PARAMETRO DE SHIELDS ASOCIADO A LA

PARTICULA.• SEGÚN EL VALOR DEL PARAMETRO DE SHIELDS DE LA PARTÍCULA, CALCULAR ELPARAMETRO DE SHIELDS TOTAL.

• CALCULAR EL RADIO HIDRAULICO TOTAL.

• CALCULAR EL GASTO O CAUDAL .

• SI EL GASTO CALCULADO ES IGUAL AL GASTO DADO EL PROCESO TERMINA, ENCASO CONTRARIO SUPONER OTRO RADIO HIDRAULICO DE LA PARTICULA Y SEGUIRPROCEDIMIENTO



Método de Maza y Cruickshank

350.0

84

5.831

D

d

S

w

w s

382.0

84

5.661

D

d

S

w

w s

TIENEN EN CUENTA LA RUGOSIDAD RELATIVA DE LAS PARTICULAS Y EN FORMA

INDIRECTA LA VARIACIÓN DE LA CONFIGURACION DEL FONDO. ASI, LA VELOCIDAD MEDIA SEGÚN EL TIPO DE REGIMEN.

456.0

634.0

84

5058.7

w

w s

S

D

d wU

REGIMEN SUPERIOR352.0

644.0

84

5025.6

w

w s

S

D

d wU

REGIMEN INFERIOR



Método de Maza y Cruickshank


• ASUMIR UN VALOR INICIAL DEL RADIO HIDRAULICO TOTAL.

• ASUMIR UN TIPO DE REGIMEN.

• CALCULAR LA VELOCIDAD MEDIA.

• CALCULAR EL GASTO O CAUDAL.

• SI EL GASTO CALCULADO ES DISTINTO DEL GASTO DADO, SUPONER OTRO RADIOHIDRAULICO DE LA PARTICULA Y REPETIR PROCEDIMIENTO.

• SI EL GASTO CALCULADO ES IGUAL AL GASTO DADO, VERIFICAR TIPO DEREGIMEN.

• SI EL TIPO DE REGIMEN CUMPLE CON LA RELACION 1/S, SE ACEPTAN LOSRESULTADOS. CASO CONTRARIO ELEGIR OTRO TIPO DE REGIMEN.



Método de Einstein-Barbarossa

65

'

'

*

27.12log75.5 D

R

U

U h

CONSIDERAN QUE LA RESISTENCIA TOTAL AL FLUJO ES IGUAL A LA SUMA DE LADEBIDA A LA PARTICULA MAS LA DEBIDA A LA CONFIGURACION DEL FONDO.

ASI LA VELOCIDAD MEDIA SE OBTIENE CON.

Donde:

χ Factor decorrección porvelocidad

D65 /δ 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 2.0 4.0 6.0 10.0

x 0.7 1.0 1.38 1.56 1.61 1.38 1.10 1.03 1.0




FACTOR DE CORRECION POR VELOCIDAD




S R g U h

''

*

'

*

6.11

U

ESPESOR DE LA SUBCAPA LAMINAR.

LA VELOCIDAD DE FRICCION O CORTE.

S R

D

hw

w s

'35'

PARAMETRO DE INTENSIDAD DE CORTE.




LA VELOCIDAD CORTE ASOCIADA A LA FORMA DEL LECHO O CONFIGURACIONDEL FONDO, ES FUNCION DEL PARAMETRO DE INTENSIDAD DE CORTE Y SEOBTIENE CON LA AYUDA DE LA GRAFICA SIGUIENTE:

)( '

"

*

U

U




LA VELOCIDAD CORTE ASOCIADA A LA FORMA DEL LECHO.




S g

U Rh

2"

*"

"'

hhh R R R

RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA FORMA DEL LECHO O CONFIGURACION DEL

FONDO.

RELACION Rh v s Ah

y = 2E-05x3 - 0.0021x

2 + 0.0998x

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

AREA HIDRAULICA, EN m2

R A D I O

H I D R A U L I C O , e n m

RADIO HIDRAULICO TOTAL.

AREA HIDRAULICA DE GRAFICA COMO LA MOSTRADA ABAJO. O BIEN SEGÚN LAFORMA DE LA SECCION TRANSVERSAL.





• ASUMIR UN VALOR INICIAL DEL RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA PARTICULA.

• CALCULAR LA VELOCIDAD DE FRICCION O DE CORTE ASOCIADA A LA PARTICULA.

• CALCULAR EL FACTOR DE CORRECCION DE LA VELOCIDAD.

• CALCULAR LA VELOCIDAD MEDIA.• CALCULAR EL PARAMETRO DE INTENSIDAD DE CORTE.

• CALCULAR LA VELOCIDAD DE CORTE ASOCIADA A LA FORMA DEL LECHO.

• CALCULAR EL RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA FORMA DEL LECHO.

•

CALCULAR EL RADIO HIDRAULICO TOTAL.• CALCULAR LA AREA DE LA SECCION TRANSVERSAL EN FUNCION DEL RADIOHIDRAULICO TOTAL.

• CALCULAR EL GASTO O CAUDAL. SI ES IGUAL AL DADO, EL PROCESO TERMINA.SI NO SUPNER OTRO RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA PARTICULA Y REPETIRPROCESO.




EN RESUMEN EL PROBLEMA QUE SEPRETENDE RESOLVER CON LA RESISTENCIA

AL FLUJO ES:

DADO UN CAUDAL O GASTO DETERMINAR ELRADIO HIDRAULICO Y CON ELLO LAELEVACION DE LA SUPERFICIE LIBRE DEL

AGUA Y.DADO UN RADIO HIDRAULICO DETERMINAREL GASTO TRANSPORTADO.



Tablas de cálculo

Resistencia al flujo Método de Engelund-Hansen

Rh’ τ*’ U τ* Rh A Q Pm

m m/s m m2 m3/s m

Resistencia al flujo Método de Einstein-Barbarossa

Rh’ U*’ D65/δ

c U Y’ U/U*” U*” Rh” Rh A Q Pm

m m/s m/s m/s m m m2

m3

/s m

Resistencia al flujo Método de Maza-Cruickshank

Rh U A Q 1/S 1/S>< Pm

m m/s m2 m3/s m



EJEMPLO

RESISTENCIA AL FLUJO EN CAUCES NATURALES

METODO MAZA Y CRUICKSHANK

ω50 D84 ν γ' S Q

mm mm m2/s T/m3 m3/s

0.109

3.7

1E-06

1.65

0.0006

20.00

Rh ó y V A Q 1/S 1/Sc

m m/s m2 m3/seg

1.35

0.94

22.00

20.68

1666.67

575.4784

DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS EN LA SECCIONTRANSVERSAL DE UN CAUCE PARA TRANSPORTAR UN CAUDAL DE 20 m3 /s.



EJEMPLO

MÉTODO DE ENGELUND-HANSEN

S Q Ss Dm

m3/s mm

0.0006 20.00 2.65 1.50

Rh' TAU'* U TAU* Rh A Q

m m/s m m2 m3/s

0.4400 0.1067 0.9116 0.3415 1.4088 22.00 20.0547

DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS EN LA SECCIONTRANSVERSAL DE UN CAUCE PARA TRANSPORTAR UN CAUDAL DE 20 m3 /s.



EJEMPLO


METODO DE EINSTEIN CONOCIDO EL GASTO

S

D35

D65

ν

g

γ'

Q

mm mm m2/s m/s2 T/m3 m3/s

0.0006 1.029 1.962 0.000001 9.81 1.650 20.00

R' U' D65/δ U ψ' U/U'' U'' R" R A Q Pm

m m/s m/s m/s m m m2 m3/s m

0.270 0.040 6.743 1.024 0.742 10.481 8.371 0.089 1.336 1.606 27.500 20.411 17.13

DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS EN LA SECCION

TRANSVERSAL DE UN CAUCE PARA TRANSPORTAR UN CAUDAL DE 20 m3

/s.



EJEMPLO


METODO DE EINSTEIN CONOCIDO EL RADIO HIDRAULICO

S

D35

D65

ν

g

γ'

R

mm mm m2/s m/s2 T/m3 m

0.0006 1.029 1.962 1.00E-06 9.81 1.65 1.50

R' U' D65/δ U

ψ' U/U'' U'' R" R A Q Pm

m m/s m/s m/s m m m2 m3/s m

0.240

0.038

6.357

1.027

0.689

11.791

7.984

0.086

1.265

1.505

25.00

17.22

16.61

DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS EN LA SECCIONTRANSVERSAL DE UN CAUCE PARA UN RADIO HIDRAULICO DE 1.5 m



EJEMPLO

RELACION Rh vs Ah

y = 2E-05x3 - 0.0021x

2 + 0.0998x

0.000.100.200.300.400.50

0.600.700.800.901.001.101.201.301.401.501.601.701.801.902.002.102.20

2.302.402.50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

AREA HIDRAULICA, EN m2

R A D I O H

I D R A U L I C O , e n

RELACION Rh vs ELEV. SLA

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

984.00 984.50 985.00 985.50 986.00 986.50 987.00 987.50 988.00

ELEVACION SLA, en m

R

A D I O H

I D R A U L I C A O , e n

GRAFICAS DE RADIO HIDRAULICO CONTRA AREA HIDRAULICA Y RADIO

HDRAULICO CONTRA ELEVACION DEL ESPEJO DEL AGUA PARA LA SECCIONTRANSVERSAL DE ANALISIS.



CONSULTAS

HIDRAUL ICA FLUVIAL

(Princ ip ios y Práctic as)

Por.

Eduardo Mar tínez Marín

Bellisco

RESISTENCIA AL FLUJO EN CAUCES

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RESTAURACION DE RIOS

(Guía Metodo lóg ica)

Por.

Minister io de Medio Ambiente

Gobierno de España

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