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Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)Coeficiente de Rugosidad (2)
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“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”
Facultad deIngeniería Escuela Profesional de IngenieríaCivil
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
Cálculo de Coeficiente de Rugosidad de Canal
INTEGRANTES
ARAUCO CALDERON CESAR ARTURO
GALINDO TUNQUE JAIME ANTONIO
GARCIA HUALLULLO JEAN CARLOS
PEREZ MANTURANO JULIO CESAR
SANCHEZ NUÑES JHON HUGO
SALAZAR SALINAS LELI DOLLY
TELLO TERREROS GUSTAVO
DOCENTE : Ing. Herquinio Arias, Manuel Vicente
CURSO : Canales
SECCION : BI 1002
HUANCAYO – PERÚ
2015
2
INTRODUCCIÓN
Se tiene por definición un canal abierto un conducto para flujos en la cual tiene superficie
libre, la superficie libre es esencialmente un interface entre dos fluidos de diferente
densidad, separados por efectos de gravedad y distribución de presiones. Los flujos casi
siempre son turbulentos y no son afectados por tensión superficial en el caso del agua. Un
caso particular de la aplicación de la ecuación de energía, cuando la energía está referida al
fondo de la canalización, toma el nombre de energía específica en canales. Cuando la
profundidad de flujo se gráfica contra la energía para una sección de canal y un caudal
determinados, se obtiene entonces una curva de energía específica, Para un caudal
constante, en cada sección de una canalización rectangular, obtenemos un tirante y un valor
de energía específica, moviéndose el agua de mayor a menor energía con un gradiente, en
este caso, coincidente con la pendiente de energía. Analíticamente es posible predecir el
comportamiento del agua en el canal rectangular, sin embargo la observación del fenómeno
es ahora de mayor importancia y toda conclusión estará ligada al experimento. El salto
hidráulico es un fenómeno producido en el flujo de agua a través de un canal cuando el
agua discurriendo en régimen supercrítico pasa al régimen subcrítico.
3
I. OBJETIVOS
a. GENERAL
Determinar el coeficiente de rugosidad de Manning del canal de prueba presentado.
b. ESPECIFICOS
Calcular la profundidad crítica Yc y la energía específica mínima.
Determinar la velocidad y la energía específica.
Graficar la curva de energía específica.
Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.
II. GENERALIDADES
CONCEPTO DE RUGOSIDAD
La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que están
construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los valores son
determinados en mediciones tanto de laboratorio como en el campo. No es significativa,
como se puede ver a continuación, la variación de este parámetro es fundamental para el
cálculo hidráulico por un lado, y para el buen desempeño de las obras hidráulicas por otro.
Si se considera un canal de concreto, bien construido y con revestimiento nuevo, (por
ejemplo sea un canal rectangular de 5 m de base y con un tirante de i m de agua) y se
vuelve a analizar el mismo canal después de años de uso, sin un adecuado mantenimiento,
su rugosidad podría fácilmente pasar de la clase 1 a la clase 7, lo que significaría que el
canal podría transportar solamente el 32 % de su capacidad potencial, si estuviera en
óptimas condiciones. Estos aspectos deben ser considerados cuande se analizan posibles
variantes de proyectos hidráulicos de grandes dimensiones desde el punto de vista de
los impactos ambientales tenciales.
4
Coeficiente n para la fórmula de Manning
Clase Naturaleza de las paredes n
1
Canal revestido con losas de hormigón, teniendo juntas de cemento lisas y
limpias, y una superficie lisa fratasada a mano y con lechada de cemento sobre
la base de hormigón.
0.012
2 Canal de hormigón colocado detrás de un encofrado y alisado. 0.014
3 Zanja pequeña revestida de hormigón, recta y uniforme, con fondo
ligeramente cóncavo, los lados y el fondo recubiertos con un depósito áspero. 0.016
4
Revestimiento con concreto arrojado sin tratamiento de alisado.
Superficie cubierta con algas finas y el fondo con dunas de arena
arrastrada.
0.018
5 Canal de tierra excavado en arcilla limosa, con depósitos de arena limpia en el
centro y barro arenoso limoso cerca de los lados. 0.018
6 Revestimiento de hormigón hecho sobre roca y lava cortada, en excavación
limpia, muy áspera y pozos profundos. 0.020
7 Canal de riego, recto en arena lisa y apretada fuertemente. 0.020
8
Revoque o repello en cemento, aplicado directamente a la superficie
preparada del canal de tierra. Con pasto en los lugares rotos y arena suelta en
el fondo.
0.022
9 Canal excavado en arcilla limo arenosa. Lecho parejo y duro. 0.024
10 Zanja revestida en ambos lados y en el fondo piedra partida acomodada en
seco. 0.024
11
Canal excavado en colina, con la ladera superior cubierta de raíces de sauces y
la ladera inferior con muros de hormigón bien ejecutado. Fondo cubierto con
grava gruesa.
0.026
12 Canal con fondo de guijarros, donde hay insuficiente sedimento en el agua, o
velocidad muy alta que impide la formación de un lecho liso y nivelado. 0.028
13 Canal de tierra excavado en suelo arcillo-arenoso aluvial, con depósitos de 0.029
5
arena en el fondo y crecimiento de pastos.
14 Canal en lecho de guijarros grandes. 0.030
15
Canal natural algo irregular en sus pendientes laterales; con fondo algo
uniforme, limpio y regular; en arcilla arenoso gris claro a limo gredoso de
color marrón claro; con poca variación en la sección transversal.
0.035
16 Canal en roca excavado con explosivos. 0.040
17 Zanja de arcilla y greda arenosa; pendiente lateral, fondo y secciones
transversales irregulares, pastos en los lados. 0.040
18
Canal dragado, pendientes laterales y fondo irregulares en arcilla negra
plástica en la parte superior y en el fondo arcilla, los lados cubiertos con
pequeños arbolitos y arbustos, variación pequeña y gradual en la sección
transversal.
0.045
19
Canal dragado, con pendiente lateral y fondo muy irregular, en arcilla plástica
de color obscuro, con crecimiento de pasto y musgo. Pequeñas variaciones en
la forma de la sección transversal para la variación en tamaño.
0.050
20
Zanja en arcilla muy arenosa; Lado y fondo irregulares; prácticamente toda la
sección llena con árboles de gran tamaño, principalmente sauces y
algodoneros. Sección transversal bastante uniforme.
0.060
21
Canal dragado en arcilla resbaladiza negra y greda arcillo-arenosa gris, lados y
fondo irregular recubierto con crecimiento denso de arbustos de sauces,
algunos en el fondo; el resto de las laderas cubierto con pastos y crecimiento
espaciado de sauces y álamos sin follaje; algún depósito en el fondo.
0.080
22 Igual que (21) pero con mucho follaje. 0.110
23
Canales naturales en crecida en arena fina media a arcilla fina, sin pendientes
laterales; fondo adecuadamente parejo y regular con ocasionales hoyas planas;
variación en profundidad; maderas prácticamente vírgenes, muy poco
crecimiento inferior excepto manchas densas ocasionales de ramaje y árboles
pequeños, algunos troncos y árboles caídos muertos.
0.125
6
24
Rio natural en suelo de arcilla arenosa. Curso muy sinuoso, pendiente lateral
irregular y fondo desparejo. Muchas raíces árboles y ramas, grandes troncos y
otros residuos sobre el fondo. Hay árboles cayendo continuamente en el canal
debido a la erosión de las márgenes.
0.150
Fuente: Ven te Chow, Hidráulica de los canales abiertos.
7
III. FORMULAS UTILIZADAS
Área: 𝐴 = 𝑌𝑐 ∗ 𝑇
Radio Hidráulico: 𝑅 =𝐴
𝑃
Perímetro mojado: 𝑃 = 𝑇 + 2𝑌𝑐
Pendiente: 𝑆 =𝑌
𝐿
Fórmula de Manning para Caudal: 𝑄 =1
𝑛.𝐴.𝑅
2
3 . 𝑆1
2
… de acá:
Coefciente de Rugosidad
𝑛 =1
𝑄.𝐴.𝑅
2
3 . 𝑆1
2
8
IV. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO DE RUGOSIDAD EN EL CANAL
ENSAYO 1
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n' Toma de datos para el Caudal Vol 1 lt
T1 2.21 seg.
T2 2.19 seg.
T3 2.14 seg. Q 0.46583851 lt/seg. = 0.00046584 m3/seg.
T4 2.03 seg.
T5 2.11 seg.
T6 2.2 seg.
Tprom 2.14666667 seg.
Elevación Y 0.02 m S = 0.01666667
L 1.2 m
T 13.6 cm = 0.136 m
y 7.5 mm = 0.0075 m
P 0.151 m
A 0.00102 m
R 0.00675497 m
n 0.0101
9
ENSAYO 2
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n' Toma de datos para el Caudal Vol 1 lt
T1 4.51 seg.
T2 4.4 seg.
T3 4.3 seg.
T4 4.53 seg. Q 0.22615907 lt/seg. = 0.00022616 m3/seg.
T5 4.4 seg.
T6 4.39 seg.
Tprom 4.42166667 seg.
Y 0.02 m S 0.01666667
L 1.2 m
T 13.6 cm = 0.136 m
y 4.5 mm = 0.0045 m
P 0.145 m
A 0.000612 m
R 0.00422069 m
n 0.00912
10
ENSAYO 3
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n' Toma de datos para el Caudal Vol 1 lt
T1 2.5 seg.
T2 2.41 seg.
T3 2.54 seg.
T4 2.5 seg. Q 0.40431267 lt/seg. = 0.00040431 m3/seg.
T5 2.4 seg.
T6 2.49 seg.
Tprom 2.47333333 seg.
Y 0.02 m S 0.01666667
L 1.2 m
T 13.6 cm = 0.136 m
y 6.5 mm = 0.0065 m
P 0.149 m
A 0.000884 m
R 0.00593289 m
n 0.00925
11
ENSAYO 4
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n' Toma de datos para el Caudal Vol 1 lt
T1 4.1 seg.
T2 4.04 seg.
T3 4.17 seg.
T4 4.21 seg. Q 0.24291498 lt/seg. = 0.00024291 m3/seg.
T5 4.18 seg.
T6 4 seg.
Tprom 4.11666667 seg.
Y 0.02 m S 0.01666667
L 1.2 m
T 13.6 cm = 0.136 m
y 5 mm = 0.005 m
P 0.146 m
A 0.00068 m
R 0.00465753 m
n 0.01008
12
ENSAYO 5
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n' Toma de datos para el Caudal Vol 1 lt
T1 8.51 seg.
T2 8.47 seg.
T3 8.45 seg.
T4 8.59 seg. Q 0.1175779 lt/seg. = 0.00011758 m3/seg.
T5 8.58 seg.
T6 8.43 seg.
Tprom 8.505 seg.
Y 0.02 m S 0.01666667
L 1.2 m
T 13.6 cm = 0.136 m
y 3.3 mm = 0.0033 m
P 0.1426 m
A 0.0004488 m
R 0.00314727 m
n 0.01058
13
CÁLCULO DE ‘n’ PROMEDIO
PROCEDIMIENTO DE CÁCULO DE 'n'
n1 = 0.01010116
n2 = 0.00912397
n3 = 0.0092506
n4 = 0.01007897
n5 = 0.01058296
n-prom = 0.00983
14
V. ANALISIS DE RESULTADOS
Según el resultado se puede observar que el valor de la rugosidad se puede comparar como
un canal dragado en arcilla resbaladiza negra y greda arcillo-arenosa gris, lados y fondo
irregular recubierto con crecimiento denso de arbustos de sauces, algunos en el fondo; el
resto de las laderas cubierto con pastos y crecimiento espaciado de sauces y álamos sin
follaje; algún depósito en el fondo. Esto según la tabla de Manning.
15
VI. CONCLUSIONES
La práctica es de gran importancia ya que en su realización se pudo observar el
comportamiento de un flujo en un canal, para así facilitarnos la familiarización con todas
las variables que rigen ese comportamiento.
La práctica fue de gran enriquecimiento profesional, ya que se nos permitió conocer por
medio de modelaciones en laboratorio los posibles problemas que se pueden presentar en
nuestro directo contacto con una obra, con las mismas o muy parecidas especificaciones de
obra.
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