GUÍA - TRABAJO PRÁCTICO No 1: Tema: CANALES

[pic 1][pic 2]

Universidad Nacional de la Patagonia “San Juan Bosco”

Cátedra: Construcciones Hidráulicas  

CÁTEDRA: CONSTRUCCIONES HIDRÁULICAS

TRABAJO PRÁCTICO Nº: 01

TEMA: CANALES 

PROFESORES:

Ing. SAINZ TRÁPAGA, José María

Ing. DÍAZ FARIAS, Carlos Nicolás

Ing. Claudia Beccaria

Año 2020 

GUÍA - TRABAJO PRÁCTICO No 1: Tema: CANALES

Ejercicio No 1:

Se desea diseñar un canal revestido de hormigón, de sección trapezoidal, para la evacuación de aguas pluviales. El caudal de diseño es de 1600 l/s, el ancho de solera a respetar es de 1,20 m y su pendiente de 0,5‰. Se solicita conocer: a) tirante normal, b) tirante crítico c) tipo de flujo que se desarrolla, d) la sección hidráulica total del canal pluvial diseñado. (n: adoptar y justificar el valor adoptado)

Resolución:

Datos

Lo primero que debemos determinar es el valor a adoptar del coeficiente de Nanning, tabla 5-6  pág. 109 Hidráulica de canales Abiertos Ven Te Chow.

Hormigón terminado con llana metálica  n = 0,013

a ) El tirante uniforme se obtiene a partir de la ecuación de Chezy-Manning:

[pic 6]

Despejando se obtiene:   con [pic 7][pic 8]

[pic 9]

Donde, el primer término de esta ecuación puede calcularse a través de los datos del problema, y el segundo término se puede expresar en función del tirante h, para una sección trapecial, como:

    ; [pic 10][pic 11]

[pic 12]

 Vamos a adoptar un talud de 45 º , z = 1

Volcando los datos en una planilla de cálculo y utilizando la función “Buscar Objetivo” de Excel, se obtiene el valor del tirante uniforme o normal: .[pic 13]

b) El tirante crítico se determina a partir de la expresión de la energía especifica  E que, para dicho tirante, presenta su valor mínimo. [pic 14]

Condición de tirante critico    [pic 15]

 donde T : Ancho Superficial    , para sección trapezoidal [pic 16]

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Volcando los datos en una planilla de cálculo y utilizando la función “Buscar Objetivo” de Excel, se obtiene el valor del tirante crítico : .[pic 18]

c) Para clasificar el tipo de flujo en el cual se desarrolla vamos a utilizar el número de Froude, que tiene por expresión :  revisar[pic 19]

para   [pic 20][pic 21]

                              Base Superficial  [pic 22]

  . Considerando el número de Froude obtenido, podemos decir que el canal trapezoidal  el movimiento permanente y uniforme se realiza en régimen subcritico, ya que Fr es menor de que la unidad.[pic 23]

d) Sección hidráulica total: Nos falta definir la  revancha o borde libre;  según la tabla Nº 6 del Anexo del práctico según el caudal, para el Q dado corresponde f = 0,30 m

También podemos adoptar  = 0,25 m .[pic 24]

Adoptamos f = 0,30 m

[pic 25]

Ejercicio No 2:   REVISAR

El canal del Ej. N°1 debe atravesar un camino, para lo cual se debe diseñar un pasante de 15 m de longitud, constituido por una conducción cerrada de hormigón armado de sección rectangular, que debe funcionar a superficie libre, siguiendo la pendiente del canal. Se solicita diseñar la sección rectangular, la longitud de transición de la sección trapecial a la rectangular y la velocidad media del agua que alcanza a la salida del pasante.

Resolución:

El canal trapezoidal ya está calculado en el ejercicio Nº 1, ahora debemos calcular el canal rectangular, obteniendo el  tirante uniforme a partir de la ecuación de Chezy-Manning:

[pic 26]

Despejando se obtiene:   con [pic 27][pic 28]

[pic 29]

Donde, el primer término de esta ecuación puede calcularse a través de los datos del problema, y el segundo término se puede expresar en función del tirante h, para una sección rectangular, como:

    ;  La sección óptima es la que tiene menor perímetro mojado, en el caso de un canal rectangular se obtiene la relación [pic 30][pic 31][pic 32]

[pic 33]

Volcando los datos en una planilla de cálculo y utilizando la función “Buscar Objetivo” de Excel, se obtiene el valor del tirante uniforme o normal:  [pic 34]

: [pic 35]

Transición

La longitud de la transición L está relacionada con el ángulo α del cambio de dirección

            donde   , según las experiencias de Julian Hinds, y según el Bureau of Reclamation, se encontró que para este valor de α , se consiguen perdidas de cargas mínimas en la transición[pic 38][pic 39]

En nuestro caso tenemos  - Canal Trapecial [pic 40]

• Canal rectangular [pic 41]

  Longitud de la transición [pic 42]

[pic 43]

Ejercicio No 3:

Para un canal de riego de sección adoptada trapecial de talud z=1, que atraviesa en su recorrido un suelo franco-arcilloso (Adoptar n, de tablas) el que se usará para regar un superficie de 10000 has, con un módulo de riego de entrega máximo de 1,5 l/s ha. Pendiente media del terreno natural de 0,0003 m/m.

Dimensionar el canal con una sección de máxima eficiencia hidráulica

1) Adoptar velocidad admisible para ese suelo de bibliografía,

2) determinar primero “b”, “h”.

 3) luego la pendiente del canal “S” para una velocidad menor o igual a la admisible para ese terreno.

4) Finalmente comprar la pendiente “S” calculada con la del terreno natural y escriba conclusión de tal resultado.

Resolución:

Datos: Canal Trapecial

a) Suelo Franco –Arcilloso

[pic 46]

Tabla 7-3 Hidráulica de Canales Abiertos – Ven Te Chow

Obs: [pic 47]

Agua Limpia  [pic 48]

Agua que transporta limos coloidales [pic 49]

Vamos adoptar una velocidad menor que la admisible [pic 50]

b) El caudal de diseño es : [pic 51]

[pic 52]

Para dimensionar un canal trapecial de acuerdo a la sección de máxima eficiencia hidráulica (perímetro mojado mínimo)  se debe cumplir la siguiente condición:

[pic 53]

Reemplazando con θ= 45°, tendremos: [pic 54]

Adoptando una velocidad de 0,80 m/seg, se calcula a partir de la ecuación de continuidad el área necesaria para que escurra el caudal de diseño:

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Para determinar el tirante se aplica:                                           [pic 56]

Reemplazando el valor del área y despejando se obtiene:

- Tirante [pic 57]

- Base de solera [pic 58]

- Ancho superficial [pic 59]

3) Se despeja  la pendiente del fondo del canal de la fórmula de Chezy -Manning: [pic 60][pic 61]

En una sección de  máxima eficiencia hidráulica de forma trapezoidal o rectangular (para cualquier valor de Z), el radio hidráulico es igual a la mitad del tirante      [pic 62]

[pic 63]

Donde n se adopta de la misma tabla que la velocidad máxima  n = 0.025  [pic 64]

Nos falta definir la  revancha o borde libre;  según la tabla Nº 6 del Anexo del práctico según el caudal, para el Q dado corresponde f = 0,60 m

También podemos adoptar  = 1 m .[pic 65]

Adoptamos f = 1,00 m

4) Comparar la pendiente calculada con la pendiente del terreno natural

[pic 66]

[pic 67]

Ejercicio No 4:

Para un canal de sección trapezoidal de 30 Km de longitud, Q= 14 m3/s, pendiente S= 0,00025m/m y talud Z=1.

Proyectar el canal para una sección de mínima infiltración, en

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