SIG Investigación

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO        

FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

PROYECTO FIN DE SEMESTRE

DOCENTE:

MARÍA ZUÑIGA

AUTOR:

MENDOZA ANGÉLICA

ANDERS OQUENDO

PAMELA SALAZAR

ASIGNATURA:

OBRAS HIDRÁULICAS I

SEMESTRE:

CUARTO “A”

FECHA DE PRÁCTICA:

17/03/2022

Objetivo del trabajo: Realizar un ejercicio de canales en un flujo de régimen variado, donde se verifique la lámina libre de un canal abierto cuando se encuentra expuesto a varios elementos hidráulicos.

Por un canal de sección rectangular de ancho 5 m y rugosidad de Manning 0.015 circula un caudal de 30 m3/s. A una distancia de 1000m aguas arriba del cambio de pendiente (sección P), un puente cruza el canal de modo que el gálibo entre la cara inferior del tablero y la solera es de 3 m.

Como primera instancia analizamos la información proporcionada y notamos el tipo de ejercicio, en este caso estamos en un ejercicio indirecto, puesto que no nos proporciona los valores del calado o caudal; debido a ello empezamos por plantearnos una hipótesis.

El canal depende de lo que sucede en la compuerta, puesta que es la que controla el flujo de agua, por ello empezaremos planteándonos en este punto las hipótesis.

Las posibles hipótesis que tenemos:

1. Desagüe Libre
2. Desagüe Anegado

La hipótesis que tomamos inicialmente es la más fácil a comprobar, por lo cual elegimos el desagüe libre. Para resolver el ejercicio iniciamos por plantear ejes de la siguiente manera

Procedemos a calcular el calado bajo la compuerta.[pic 1]

[pic 2]

Posteriormente, realizamos un balance de energías entre el eje 0 y 1 teniendo así la siguiente ecuación:[pic 3]

[pic 4]

En donde empleamos la fórmula de la energía específica

[pic 5]

Reemplazamos y calculamos el valor del caudal especifico

[pic 6]

[pic 7]

    🡪      🡪[pic 8][pic 9][pic 10]

A partir del caudal especifico es posible encontrar el caudal que circula en el canal de la siguiente manera:

    🡪  [pic 11][pic 12]

[pic 13]

A partir de los resultados anteriores podemos calcular el calado crítico y normal a través de la fórmula de Manning.

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

Con los calados determinamos el tipo de pendiente

   🡪     🡪 Pendiente Fuerte[pic 20][pic 21]

A partir de los cálculos realizados buscamos comprobar nuestra hipótesis, comenzamos por construir la lámina de agua en la compuerta para comparar el calado aguas debajo de la compuerta con el calado conjugado en el eje 1. El calado aguas abajo está unido por una curva F3 con las siguientes condiciones de contorno:

[pic 23][pic 22]

En donde emplearemos Excel para calcular la longitud de la curva F3, teniendo así

[pic 24]

Procedemos a calcular el calado conjugado usando la fórmula de Belanger

   [pic 25][pic 26]

  [pic 27][pic 28]

[pic 29]

Comprobamos el tipo de desagüe con la igualdad

   🡪           🡪    Desagüe Libre[pic 30][pic 31]

Con la igualdad comprobada nuestra hipótesis es correcta, por lo cual seguimos analizando nuestro canal, esta vez en el cambio de la pendiente.

Empezamos por determinar el tipo de pendiente calculando el caldo normal en el segundo tramo, para ello empleamos la fórmula de Manning[pic 32][pic 33]

[pic 34]

[pic 35]

Lo comparamos con el calado critico que es el mismo para cualquier tramo teniendo así

    🡪        🡪   Pendiente suave[pic 36][pic 37]

Al pasar de un régimen lento a régimen rápido tenemos un resalto hidráulico, en donde la localización del resalto se puede dar en el primer o segundo tramo, para ello propondremos el posible caso que se comprobara dependiendo si los resultados de la longitud son incongruentes, como puede ser una longitud negativa. Para nuestro ejercicio proponemos el Caso General 2, con lo cual tendremos una Curva F1 que se generara en el calado conjugado del calado normal del primer tramo, que calculamos con la fórmula de Belanger de la siguiente manera:

   [pic 38][pic 39]

 [pic 40]

Con ello, tenemos las siguientes condiciones de borde para la curva F1[pic 41]

 [pic 42]

En donde emplearemos Excel para calcular la longitud de la curva F1 teniendo así:

[pic 43]

Por la longitud de la curva y la longitud del tramo 2 se forma régimen uniforme.

Posteriormente analizamos el siguiente elemento en el canal, en este caso el umbral para lo cual empezamos analizando la energía del mismo planteando ejes en el inicio, centro y final.

Realizamos el balance de energías teniendo así la siguiente ecuación [pic 44]

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