“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.

16

VII. ANEXOS

Fig. 1. Realizando las pruebas al canal antes de la toma de datos

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Fig. 2 Canal en correcto funcionamiento

Fig. 3. Canal luego de la toma de datos