Tarea 1 Corte II

Lorena Garzón Bonilla Cod. 0120122026

HIDRAULICA II

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES Página 1

1.0 QUÉ CONDICIONES SE DEBEN CUMPLIR PARA QUE SE PRESENTE UN FLUJO CRÍTICO

Para que se presente un flujo crítico se debe presentar lo siguiente:

El número de froude debe ser igual a 1 donde la energía específica es mínima.

Una combinación de fuerzas inerciales y gravitacionales que hacen que el flujo sea

inestable, convirtiéndolo en cierta manera en un estado intermedio y cambiante entre

los otros dos tipos de flujo (supercrítico y subcritico).

La sección del canal debe ser reducida.

Una sobre elevación del fondo del cauce.

2.0 QUÉ INDICA EL EXPONENTE HIDRÁULICO EN LA METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL FLUJO CRÍTICO

El exponente hidráulico es una función de la sección del canal y de la profundidad de flujo.

Depende de la forma de la sección y del tirante.

3.0 CÓMO SE PUEDE ESTABLECER QUE UN FLUJO ES UNIFORME

Un flujo uniforme se establece cuando en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a

medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarestada por las

componentes de fuerza gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección

del movimiento como se aprecia en la figura. Un flujo uniforme se desarrollará si la resistencia

se balancea con las fuerzas gravitacionales.

La magnitud de la resistencia, depende de la velocidad del flujo. Si el agua entra al canal con

lentitud, la velocidad y, por consiguiente, la resistencia son pequeñas, y la resistencia es

sobrepasada por las fuerzas de gravedad, dando como resultado una aceleración de flujo en

el tramo aguas arriba.

La velocidad y la resistencia se incrementaran de manera gradual hasta que se alcance un

balance entre fuerzas de resistencia y de gravedad. A partir de este momento, y de ahí en

adelante, el flujo se vuelve uniforme. El tramo de aguas arriba que se requiere para el

establecimiento del flujo uniforme se conoce como zona transitoria. En esta zona el flujo es

acelerado y variado. Hacia el extremo de aguas abajo, la resistencia puede ser excedida de

nuevo por las fuerzas gravitacionales y el flujo nuevamente se vuelve variado.


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Figura 1. Establecimiento del flujo uniforme en un canal largo

En la Figura 1 se muestra un canal largo con tres pendientes diferentes: subcrítica, crítica y

supercrítica. En la pendiente subcrítica el agua en la zona de transición aparece ondulante. El

flujo es uniforme en el tramo medio del canal pero variado en los dos extremos.

En la pendiente crítica la superficie del agua del flujo crítico es inestable. En el tramo

intermedio pueden ocurrir ondulaciones, pero en promedio la profundidad es constante y el

flujo puede considerarse uniforme. En la pendiente supercrítica la superficie de agua

transitoria pasa del nivel subcrítico al nivel supercrítico a través de una caída hidráulica

gradual. Después de la zona de transición el flujo se aproxima al uniforme.


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La profundidad del flujo uniforme se conoce como profundidad normal. En todas las figuras la

línea de trazos cortos representa la línea de profundidad normal, abreviada como L.P.N., y la

línea punteada representa la línea de profundidad crítica o L.P.C.

4.0 QUÉ USO TIENE LA DENOMINADA ECUACIÓN DE MANNING?

Se utiliza para calcular la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías. Es la ecuación

más ampliamente utilizada para el cálculo de flujo uniforme en canales abiertos.

V, es la velocidad media en (m / s), R, es el radio hidráulico en (m), S, es la pendiente de la

línea de energía en decimal y, n, es el coeficiente de rugosidad de Manning específico para

cada material y condición del lecho.

5.0 CUÁLES FACTORES AFECTAN EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING

En el cuadro a continuación se nombran los factores que afectan el coeficiente de rugosidad

de Manning:


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Rugosidad superficial.

•La rugosidad superficial se representa por el tamaño y la forma de losgranos del material que forman el perímetro mojado y que producen unefecto retardador del flujo. Por lo general éste se considera como el únicofactor para la selección del coeficiente de rugosidad, pero en realidad essolo uno de varios factores. En general, granos finos dan como resultadoun valor relativamente bajo de n, y granos gruesos, un valor alto.

•En corrientes aluviales en las cuales el material es fino, como arena,arcilla, marga o limos, el efecto retardador es mucho menor que cuando elmaterial es grueso, como las gravas o cantos rodados. Cuando el materiales fino, el valor de n es bajo y relativamente no se afecta por cambios enel nivel de flujo. Cuando el material consta de gravas y cantos rodados, elvalor de n por lo general es alto, en particular en niveles bajos o altos.

Vegetación

•La vegetación puede considerarse como una clase de rugosidad superficial,pero también reduce de manera notable la capacidad del canal y retarda elflujo. Este efecto depende por completo de la altura, la densidad, ladistribución y del tipo de vegetación, y es muy importante en el diseño depequeños canales de drenaje.

Irregularidad del canal

•Las irregularidades del canal incluyen irregularidades en el perímetromojado y variaciones en la sección transversal, tamaño y forma de ésta alo largo del canal. En canales naturales, tales irregularidades por lo generalson producidas por la presencia de barras de arena, ondas de arena,crestas, depresiones, hoyos y montículos en el lecho del canal. Estasirregularidades introducen rugosidad adicional a la causada por larugosidad superficial y otros factores. Un cambio gradual y uniforme en lasección transversal o en su tamaño y forma no produce efectosapreciables en el valor de n, pero cambios abruptos o alternaciones desecciones pequeñas y grandes requieren el uso de un valor grande de n.En este caso, el incremento en n puede ser 0.005 o mayor. Los cambiosque hacen que el flujo cambie de manera sinuosa de un lado al otro delcanal producirán el mismo efecto.

Alineamiento del canal

•Curvas suaves con radios grandes producirán valores de n relativamentebajos, en tanto que curvas bruscas con meandros severos incrementaran elvalor de n. Un aumento de 0.002 en el valor de n constituye una provisiónadecuada para la pérdida en curvas en la mayor parte de las canaletas quecontengan curvaturas pronunciadas sin importar que estén construidos enconcreto o en otros materiales. La presencia de meandros en corrientesnaturales, sin embargo, puede incrementar el valor de n en el 30%.


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Sedimentación y

socavación

•La sedimentación puede cambiar un canal muy irregular en un canalrelativamente uniforme y disminuir el n, en tanto que la socavación puedehacer lo contrario e incrementar el n. Sin embargo, el efecto dominante de lasedimentación dependerá de la naturaleza del material depositado. Depósitosno uniformes, como las barras de arena y ondulaciones de arena, constituyenirregularidades del canal e incrementaran la rugosidad. La cantidad yuniformidad de la socavación dependerán del material que conforma elperímetro mojado. Así, un lecho de arena o de gravas se erosionara másuniformemente que un lecho de arcillas. La sedimentación de las arcillaserosionadas en los terrenos aguas arriba tendera a emparejar lasirregularidades en un canal dragado a través de un suelo arcilloso.

Obstrucción

•La presencia de obstrucciones de troncos, deshechos de flujos, atascamientos,pilas de puente, y estructuras similares tiende a incrementar el n. La magnitudde este aumento depende de la naturaleza de las obstrucciones, de su tamaño,forma, número y distribución.

Tamaño y forma del

canal

•No existe evidencia definitiva acerca del tamaño y la forma del canal comofactores importantes que afecten el valor de n. Un incremento en el radiohidráulico puede aumentar o disminuir el n.

Nivel y caudal

•En la mayor parte de las corrientes el valor de n disminuye con el aumento enel nivel y en el caudal. Cuando el agua es poco profunda, las irregularidadesdel fondo del canal quedan expuestas y sus efectos se vuelven pronunciados.Sin embargo, el valor de n puede ser grande en niveles altos si las bancasestán cubiertas por pastos o son rugosas. Cuando el caudal es muy alto, lacorriente puede rebosar sus bancas y una parte del flujo se localizara en laplanicie de inundación. El valor de n para planicies de inundación por logeneral es mayor que el del canal en si y su magnitud depende de lacondición superficial o la vegetación. Si el lecho y las bancas de un canal sonsuaves y regulares y la pendiente del fondo es uniforme, el valor de n puedepermanecer constante para todos los niveles; en estas condiciones a menudose supone un valor constante de n para el cálculo de flujo. Esto ocurreprincipalmente en canales artificiales. En planicies de inundación el valor de na menudo varía con el nivel de sumergencia de la vegetación correspondientea niveles bajos.

Cambio estacional

•Debido al crecimiento estacional de plantas acuáticas, hierbas, malezas,sauces y árboles en el canal o en las bancas, el valor de n puede aumentar enla estación de crecimiento y disminuir en la estación inactiva. Este cambioestacional puede producir cambios en otros factores.

Material en suspensión y carga de

lecho

•El material en suspensión y la carga de lecho, ya sea en movimiento o no,consumirá energía y causara una pérdida de altura e incrementara la rugosidadaparente del canal.

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