diseño de canal hidraulico

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diseño de canal hidraulico

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Universidad Nacional Autnoma de NicaraguaUNAN-ManaguaDepartamento de ConstruccinFacultad de Ciencias e Ingenieras

Trabajo de Hidrulica IIDiseo de un canal hidrulico

Docente: Dr. Ing. Vctor Tirado.

Integrantes: Yindira Estefany Centeno. Kassandra Yokasta Jarqun. Carolina Gabriela Zamorio. Weslly Aragn Escobar.

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Carrera: Ing. Civil.

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Fecha: 01 de julio del 2015.

INTRODUCCIONEn el siguiente informe presentaremos el Diseo de un canal hidrulico ubicado en la colonia Miguel Bonilla, con una longitud de 100m. Para la realizacin de este necesitamos un anlisis granulomtrico del suelo y levantamiento topogrfico.El diseo de canales es un problema hidrulico en el cual hay que determinar las dimensiones de la estructura y forma (rectangular, circular, trapezoidal y triangular) y el caudal por el cual ser afectado.Adems para el diseo se deben tomar en cuenta ciertos factores como: tipo de material, coeficiente de rugosidad, pendiente del canal y taludes.Esta fuente de agua va desde la entrada a la colonia Miguel Bonilla y culmina frente a la empresa de maquinaria NIMAC y consta de una longitud de aproximadamente 800 metros. El cauce posee vegetacin variada, suelos sedimentados, y una pendiente variada.

OBJETIVOSObjetivo General

Disear un Canal Hidrulico para el cauce ubicado en la Colonia Miguel Bonilla ciudad de Managua.

Objetivo especifico

Realizar un levantamiento topogrfico en el sitio donde se har el canal hidrulico. Analizar el tipo de suelo mediante un estudio granulomtrico. Conocer las condiciones hidrulicas para el diseo del canal.

MARCO TEORICO

Canal

En ingeniera se denomina canal a una construccin destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que a diferencia de las tuberas, es abierta a la atmsfera. Tambin se utilizan como vas artificiales de navegacin. La descripcin del comportamiento hidrulico de los canales es una parte fundamental de la hidrulica y su diseo pertenece al campo de la ingeniera hidrulica, una de las especialidades de la ingeniera civil. Cuando un fluido es transportado por una tubera parcialmente llena, se dice que cuenta con una cara a la atmsfera, por lo tanto se comporta como un canal.

Clasificacin de canales

Canales naturalesSe denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son ms profundos, segn se encuentren en la montaa o en la planicie.

Los canales naturales influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varan en tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas hasta quebradas, arroyos, ros pequeos y grandes. Las corrientes subterrneas que transportan agua con una superficie libre tambin son consideradas como canales abiertos naturales. Las propiedades hidrulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares.

En algunos casos pueden hacerse suposiciones empricas razonablemente consistentes en las observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analtico de la hidrulica terica. Canales artificiales Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de vegetacin, canales de centrales hidroelctricas, canales y canaletas de irrigacin, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canales de madera, etc. As como canales de modelos construidos en el laboratorio con propsitos experimentales.Geomtrica de un canal

Las caractersticas geomtricas son la forma de la seccin transversal, sus dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal. Las caractersticas hidrulicas son la profundidad del agua (h, en m), el permetro mojado (P, en m), el rea mojada (A, en m) y el radio hidrulico (R, en m), todas funciones de la forma del canal. Tambin son relevantes la rugosidad de las paredes del canal, que es funcin del material en que ha sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la pendiente de la lnea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal.

Elementos geomtricos de una seccin de canal:

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia vertical del punto ms bajo de la seccin del canal a la superficie libre.

Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la seccin del canal en la superficie libre.

rea mojada: el rea mojada (A) es el rea de la seccin transversal del flujo normal a la direccin del flujo.

Permetro mojado: el permetro mojado (P) es la longitud de la lnea de la interseccin de la superficie mojada del canal con la seccin transversal normal a la direccin del flujo.

Radio hidrulico: el radio hidrulico (R) es la relacin entre el rea mojada y el permetro mojado, se expresa como: R = A / P

Profundidad hidrulica: la profundidad hidrulica (D) es la relacin del rea mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T

Factor de la seccin para el clculo de flujo crtico: el factor de la seccin (Z), para clculos de escurrimiento o flujo crtico es el producto del rea mojada con la raz cuadrada de la profundidad hidrulica, se expresa como: Z = A.

Factor de seccin para el clculo de flujo uniforme: El factor de la seccin, para clculos de escurrimiento uniforme es el producto del rea mojada con la potencia 2/3 del radio hidrulico, se expresa como: A. R^(2/3).

Nivel: es la elevacin o distancia vertical desde un nivel de referencia o datum hasta la superficie libre, no obstante, si el punto ms bajo de la seccin de canal se escoge como el nivel de referencia, el nivel es idntico a la profundidad de flujo.

Secciones transversales La seccin transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y varia de un lugar a otro. Los canales artificiales usualmente se disean con formas geomtricas regulares (prismticos), las ms comunes son las siguientes:Secciones Abiertas Seccin Trapezoidal: Se una siempre en canales de tierra y en canales revestidos. Seccin Rectangular: Se emplea para acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos. Seccin Triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambin en canales de tierra pequeos, fundamentalmente por facilidad de trazo. Tambin se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.

Secciones Cerradas Seccin Circular y Seccin de Herradura: Se usan comnmente para alcantarillas y estructuras hidrulicas importantes.

Salto HidrulicoEl salto hidrulico es un fenmeno de la ciencia en el rea de la hidrulica que es frecuentemente observado en canales abiertos como ros y rpidos. Cuando un fluido a altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensin abrupta en la superficie del fluido. ste fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energa cintica inicial del flujo en energa potencial, sufriendo una inevitable prdida de energa en forma de calor. En un canal abierto, este fenmeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rpidamente frenando y elevndose sobre l mismo, de manera similar a cmo se forma una onda.

Tipos de salto: Para F1 = 1.0: el flujo es crtico, y de aqu no se forma ningn salto.

Para F1 > 1.0 y < 1.7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular.

Para F1 > 1.7 y < 2.5: tenemos un salto dbil. Este se caracteriza por la formacin de pequeos rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La prdida de energa es baja.

Para F1 > 2.5 y < 4.5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilacin produce una gran onda de perodo irregular, la cual comnmente puede viajar por varios kilmetros causando daos aguas abajo en bancos de tierra y mrgenes.

Para F1 > 4.5 y < 9.0: se produce un salto llamado salto permanente: la extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prcticamente en la misma seccin vertical. La accin y posicin de este salto son menos sensibles a la variacin en la profundidad aguas abajo. El salto est bien balanceado y el rendimiento en la disipacin de energa es el mejor, variando entre el 45 y el 70%.

Para F1 = 9.0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte: el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie spera. La efectividad del salto puede llegar al 85%.Aplicaciones prcticas del salto hidrulico:

Las aplicaciones prcticas del salto hidrulico son muchas, entre las cuales se pueden mencionar:

Para la disipacin de la energa del agua escurriendo por los vertederos de las presas y otras obras hidrulicas, y evitar as la socavacin aguas abajo de la obra.

Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de medida y as mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propsitos de distribucin de agua;

Para incrementar peso en la cuenca de disipacin y contrarrestar as el empuje hacia arriba sobre la estructura;

Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrs el nivel aguas abajo, ya que la altura ser reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto.

Para mezclas qumicas usadas para purificar el agua.

Para acelerar el agua de abastecimiento a las ciudades.

Condiciones para la formacin del salto hidrulico

Canales r