2017-01 Taller Red de Filtración

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA CIVIL PLANIFICACIÓN DE TALLER MATERIA: MECÁNICA DE FLUIDOS

TEMA UNIDAD

TEMA DEL TALLER

Unidad 7: Flujo bidimensional y subterráneo

Red de filtración

FECHA DURACIÓN

Julio 2018

1,5 hrs

LUGAR EN EL QUE SE REALIZA EL TALLER Facultad de Ingeniería

OBJETIVO(S) DEL TALLER

ACTIVIDADE(S) ACTIVIDADE(S) A REALIZAR

MÉTODO DE ENSEÑANZA DE LA(S) ACTIVID(ES)

MATERIAL QUE SE NECESITA

Construir una red de filtración para cálculo de la filtración en un medio poroso.

Dibujar la red de filtración bajo una estructura definida y estimar la tasa de filtración y la subpresión bajo la misma.

Se realizará un dibujo a escala de la estructura, suelo de fundación y condiciones de borde, y la malla de filtración en base a la ecuación de Laplace. Luego se determinará la tasa de filtración en base a la Ley de Darcy.

Hoja milimetrada tamaño A3 Escalímetro Lápiz Borrador Calculadora científica

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE CIVIL INFORME DE TALLER

ASIGNATURA:  Mecánica de Fluidos No. DEL TALLER: 2 TEMA DEL TALLER: Red de filtración PARTICIPANTES: Cristopher López

OBJETIVO(S): Construir una red de filtración para cálculo de la filtración en un medio poroso. APRENDIZAJES APRENDIZA JES OBTENIDOS OBTENIDOS:: Hasta el momento se han cubierto los siguientes temas que serán útiles para este taller:

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE CIVIL INFORME DE TALLER

ASIGNATURA:  Mecánica de Fluidos No. DEL TALLER: 2 TEMA DEL TALLER: Red de filtración PARTICIPANTES: Cristopher López

OBJETIVO(S): Construir una red de filtración para cálculo de la filtración en un medio poroso. APRENDIZAJES APRENDIZA JES OBTENIDOS OBTENIDOS:: Hasta el momento se han cubierto los siguientes temas que serán útiles para este taller:     

Hidrostática: Cálculo de presiones Ecuación de continuidad Ecuación de Laplace Ley de Darcy Cálculo de filtración en medios porosos

INFORMACIÓN GENERAL: Henry Darcy (1803-1858) fue un Ingeniero francés que buscaba comprender el comportamiento de flujo a través de filtros porosos. Por medio de experimentos en columnas de arena, concluyó que para un cierto tipo de medio poroso homogéneo, el caudal es directamente proporcional a la carga hidráulica e inversamente proporcional al espesor del medio. En base a la ecuación de continuidad sobre un u n elemento de medio poroso por el cual pasa flujo bidimensional y la Ley de Darcy se puede deducir la Ecuación de Laplace. La solución general de esta ecuación diferencial puede interpretarse gráficamente como dos familias de curvas ortogonales entre sí, las cuales forman una malla de filtración. La malla de filtración puede construirse con un método gráfico en el que se toman en cuenta los siguientes aspectos:    

Condiciones de borde (entrada y salida) deben ser conocidas. Escala horizontal = escala vertical. Solo aplicable a medios isotrópicos, homogéneos. El proceso de dibujo es de ensayo y error hasta conseguir una malla adecuada.

Problema:

En la figura aparece un corte de una represa sobre el lecho de un río. El ancho de la represa es de 12m. Determinar el caudal (o tasa) de filtración, en m 3/s, y la fuerza de sub-presión bajo la misma, en N, en los siguientes 3 escenarios: 1) sin ataguía, 2) ataguía en la esquina aguas arriba y 3) ataguía aguas abajo. El suelo poroso tiene un coeficiente de permeabilidad de 2,5x10-5 m/s. Realizar un cuadro comparativo de los resultados obtenidos en los 3 escenarios y explicar cuál es la influencia de la posición de la ataguía respecto del caudal y la sub-presión.

Nota: Figura sin escala. Se recomienda usar escala 1:100. El lecho es de nivel constante aguas arriba y aguas debajo de la represa.

Usar las siguientes ecuaciones:

q  Kh 

q



n f   ne

caudal total por  po r unidad de ancho (m 2 /s)

h  pérdida de carga hidráulica  total 

n f   ne





# de canales de flujo # de caídas de poten  po tencia ciall

 K  coeficient e de permeabi  permeabilli dad (m/s) 

 F  sp 

  pi   pi1   Ai 2   i 1 n

  

 F  sp  fuerza de subpresión (N)  pi  presión en línea equipotenc ial "i" (Pa)  pi 1  presión en línea equipotenc ial "i  1" (Pa)  pi 1   pi    h

h  caída de carga en cada equipotenc ial   Ai  área horizontal "i"

h1  h2 ne

DESARROLLO DEL TALLER: Q=0.00044

m3/s Ir=4,1x10^(6) (N) escenario

Caudal (m3/s) Ir(N)

Sin ataguía

0.0003

4.8x10^(6)

ataguía en la esquina aguas arriba

0.00044

4,1x10^(6)

ataguía aguas abajo

0.00045

4,4x10^(6)

Como se puede observar en la tabla el caso número tres (ataguía aguas arriba) presenta un mayor caudal, esto se debe a que no existe ninguna obstrucción sino hasta el final de la represa, no obstante presenta el valor intermedió en la fuerza de supresión. La que más fuerza de supresión es el caso sin ataguía ya que esta no presenta ninguna obstrucción y no hay ninguna fuerza que impida que reciba más fuerza. Y el segundo caso (ataguía aguas arriba presenta la mejor condición para la construcción de represas, ya que tiene un caudal razonable y la menor fuerza de supresión. RESUMIR LA SESIÓN:   

 Aprender a estimar el caudal debajo de la represa con los métodos dados en clase Realizar el diagrama de fuerzas para estimar la fuerza de supresión en los tres t res casos Comparar los tres casos y determinar las razones del por qué salen los valores en la tabla

RETROALIMENTACIÓN (Observaciones/conclusiones y recomendaciones): Conclusiones Se concluye que en el caso dos las perdidas ocurren antes de que lleguen a la cara de la represa Se concluye que en el caso dos la ubicación de la ataguía reduce las presiones producidas por el caudal El en caso 1 la fuerza de supresión es la mayor en comparación de los otros dos casos ya que no existe ninguna entidad física que detenga el caudal y este se filtre libremente. Se aprendió a estimar el caudal y la fuerza de supresión mediante un bosquejo, el valor obtenido nos da por lo menos una idea del valor obtenido producido por el caudal subterráneo en la represa Recomendaciones Se recomienda entrar a más detalles al momento de calcular el caudal y las fuerzas Tomar en cuenta el error producido por la escala Tener en cuenta los conceptos básicos para la formación de la mal, y no cometer errores al momento de calcular el caudal y la fuerza de supresión.} Anexos Caso numero 2 









 

Diagrama de presiones

MATRIZ DE EVALUACIÓN DE ESTUDIANTE EN LA PRÁCTICA

CONOCIMIENTOS

Y

DESTREZAS

DEL

CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARÁ METROS PARÁMETROS

TOTAL PARCIAL

Desempeño en el taller (durante el desarrollo del taller)

El estudiantes demuestra solvencia al desempeñarse durante el taller (3 puntos)

Resultados (posterior al desarrollo del taller)

El estudiante generó resultados correctos (4 puntos) El resumen de la sesión es ordenado, claro y

Resumen de la sesión y retroalimentación

El estudiante demuestra parcialmente solvencia al desempeñarse durante el taller (2 puntos) El estudiante genera resultados de forma parcial (2 puntos) El resumen de la sesión es ordenado, claro y

El estudiante no demuestra solvencia al desempeñarse durante el taller (1 punto) El estudiante genera resultados incorrectos (0 puntos) El resumen de la sesión no es ordenado, claro

conciso. La conciso. La ni conciso. La retroalimentación retroalimentación retroalimentación es útil (3 puntos) es inútil. es inútil (1 punto) El resumen de la sesión no es ordenado, claro y conciso. La retroalimentación es útil (2 puntos) TOTAL