HIDRAULICA DE CANALES    •    Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la accion de gravedad y sin   ...
El túnel con flujo a superficie libre es un canal cubierto comparativamente largo, utilizado para        conducir el agua ...
Donde:         y = tirante de agua, es la profundidad máxima del agua en el canal         b = ancho de la solera, ancho de...
P = perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con elliquido.           R = radio hidráu...
PROBLEMAS1.- Hallar para el canal de sección transversal que se muestra en la figura, los parámetros hidráulico: A,p, T, R y
Solución    a.     Descomponiendo las sección transversal en dos seciones simples y considerando como x, el           tira...
2         A1 = 0,8842m         P1/D =1,0472 → P1= 2,4 * 1,0472         P1=2,5133mc3. De la tabla de relaciones geométricas...
p=2,5133+1,3856p=3,8989 mR=R=2,3391/3,8989R=0,5999 mLuego:A= 2,3391 m2               p=3,8989T=2,7713 m                 R=...
b.   Calculo de X:De la figura se tiene:    c.   Cálculo de los tirantes en cada sección:         c.1 Sección 1c.2 Sección 2
d.   Cálculo de A1 y p1 :     d.1 La relación tirante diámetro, es:e.   Cálculo de A2 , p2 :     e.1 La relación tirante d...
e.3 Cálculo de A2, p2:e.4 Cálculo de A, p, R:
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Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la accion de gravedad y sin ninguna presión

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Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la accion de gravedad y sin ninguna presión

  1. 1. HIDRAULICA DE CANALES • Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la accion de gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie del líquido está en contacto con la atmósfera. • Los canales pueden ser naturales (ríos o arroyos) o artificiales. Dentro de estos últimos pueden incluirse aquellos conductos cerrados que trabajan parcialmente llenos (alcantarillas, tuberías)Clases de CanalesDe acuerdo con su origen los canales pueden ser naturales (ríos, arroyos etc.) o artificiales (construidospor el hombre). Dentro de estos últimos pueden incluirse aquellos conductos cerrados que trabajenparcialmente llenos.Canales NaturalesLos canales naturales incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la Tierra, loscuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, arroyos,ríos pequeños y grandes y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua conuna superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casospueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes con las observaciones yexperiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejablesmediante el tratamiento analítico de la hidráulica teórica.Un estudio completo sobre el comportamiento del flujo en canales naturales requiere el conocimientode otros campos, como hidrología, transporte de sedimentos, etc. Éste constituye un tema de estudioconocido como hidráulica de ríos.Canales ArtificialesLos canales artificiales son aquéllos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano, canalesde navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación, cunetas dedrenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, etc.,así como canales de modelos construidos en el laboratorio con propósitos experimentales.Las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseñadaspara cumplir unos requisitos determinados. La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificialesproducirá, por tanto, resultados bastante similares a las condiciones reales y, por consiguiente, sonrazonablemente exactos para propósitos prácticos de diseño.Bajo diferentes circunstancias en la práctica de ingeniería, los canales abiertos artificiales recibendiferentes nombres, sin embargo, estos nombres se utilizan de una manera más o menos imprecisa ysólo se definen de un modo muy general. El canal artificial por lo general es un canal largo con pendiente suave construido sobre el suelo, que puede ser no revestido o revestido con piedras, concreto, cemento, madera o materiales bituminosos. La canaleta es un canal de madera, de metal, de concreto o de mampostería, a menudo soportado en o sobre la superficie del terreno para conducir agua a través de una depresión. La rápida es un canal que tiene altas pendientes. La caída es similar a una rápida, pero el cambio en elevación se efectúa en una distancia corta. La alcantarilla, que fluye parcialmente llena, es un canal cubierto con una longitud comparativamente corta instalado para drenar el agua a través de terraplenes de carreteras o de vías férreas.
  2. 2. El túnel con flujo a superficie libre es un canal cubierto comparativamente largo, utilizado para conducir el agua a través de una colina o cualquier obstrucción del terreno.SECCIONES TRANSVERSALES MAS FRECUENTESLa sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y varía de un lugar aotro. Los canales artificiales, usualmente se diseñan con formas geométricas regulares las más comunesson las siguientes:SECCIONES ABIERTAS SECCION TRAPEZOIDAL Se usa siempre en canales de tierra y canales revestidos SECCION RECTANGULAR Se emplea para acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos SECCION TRIANGULAR Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo, por ejemplo surcos. SECCION PARABOLICA Se emplea a veces para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierraSECCIONES CERRADAS SECCION CIRCULAR Y SECCION DE HERRADOS Se usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes.ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE UN CANALNOMENCLATURALos elementos de un canal se muestran en la figura.
  3. 3. Donde: y = tirante de agua, es la profundidad máxima del agua en el canal b = ancho de la solera, ancho de la planilla, o planilla, es el ancho de la base de un canal T = espejo de agua, es el ancho de la superficie libre de agua C = ancho de la corona H = profundidad total del canal H-y = borde libre Θ = ángulo de inclinación de las paredes laterales son la horizontal Z = talud, es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llamatambién talud de las paredes laterales del canal). Es decir Z es el valor de la proyección horizontalcuando la vertical es 1.Aplicando relaciones trigonométricas, se tiene: Z =ctg Θ A = área hidráulica, en la superficie ocupada por el liquido en una sección transversal normalcualquiera.
  4. 4. P = perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con elliquido. R = radio hidráulica, es la dimisión características de la sección transversal, hace las funciones del diámetro en tuberías, se obtiene de la siguiente relación: R=A/p = Profundidad media, es la relación entre el área hidráulica y el espejo de agua es decir: = A/T
  5. 5. PROBLEMAS1.- Hallar para el canal de sección transversal que se muestra en la figura, los parámetros hidráulico: A,p, T, R y
  6. 6. Solución a. Descomponiendo las sección transversal en dos seciones simples y considerando como x, el tirante de la sección circular, se tiene: b. Calculo de x:De la figura se puede extraer el triangulo:En el cual se cumple la siguiente relación:Sen30º= (1,2-x)/1,2=1/21,2-x=1,2/21,2-x=0,6X=0,6 c. Calculo de los parámetros de la sección circular 1 c1. La relación tirante diámetro es: x/D = 0,6/2,40 = ¼ = 0,25 c2. Para esta relación de la tabla de área, perímetro mojado y radio hidráulico en conductos circulares parcialmente llenos. 2 2 A1/D = 0,1535 → A1 = 2,4 * 0,1535
  7. 7. 2 A1 = 0,8842m P1/D =1,0472 → P1= 2,4 * 1,0472 P1=2,5133mc3. De la tabla de relaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes, para el espejodel agua. Se obtiene:T1=2T1=2T1=2,07851m d. Calculo de los parámetros de la sección trapezoidal 2:Z= ctg60º=1/ = /3De la figura y de las ecuaciones para A, p y T, se tiene:A2= (T1+Z*0,6)0,6A2= (2,07851+ /3*0,6)0,6 2A2 = 1,4549 mp2 = 2*0,6 (no se considera la base, por no ser parte del perímetro de la figura)p2 = 2*0,6p2 = 1,3856 mT= T1 + 2Z X0,6T=2,07851+T=2,7713 mCálculos de los parámetros de la sección compuesta:A=A1 + A2A=0,8842 + 1,4549A=2,3391 m2p=p1+p2
  8. 8. p=2,5133+1,3856p=3,8989 mR=R=2,3391/3,8989R=0,5999 mLuego:A= 2,3391 m2 p=3,8989T=2,7713 m R= 0,5999 m2.Un túnel se construye con una sección transversal como se muestra en la figura. Sabiendo que r= 1,50m calcular el radio hidráulico R, para un tirante y =r.SOLUCION a. Descomponiendo la sección transversal en dos secciones simple, se tiene la figura siguiente
  9. 9. b. Calculo de X:De la figura se tiene: c. Cálculo de los tirantes en cada sección: c.1 Sección 1c.2 Sección 2
  10. 10. d. Cálculo de A1 y p1 : d.1 La relación tirante diámetro, es:e. Cálculo de A2 , p2 : e.1 La relación tirante diámetro, es: e.2 Cálculo de A’, p’: Para esta relación, de la tabla 1.1 se tiene:
  11. 11. e.3 Cálculo de A2, p2:e.4 Cálculo de A, p, R:

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