Compañero si es posible que la información pueda estar dentro del guion como información que tomaremos para el video estará bien, la intención con este video es dar a conocer la información

que pondríamos en el video. Esto no es todo pero es algo generalizado. . Esperamos que realices el trabajo.

Agradecimientos de

Irvin Alexis Hernández Santiago

Y

Flores alcázar Eduardo salomón

Facultad de ingeniería unach

Tema general

Transiciones

Objetivo

El alumno diseñara dispositivos de aforo en canales, así como transiciones en régimen subcritico y alcantarillas.

Parte 1TRANSICIONES Y CURVAS EN REGIMEN

SUBCRITICO. 

Un trabajo que frecuentemente deben realizar los ingenieros civiles, consiste en el diseño de una transición

entre dos canales de diferente sección transversal, o entre un canal y una galería o un sifón.

Como criterios para el dimensionamiento hidráulico se pueden mencionar:

a. Minimización de las pérdidas de energía por medio de estructuras económicamente justificables.

b. Eliminación de las ondulaciones grandes y de los vórtices (por ejemplo, los vórtices de entrada con el consecuente peligro de introducción de aire.

c. Eliminación de zonas con agua tranquila o flujo muy retardado (por ejemplo: las zonas de separación traen consigo e! riesgo de depósito de material en suspensión).

Estos criterios se cumplen para el caso de flujo subcrítico, si se le confiere a la estructura de transición una forma hidrodinámica con la ayuda de relaciones derivadas del fenómeno de la formación de ondas.

El problema de la formación de ondas no se restringe a las estructuras con flujo supercrítico.

También en flujo subcrítico se forman ondas permanentes si hay cambios bruscos de dirección o cambios fuertes de nivel del fondo del canal.

En este último caso puede llegar a presentarse un cambio de régimen con salto hidráulico, si no se pone atención en el diseño de la estructura.

Para los cálculos hidráulicos en las estructuras de transición con flujo subcrítico son admisibles las siguientes hipótesis:

Se supone que la pendiente de la línea de energía es constante en el tramo relativamente corto de la estructura de transición y, en ausencia de pérdidas locales, puede, asimismo, calcularse por tramos con la ayuda de la ecuación de Gauckler-Manning-Strickler: 

La velocidad varía principalmente en función de la distancia. Se supone que los factores α y β son iguales a 1, o bien, pueden definirse para las secciones transversales extremas y efectuar una interpolación para las secciones intermedias.

Los efectos de la curvatura del flujo pueden ignorarse, con lo que las distribuciones de presión resultan hidrostáticas. Se pueden dejar de considerar también las zonas de separación de flujo. 

PASOS PARA EL DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA DE TRANSICIÓN. 

Una ayuda valiosa en el cálculo hidráulico es el diagrama de energía con las curvas h0- y. Se recomienda trazar, con el caudal dado Q, una familia de curvas para varias secciones transversales de la estructura, donde los

cambios en la sección transversal de la estructura de transición están limitados únicamente a cambios en el ancho B del canal, de tal modo que las secciones transversales consecutivas están caracterizadas por valores definidos del caudal unitario q=Q/B.

Parte 2

Dispositivo de aforo en canales

Aforar significa determinar el gasto que escurre a través de un curso natural o de un canal artificial de agua. Entre las diversas maneras de efectuar los aforos, existen dos procedimientos que interesan en Hidrología: a) los denominados métodos directos, en los cuales se mide la velocidad del escurrimiento y la sección mojada correspondiente y b) los denominados métodos indirectos, donde la velocidad se estima mediante mediciones y reconocimientos de campo especiales; con formulaciones matemáticas derivadas de la Hidráulica clásica, como son las ecuaciones de Bernoulli y de Chezy-Manning.

El gasto en un canal se puede medir simplemente con un vertedor, ya que se conoce la formula que relaciona la carga sobre su cresta con el gasto que pasa sobre él. Sin embargo el vertedor no es muy apropiado para medir gastos en canales grandes porque exige una diferencia importante de niveles en la plantilla antes y después de la estructura.

También puede medirse gastos en canales construyendo secciones con geometría sencilla, llamadas secciones de aforo, y a partir de mediciones cuidadosas, generalmente hechas con molinete donde se pueden elaborar curvas de gasto Q-h.La dificultad que encierra este procedimiento es que la presión obtenida no es a menudo la deseada y por eso se ha recurrido a otro tipo de aforador como es el debido a parshall.

En general, el procedimiento para aforo en canales puede planearse en la siguiente fórmula:

Supóngase que se diseña un cambio geométrico en un canal de una sección 1 a dos, construidas en un tramo pequeño de un mismo canal partiendo de la ecuación de la energía (1). Y puede escribirse (para S0 =0)(2)

z1+h1+ v 12

2g=z2+h2+ v 2

2

2g + hF1-2 (1) h1−h2= v2

2

2 g− v 1

2

2g+hF1-2 (2)

Y Como:

hf 1−2=f (Cf ,V 12 ,V 22)

En que Cf es el coeficiente que incluye la geometría del tramo.

Utilizando hf 1-2 que se indica obtenemos la formula De:

Q= Cd √h1−h2

Siendo Cd EL coeficiente de descarga.

Ejemplo de aforador

El aforador Parshall

El aforador Parshall es una estructura hidráulica que permite medirla caudal de agua que pasa por una sección de un canal. Consta de cuatro partes principales:

il Transicion de entrada.

ii) Sección convergente

iii) Garganta.

iv) Sección divergente.

En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondo original del canal, con una pendiente suave y las paredes se van cerrando. va sea en línea recta o circular. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar con otra pendiente ascendente en la sección divergente. En cualquier parte del aforador, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el aforador tiene una sección rectangular. Junto a la estructura del aforador se tienen dos pozos laterales o tanques con la misma profundidad, o mayor, que la parte más baja del aforador. El agua que escurre por el aforador pasa a estos tanques por medio de unas perforaciones colocadas en la pared de la sección convergente y en la garganta, ver figura 1.

Fundamentalmente. el aforador es una reducción de la sección que obliga al agua a elevarse o a remansarse", y volver a caer. Hasta la elevación que se tenía sin la presencia del aforador. En este proceso se presenta una aceleración del flujo que permite establecer una relación matemática entre la elevación del agua y el gasto.

Por medio de muchos experimentos en los que se colocaron diferentes tamaños de aforadores y se midió el gasto y la profundidad, (a la que también puede llamársele elevación. nivel, tirante o carga] se observo que todos los aforadores tienen un comportamiento similar en la relación tirante contra gasto, para condiciones de descarga libre ; es decir, todos se

pueden representar matemáticamente con la siguiente ecuación.

Q=Cd√h1−h2 (1)

Donde Q es el gasto, para condiciones de descarga libre; Ha es la profundidad del agua en una ubicación determinada del aforador ; C y n son valores diferentes para cada tamaño de aforador. En función del tamaño del aforador las unidades de la ecuación (1) pueden ser en uso m3/s cúbicos para el gasto y en milímetros o metros para la profundidad Ha. Los aforadores que se probaron tienen medidas establecidas y cualquier aforador que se construya debe apegarse a dichas medidas, ya que los errores de construcción generaran mediciones err6neas.

Parte 3

Alcantarillas

Hidráulicamente, las alcantarillas se definen como conductos cerrados, ya que pueden operar con la línea de carga de la corriente de agua por encima de su corona y, por consiguiente, trabajar a presión. Una alcantarilla que no trabaje a plena carga opera de la misma forma que un canal abierto. Las alcantarillas se construyen de diversas formas: circulares, ovaladas o abovedadas cuadradas y rectangulares, y están hechas de distintos materiales, concreto simple o armado, metal liso o corrugado, arcilla, etc.

ESTUDIOS HIDRÁULICOS

El diseño hidráulico de las alcantarillas tiene por finalidad encontrar el tipo y tamaño de éstas que desagüen de la manera más económica la corriente original por una lluvia de frecuencia establecida. Una alcantarilla se construye para dar paso bajo la carreta al agua que escurre por la corriente o canal. Generalmente, la alcantarilla reduce el cauce de la corriente, ocasionando un represamiento del agua a su entrada y un aumento de su velocidad dentro del conducto y a la salida. El éxito del diseño hidráulico radica, en lograr una estructura con capacidad de descargar, económicamente, una cantidad de agua dentro de los límites del nivel de las aguas y de velocidad. Con la altura y descarga determinadas, la finalidad del diseño es proporcionar la alcantarilla más económica.

EL FLUJO EN LAS ALCANTARILLAS

Para proyectar una alcantarilla se debe conocer la mecánica básica del flujo en el conducto para establecer las ecuaciones que relacionan a la altura del agua a la entrada con el gasto y las dimensiones de la alcantarilla. El escurrimiento a través de una alcantarilla se regula por los siguientes factores: pendiente del lecho de la corriente aguas arriba y aguas abajo del lugar, pendiente del fondo de alcantarilla, altura de embalse a la entrada, tipo de entrada, rugosidad de las paredes de la alcantarilla, y altura del remanso a la salida a, que será la que con menor sección transversal satisfaga los requisitos del diseño.

CLASIFICACION DE LAS ALCANTARILLAS

ALCANTARILLAS METALICAS

Generalmente corrugadas, ya que esta condición aumenta la resistencia del material, acero o aluminio, a los esfuerzos.

ALCANTARILLAS DE CONCRETO

Según su forma pueden ser de cajón, circular y ovaladas. En canales estrechos y profundos que lleven altos flujos en épocas lluviosos, es más conveniente alcantarillas estrechas y altas. En zonas planas, sin cauces definidos, el agua escurre en grandes volúmenes pero pequeñas alturas, en este caso, una alcantarilla de cajón de varias celdas o aberturas será la indicada.

ALCANTARILLAS DE CAJON

Estas son adecuadas cuando trabajan bajo condiciones de compresión moderadas o rellenos muy bajos; cuando las cargas del relleno aumentan, o cuando las presiones hidrostáticas internas son mayores de las cargas interiores; esta forma de alcantarilla es menos económica. Las alcantarillas de varias celdas se adaptan a rellenos moderados a largos cursos de aguas; son ventajosas cuando la pendiente del terreno es fuerte y la altura de relleno es restringida, en estas alcantarillas no se presentan de fundación; sobre suelos que no se portan compresión o que tienen baja capacidad de soporte, las presiones se distribuyen de forma más uniforme y sobre un área más ancha que en los otros tipos de alcantarillas; el asentamiento es menos probable y, por lo tanto disminuye la posibilidad de hundimientos en la vía. En fundaciones sobre rocas, el

espesor de la loza de fondo puede ser reducido y, a veces, hasta eliminado mediante l uso de pequeñas bases. El uso de las alcantarillas de cajón es muy frecuente debido a la simplicidad de su construcción.

ALCANTARILLAS CIRCULARES

Pueden ser prefabricadas o de diseño especial. Las prefabricadas se usan cuando va a estar sometidas a carga de relleno y Cargas hidrostáticas dentro de los límites normales. Cuando la eficiencia hidráulica es importante, como en el caso de las alcantarillas largas las características de la alcantarillas circulares son decisivas para su elección. En efecto, para un perímetro dado, la selección circular tiene mayor área que cualquier otra forma, lo que significa economía de materiales. Además para un área dada de sección circular se tendrá el mayor flujo debido al mayor radio hidráulico.

ALCANTARILLA DE DISENO ESPECIAL

Se diseñan con la cara inferior relativamente plana, logrando una distribución amplia de la carga, la cual da grandes espesores y resistencia en los lados y la transición uniformes de los grandes empujes a la fundación y pequeños espesores en la parte superior para resistir las pequeñas presiones y fuerzas cortantes. En resumen este tipo de alcantarillas tiene diseño hidráulico de un tubo circular, las propiedades de soporte de un arco y una base plana tan útil como las alcantarillas de cajón. Se ha comprobado que los siguientes factores afectan la vida de una alcantarilla: Gasto que fluye a través de la alcantarilla, velocidad del flujo contenido de sedimentos abrasivos, concentración de iones hidrógeno (PH) en el suelo, resistividad eléctrica del suelo contenido de carbonato de calcio, sulfato y sólidos disueltos en el agua, características geológicas de los manantiales presencia de

compuesto orgánicos en el agua y afectación de la hoya por materias contaminantes.