Prctica No. 2 Modelacin Hidrulica del fenmeno del Resalto Hidrulico en obras de Ingeniera CivilCabrera E, Farfn J, Samaniego I.1.- Introduccin.1.1 Resalto hidrulico:El resalto hidrulico es un fenmeno de gran importancia en la hidrulica, se presenta en canales cuando un flujo que viaja en rgimen supercrtico se encuentra o alcanza una masa de agua que fluye en rgimen subcrtico. Al ocurrir esto, se produce un cambio abrupto en el rgimen acompaado de una disipacin de energa lo que provoca la inclusin de agua en la masa lquida. Ocurre con frecuencia en un canal por debajo de una compuerta deslizante de regulacin, en la parte de aguas debajo de un vertedero o en el sitio donde un canal con alta pendiente se vuelve casi horizontal de manera sbita. (Ven Te Chow, Pag 45)Para que se produzca un resalto hidrulico es necesario que los tirantes conjugados y1, y2 sean distintos del tirante crtico. El resalto debe ser estable, con esto las fuerzas que lo acompaan deben estar en equilibrio y debe conservarse el momentum o fuerza especfica. El momentum depende de la seccin del canal, del tirante y del caudal, por lo que existen ecuaciones y procedimientos para dar solucin al problema del resalto hidrulico para cada tipo de seccin de canal.

Figura 1. Ven Te Chow, Hidraulica de Canale Abiertos "Figura 3-4 Resalto Hidraulico interpretado mediante las curvas de energa especifica y fuerza especfica" Pag 451.2 Energia especfica.La energa en una seccin de canal se define como la energa por unidad de masa en cualquier seccin de un canal respecto al fondo del mismo. Para un canal de pendiente pequeas y =1, (Ven Te Chow, Pag 41)

La energa especfica es igual a la suma de la profundidad del agua ms la altura de velocidad y, cuando se grafica la profundidad de flujo contra la energa en una seccin de canal y un caudal determinados, se obtiene una curva de energa especfica, como se indica en la figura 1.1.

Figura 2: Ven Te Chow, Hidrulica de Canales abiertos. "Figura 3-2. Curva de energa especfica". Pag 42. 1.3 Nmero de FroudeEl concepto del nmero de Froude ya ha sido abordado con anterioridad en el presente curso, pero para conceptos y definiciones posteriores es importante incluir en el presente trabajo la definicin del mismo.Se entiende por nmero de Froude a la representacin de la relacin entre las fuerzas inerciales con las gravitacionales, dicha relacin representa el efecto de la gravedad sobre un estado de flujo.

efecto de la gravedad sobre un estado de flujo.te curso, pero para conceptos y definiciones posteriores es imp

1.4 Tipos de resalto hidrulico.Segn estudios del U.S. Bureau of Reclamation los resaltos pueden ser clasificados segn el nmero de Froude como sigue:1.4.1 Para un F=1 a 1.7 La superficie del agua muestra ondulaciones leves y el resalto toma el nombre de ondular.

Figura 3 Resalto Ondular "Wendor Chereque Moran, Mecnica de Fluidos 2" Pag 521.4.2. Para F= 1.7 a 2.5 Se desarrollan una serie de rodillos en la superficie del resalto y aguas abajo la superficie del agua permanece lisa. La prdida de energa es baja y el resalto se llama resalto dbil.

Figura 4 Resalto Dbil "Wendor Chereque Moran, Mecnica de Fluidos 2" Pag 521.4.3. Para F= 2.5 a 4.5 se produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie y otra vez hacia atrs, sin periodicidad. Aparece una onda aguas abajo. Se llama resalto oscilante.

Figura 5 Resalto Oscilante "Wendor Chereque Moran, Mecnica de Fluidos 2" Pag 52Importante: En obras de ingeniera civil, un resalto hidrulico correspondiente a un nmero de Froude dentro de ste rango representa un desgaste en la estructura, razn por la cual la misma debe someterse a revisin y modificacin en su diseo. 1.4.4. Para F= 4.5 a 9.0 El resalto es bien balanceado y de buen rendimiento, se presenta una disipacin de energa desde 45% a 70%. Se llama resalto Permanente.

Figura 6 Resalto Permanente "Wendor Chereque Moran, Mecnica de Fluidos 2" Pag 521.4.5. Para F= 9 o mayor se forma una superficie spera; aparecen ondas que viajan aguas abajo aunque el resalto es de buen rendimiento con una disipacin energtica del 85%. Se llama resalto fuerte.

Figura 7 Resalto Fuerte "Wendor Chereque Moran, Mecnica de Fluidos 2" Pag 52

1.5 Longitud del resalto hidrulico.Es la distancia desde la cara frontal del resalto hasta un punto en la superficie inmediatamente aguas abajo del remolino.La longitud del resalto no puede ser determinada de manera terica, sin embargo existen varias ecuaciones empricas que pueden aproximar este parmetro.

s= 8.3y1(Fr-1) Einwachter (Alemania)

))en aproximar este paraciones empa de manera tento en la superficie inmediatamente aguas abajo dle

2.- Materiales y mtodos.Descripcin del procedimiento:Para esta prctica lo que se hizo fue medir el calado aguas arriba del azud, con este valor se puede obtener el gasto que se produce en el canal por unidad de tiempo mediante la ecuacin:

Una vez calculado el caudal se procede a calcular la velocidad mediante la ecuacin V=Q/A. y por consiguiente la energa mediante la ecuacin (3-2) de Ven Te Chow.Para un mismo valor de energa tenemos un valor de calado alto y un bajo, el bajo se corresponder al valor y1 de nuestro resalto hidrulico. Se procede a calcular el valor de y2 mediante la ecuacin:

El valor de y2 calculado se debe comparar con el medido en el canal.Para calcular la longitud del resalto se usaron las formulas citadas en la seccin 1.5Todo este procedimiento se realiz para 10 valores de altura de flujo aguas arriba del azud.

3.- Resultados y discusin: Se pudo calcular los diferentes valores de y1 y y2, y se vio que la diferencia entre los valores de y2 calculado y y2 medido eran bajas lo que nos muestra precisin en las ecuaciones dadas en la bibliografa. Los nmeros de Froude obtenidos muestran valores desde 5.6 hasta 15.07 lo cual nos muestra estabilidad en los resalto. La medicin de la longitud del resalto hidrulico es un tema ms complejo que el clculo de los calados ya que no existe una ecuacin terica efectiva y todas las que se conocen son empricas, es por eso que se usaron varias para encontrar la que ms se apegue a los valores de longitud obtenidos en nuestra prctica, siendo la ecuacin de Chertusov (Rusia) la que arroj resultados ms cercanos a los medidos en la prctica, tambin cabe recalcar que la medicin de la longitud del resalto no es totalmente precisa pues a medida que aumenta el caudal, la masa de burbujas hace ms difcil el tener precisin en las mediciones manuales.

Determinacon de Y1 y Y2

hcaudalreavelocidadenergiayy1 resaltoy2 Medidov1Fry2 calculado

0.02250.00230.10420.02200.33600.33600.00290.07502.545215.07960.0605

0.02900.00340.10620.03160.34260.34250.00430.08002.532912.37560.0726

0.04000.00540.10960.04960.35360.35350.00670.13002.611010.17690.0933

0.04600.00670.11140.06010.35970.35950.00820.09802.62539.23950.1035

0.04850.00730.11220.06460.36220.36200.00880.11002.65819.04690.1083

0.05690.00920.11480.08020.37070.37040.01120.12002.65408.00670.1213

0.06500.01130.11730.09590.37900.37850.01360.13002.66857.30590.1339

0.07100.01280.11920.10780.38510.38450.01530.14302.70096.96240.1436

0.07920.01510.12170.12430.39350.39270.01800.14602.71796.47500.1557

0.08450.01670.12340.13520.39890.39800.01960.15502.73906.24000.1638

0.09880.02110.12780.16500.41370.41230.02470.16502.75685.60390.1836

Tabla 1 Clculo de Y1 y Y2

Longitud del Resalto

SmetanaUSBR-1(E.U)SAFRANEZEINWACHTERWOYCICKICHERTUSOVLs Medida

0.34550.40930.25840.33940.45470.25480.1050

0.41010.48520.31180.40320.54100.31520.2000

0.51940.61380.40290.51110.68650.41620.3000

0.57160.67520.44860.56280.75620.46790.3200

0.59680.70500.46970.58770.78970.49080.2400

0.66090.78020.52910.65130.87520.55840.3600

0.72170.85170.58620.71180.95630.62250.4400

0.76940.90780.63010.75911.01980.67100.5300

0.82660.97520.68610.81611.09610.73320.6500

0.86481.02020.72310.85421.14710.77380.7050

0.95341.12440.81570.94271.26530.87530.8850

Tabla 2 Longitud del resalto media varias frmulas

4.- Conclusiones. La modelacin hidrulica es de gran ayuda para el profesional, puesto que ahorra tiempo y dinero en el estudio de proyectos a gran escala. El resalto hidrulico es un fenmeno que debe tenerse en cuenta en las obras hidrulicas, pues si no se estudia puede darse el caso de que se presenten resaltos oscilantes que sean agresivos con la estructura. El manejo de expresiones tericas y experimentacin en el laboratorio sirven para afinar clculos y mediciones, lo cual repercute de manera directa en los resultados. En resaltos sumergidos la disipacin de energa se da de manera ms controlada por el canal y controla de mejor manera la agresividad del mismo sobre la estructura. Para el azud de nuestro canal de modelacin se presentaron discordancias muy leves entre los calados y calculados, esto se puede deber a errores de precisin en la medicin de la altura de lquido aguas arriba del mismo. 5.- Bibliografa.Chow, V. T. (1982). Hidrulica de los Canales Abiertos (Primera., p. 633) Mxico: Editorial Diana.Chereque, W. (1983). Mecnica de Fluidos 2. Lima Peru: S.N.