2 Unidad Trabajo 6 Velocidad No Erosivas y Fuerza Tractivaconcepto Aplicaciones y Ejemplos

 

Universidad San Pedro Ingeniería Civil

 

VELOCIDADES VELOCIDA DES NO EROCION EROCIONABLES ABLES   -La velocidad mínima o velocidad no sedimentante es la menor velocidad que no permite el inicio de la sedimentación y no induce el crecimiento de plantas acuáticas y de musgo. Esta velocidad es muy incierta y su valor exacto no puede determinarse con facilidad. -Para aguas que no tengan carga de limos o para flujos previamente decantados, este factor tiene una pequeña importancia excepto por su efecto en el crecimiento de plantas. En general puede adoptarse una velocidad media de 2 a 3 pies/s cuando el porcentaje de limos presente en el canal es pequeño, y una velocidad media no inferior a 2.5 pies/s prevendrá el crecimiento de vegetación que disminuirá seriamente la capacidad de transporte del canal. -En el diseño de canales es necesario tomar en cuenta las velocidades excesivamente pequeñas, ya que pueden provocar azolvamientos en el canal o crecimiento en la vegetación.En términos generales conviene evitar velocidades menores a 1 m/s. -Esto en canales sin mucho material en suspensión. Aunque un canal revestido puede soportar velocidades relativamente altas, cuando éstas son excesivas se pueden presentar problemas, cómo: CAVITACIÓN o DESPRENDIMIENTO DEL MATERIAL DE REVESTIMIENTO. -Por ello conviene diseñar con velocidades que no excedan los 20 m/s.

 

Diseño de canales no erosionables -Los canales no erosionables se construyen por las siguientes cinco razones:          

 

Permitir el transporte de agua a altas velocidades a través de terreno con excavaciones profundas o difíciles en forma económica. Permitir el transporte de agua a alta velocidad con un costo reducido de construcción. Disminuir la infiltración, conservando el agua y reduciendo la sobrecarga en los terrenos adyacentes al canal. Reducir el costo anual de la operación y mantenimiento. Asegurar la estabilidad de la sección transversal del canal.

Pendiente - Pendientes del canal: La pendiente longitudinal del fondo del canal está gobernada por la

topografía y la carga requerida para el flujo de agua, y en muchos casos el propósito del canal. Por ejemplo, canales de irrigación, suministro de agua, excavación hidráulica, y otros, requieren un nivel alto en el punto de entrega; por lo cual es deseable una pequeña pendiente con el fin de mantener a un mínimo la pérdida en elevación. -Las pendientes laterales de un canal dependen de la clase del material, en la siguiente tabla se dan unos valores recomendados:

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FUERZA TRACTICA  -Este esfuerzo cortante no distribuye de manera uniforme en el canal, sino aproximadamente de 0.97 en el fondo y de 0.75 en los taludes. Estos resultados obtenidos para la geometría del canal se han generalizado para otros valores de k, b, y. Para ello existen gráficas que muestran éstos valores. El esfuerzo cortante actuante (Fuerza Tractiva por unidad de área) debe compararse con el esfuerzo permisible, es decir, la fuerza Tractiva Tr activa unitaria máxima que no causa erosión apreciable. La fuerza Tractiva permisible suele estimarse a partir de resultados de experimentos de laboratorio. -Existe un método de la fuerza tractiva lo cual se describe :  

Se estiman los valores de los ángulos θ (talud) y ɸ (ángulo de reposo del material). Considerando que θ ≤ ɸ. Para estimar el valor de ɸ podemos apoyarnos en la gráfica 4.13 y el ángulo θ lo podemos estimar mediante el e l valor k.

 

Se calcula el valor de “k” en la tabla siguiente: 

 

Determinar To.   Calcular: Ts = k To.   Suponer y calcular ES y Eo.   Se igualan los esfuerzos actuantes en el talud y en el fondo con sus correspondientes permisibles. 2

 

Se despeja el valor del tirante t irante “y” de ambas ecuaciones y se escoge la que resulte menor.  García Cruz, Bryan Alberto

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 

Se calcula nuevamente la relación b/y .    Se revisa el gasto de diseño con la fórmula de Manning.   Si el gasto obtenido no es igual al considerado se regresa al paso 5.   En el caso contrario, se estima el BL y se ajustan las dimensiones a valores prácticos.

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EJEMPLOS DE VELOCIDADES NO EROSIONABLES Y FUERZA TRACTIVA   I.  I. 

Calcular el ancho de plantilla y el tirante normal de un canal trapecial que debe transportar 10m3 /seg y tiene una pendiente de fondo So = 0.0016. El canal está formado por grava gruesa y piedra. Determinar todas las características geométricas. Datos: 

-N = 0.03 -z = 1 -Vp = 1.2 m/seg   Calculamos P= 9.8m   Calculamos el Radio Hidráulico: R = 0.8538 m   Calculando A : A = 8.33 m2 (Valores estimados)   Calculamos “y” y “b”:    +  = . 

 +  √  √  = . .   -De acuerdo con el sistema de ecuaciones obtenemos:

  = .    = .  -Sustituimos los valores:

 +  √  √  = . .    = .     - Ahora:  Ahora:

 =  +    =    =   II.  II. 

Dimensionar la sección transversal de un canal (Trapecial) que debe transportar un gasto de 60m3 /seg con una pendiente de So = 0.001. El canal está excavado en material poco angular con d75> 40mm. -Determinamos ɸ y  θ  ɸ = 38°

Considerando que ɸ = θ  Obtenemos que: z = 1.28 Por seguridad consideraremos que z =1.5 Por lo que: Θ = 34° 

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Calculando K:

K = 0.42 Calculando el valor de To (Fuerza Tractiva en el fondo)

To = 3.1 Kg/m2 Calculando Ts: Ts = k To Ts = (0.42) (3.1) = 1.3 Kg/m2 Ts = 1.3 Kg/m2 Kg /m2 Suponiendo b/y :

3.1 = 1000y (0.001) Eo 1.3 = 1000y (0.001) Partiendo de la relación b/y =2 Eo = 0.90 Es = 0.73 Al sustituir los valores obtenemos que: Y1 = 3.44m ;Y2 = 1.78m Se elige el tirante menor ya que calcularemos primero el menor gasto a transportar: Para cuestiones de diseño obtenemos que: B = 3.6 m y = 1.8 m Verificamos el gasto con la ecuación de Manning: Suponiendo que el revestimiento es de concreto (n = 0.030). Q = 12.9 m3 /seg El Gasto resultó menor al de diseño, por lo que se procede a calcular con el otro tirante obtenido Y = 3.44m, con el cual se debe obtener Q = ± 60 m3 /seg

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