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CANALES
1. SECCIN RECTANGULAR
DESCRIPCIN FORMULA Unid.
Base de Canal (b) m
Rugosidad (n) Ver tabla Manning
Densidad del agua () 1000 Kg/m3
Viscosidad Cinemtica () =/ m/s
Pendiente (So) =
m/m
Coeficiente de Coriolisis () =
3
3
Varia: 1.03<
-
F>1: Flujo Supercrtico
Numero de Reynolds (Re) =
Re
-
Tabla de Manning
Tabla recomendado por ANA.
SECCIN HIDRULICA PTIMA
Mxima eficiencia hidrulica: cuando para la misma rea y pendiente
conduce el
mayor caudal posible, sta condicin est referida a un permetro
hmedo mnimo
B=2y
R=y/2
SALTO HIDRULICO
F=2
+ =
ycg=y/2
Tirante conjugado
2 =1
2+
22
1+
(1)2
4
-
Perdida de energa
Longitud de Resalto: L
Pavlovski: = 2.5(1.92 1)
Schaumian: = 3.62(1 1
2)(1 +
1
2)2
BORDE LIBRE
-
Canal de tierra: y/3
Canal revestido: y/5
-
2. CANAL TRAPEZOIDAL
DESCRIPCIN FORMULA Unid.
Base de Canal (b) m
Talud (z) Z=ctg()
Tirante (y) m
rea Hidrulica (A) A=(b+zy)y m2
Espejo de Agua (T) T=b+2zy m
Permetro Mojado (P) P=b+2y1 + 2 m
Radio Hidrulico (R) R=
=
(b+zy)y
b+2y1+2 m
Profundidad Hidrulica (D) D=
=
(b+zy)y
b+2zy m
Caudal (Q)
=AR
23S1/2
n
m3/s
Velocidad media (V) V=Q/A m/s
Numero de Froude (F) =
F1: Flujo Supercrtico
Numero de Reynolds (Re) =
Re
-
CURVA DE ENERGA ESPECFICA
SECCIN CRTICA
DESCRIPCIN FORMULA Unid.
Caudal Unitario (q) q=Q/b m3/s/m
Froude (F=1) 2
=
3
Tirante Critico (yc) yc=
2
+23
m
Velocidad Critica (Vc) vc=
+
5+
m/s
Energa Mnima (Emin) Emin= +
2
2
SECCIN HIDRULICA PTIMA
Mxima eficiencia hidrulica: cuando para la misma rea y pendiente
conduce el
mayor caudal posible, sta condicin est referida a un permetro
hmedo mnimo
Z=1/3
R=y/2
b/y= 2tg(/2)
b/y=2(1 + 2 )
-
SALTO HIDRULICO
Fuerza especfica:
F=2
+ =
ycg=
3(
2+
+)
Perdida de energa
Tirante conjugado
-
3. DISEO DE CANALES ERODABLES
3.1. MTODO DE VELOCIDADES MXIMAS Y MNIMAS
1. Definir Coeficiente de Manning segn el material
2. Definir el pendiente lateral del canal segn el tipo del
material
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Recomendacin de U.S. BUREAU OF RECLAMATION
3. Definir la velocidad mxima y mnima permisible
La velocidad mnima permisible es aquella velocidad que no
permite sedimentacin,
El valor de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada
que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento de
plantas en el canal.
La velocidad mxima permisible se determina mediante la
tabla.
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Material Velocidad permisible
[m/seg]
Arena fina 0.46
Limo aluvial 0.61
Arcilla 1.16
Grava fina 0.76
Grava gruesa 1.22
Cantos rodados 1.52
Fuente: Chow (1994 :163).
Material Nmero de Manning
Concreto 0.013
Madera 0.012
Piedra 0.023
Tierra recin excavada 0.022
Tierra y pasto corto 0.027
Tierra y malezas 0.035
Fuente: Chow (1994 :108 111).
Material Pendiente lateral (Horizontal :
Vertical)
Roca : 1
Arcilla 1 : 1 2 : 1
Arena suelta 3 : 1
Suelos orgnicos 1 : 1
Fuente: Chow (1994 :156).
4. Aplicar ecuacin de Manning
Despejar A*RH2/3=Qn/s1/2
5. Seleccin de ancho de base y clculo de las propiedades
geomtricas del
canal
Determinacin de Mnima Infiltracin
Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de
agua por infiltracin
en canales de tierra
-
6. Borde Libre
3.2. MTODO DE LA FUERZA TRACTIVA
Cuando el agua se mueve en un canal, se crea en la direccin del
flujo un arrastre o
fuerza tractiva.
F = A L So
Donde es el peso especfico del agua, A es el rea de la seccin
transversal, L es la
longitud del volumen control y So es la pendiente del fondo del
canal.
La fuerza tractiva unitaria
Para canal muy ancho: b>10m ; R=y , la distribucin a lo largo
del permetro mojado
es uniforme
yS 0
Para canal: b
-
Cuando el movimiento est a punto de iniciarse, se tiene
L: Esfuerzo tractivo en lecho
Ws: peso de la partcula sumergida
a: rea efectiva
:angulo de reposo de la partcula
s: esfuerzo tractivo en talud
: angulo de talud
k: razn de la fuerza tractiva
Esfuerzos tractivos Esfuerzo cortante tractivo mximo segn el
grafico
Hidrulica de canales abiertos de French. R. H. 1988.
ESFUERZO MAXIMO PERMISIBLE: Esta fuerza es definida como la
mxima fuerza
tractiva que no causa erosin severa en el fondo y paredes del
canal en una superficie
nivelada.
-
Esfuerzo tractivo mximo para el fondo del canal
Esfuerzo tractivo mximo para los taludes del canal
Mxima velocidad permisible recomendada por Fortier y Escoby,
correspondiente a
valores de fuerza tractiva unitaria.
Material n Agua limpia
Agua con limos coloidales
V (m / s ) o (N/m2) V (m/s ) o (N /m2)
Arenas finas, no coloidales 0.020 0.457 1.29 0.762 3.59
Franco arenosos, no coloidal 0.020 0.533 1.77 0.762 3.59
Tierra firme comn 0.020 0.762 3.59 1.070 7.18
Arcilla dura, muy coloidal 0.025 1.140 12.4 1.52 22.0
Grava fina 0.020 0.762 3.59 1.52 15.3
Tierra negra graduada a piedritas cuando no es coloidal
0.030 1.140 18.2 1.52 31.6
Limos graduados a piedritas cuando no es coloidal
0.030 1.220 20.6 1.68 38.3
Grava gruesa no coloidal 0.025 1.220 14.4 1.83 32.1
Piedras y ripio 0.035 1.520 43.6 1.68 52.7
-
Esfuerzos tractivos permisibles para material no cohesivo
Esfuerzo tractivo permisible para materiales cohesivos
-
El ngulo de reposo, , para materiales no cohesivos
-
Conversion: 1in=25.4mm 1ft=30.48cm 1lb= 453.5923g
Emory W. Lane (1955)
3.3. CANALES CON FONDO MVIL
CRITERIO DE SHIELDS
Condiciones crticas para iniciar el movimiento
Esfuerzo de corte en el fondo
RS 0
* : ver tabla, esfuerzo de corte critico de Shields
Velocidad de corte
gRSV
0*
Parmetro de Shields: fuerza de arrastre/fuerza de
estabilidad
ds
c
)(
**
: Peso especfico del agua
s : Peso especfico del sedimento seco del lecho
ndice de inestabilidad
dV**Re ; *Re : Reynolds granular
-
d6.11Re*
-
Cuando el sedimento est en movimiento
*Re ; * : no depende del Reynolds segn el baco * =0.56
Cuando el sedimento est en reposo
Fondo plano: F1 Rizos: se forman cuando dm
-
Grafica de Simons
-
Calculo de coeficiente de Manning
Segn strickler:
n=0.0152501/6; d:mm
Segn Meyer
n=0.038901/6; d:m
Mediante mediciones de la velocidad
-
Angulo de friccin de partculas
-
4. SOCAVACIN Y EROSIN
SOCAVACIN GENERAL
Es el descenso generalizado del fondo del ro como consecuencia
de una mayor
capacidad de la corriente para arrastrar y transportar
sedimentos del lecho en
suspensin durante crecientes. Ocurre a todo lo largo del ro y no
necesariamente se
debe a factores humanos como la construccin de un puente o de
otra estructura.
La mas comn es debida a la contraccin del flujo que ocasiona la
remocin de
material a travs de todo o casi todo el ancho del cauce por lo
que si los mtodos de
clculo de la socavacin general se aplican para la seccin de un
puente, se est
considerando incluido el efecto de la contraccin del flujo y no
deben duplicarse los
efectos.
La condicin para que haya arrastre en las partculas en un punto
del fondo es que la
velocidad media de la corriente sobre ese punto, denominada
velocidad real, vr, sea
ms que la velocidad media que se requiere para que el material
existente en tal punto
sea arrastrado, denominado velocidad erosiva ve.
Socavacin general para suelos cohesivos (limo y arcilla) en
cauces definidos con rugosidad uniforme.
-
Calculo de la velocidad real del corriente
-
Profundidad de socavacin
Teora de Lischtvan-Lebediev
Hs es el tirante total que se produce; al restarle el tirante
inicial, Ho, proporciona la
socavacin esperada.
-
Socavacin general para suelos no cohesivos(arena, gravas finas)
en cauces definidos con rugosidad uniforme.
-
Profundidad de socavacin: dg=Hs-Ho
Hs=tirante alcanzado considerando la socavacin, en m. Ho=tirante
antes de la
erosin, en m.
-
dm: dimetro medio (en mm) de los granos del fondo.
x: exponente variable que depende del dimetro del material y que
se encuentra en la
tabla.
-
Ejemplo
SOCAVACION LOCAL
Se refiere a la remocin del material que circunda pilas,
estribos, diques o terraplenes
de acceso a un puente. Est causada por el cambio de direccin de
las lneas de
-
corriente, la turbulencia, la aceleracin del flujo y los vrtices
resultantes inducidos por
la obstruccin al flujo.
*Ocurre despus de la socavacin general
mtodo de Yaroslavtziev
suelos no cohesivos
-
Suelos cohesivos
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5. ENROCADOS
A) calidad de las rocas
b).- tamao de las rocas
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V*=0.03 velocidad critica de Shields
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6. DISEO DE DIQUES
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7. DISEO DE BOCATOMAS
BARRAJE
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Pasos para el clculo
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Asumir valores (d1 supuesto)
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Comprobar con ecuacin de continuidad
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Tabla 10
