Hidraulica

CURSO DE HIDRÁULICA 2010 LECCIÓN 3. MOVIMIENTO DEL AGUA EN CAUCES ABIERTOS: DEFINICIÓN, CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES Y DISTINTOS REGÍMENES DEL MOVIMIENTO. MOVIMIENTO PERMANENTE Y UNIFORME EN CAUCES ABIERTOS: CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES, ECUACIÓN QUE LO DEFINE. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO: CURVAS DE KOCH. SECCIONES DE GASTO MÁXIMO. Movimiento del agua en cauces abiertos: Definición y principalescaracterísticas La característica de los cauces abiertos es que por ellos circula el agua con un contorno impenetrable y una superficie libre (sometida a la presión atmosférica). Lo cumplen los ríos, torrentes, canales e incluso lo pueden cumplir las tuberías si no van totalmente llenas.

En ellos el eje hidráulico es la línea representativa de la superficie libre. No existe en los cauces abiertosgradiente longitudinal de presiones y el movimiento viene condicionado por la gravedad, en consecuencia definido por el número de Froude

o bien Donde: u, velocidad de la corriente. y, calado. g = 9,81 m·s-2 Al término se le denomina celeridad de la onda de peso.

En el movimiento en cauces abiertos se pueden diferenciar tres tipos de régimen de la corriente: a) Permanente y uniforme. b)Permanente no uniforme. c) Variable. Movimiento permanente y uniforme (onda cinemática) En sentido estricto este tipo de movimiento debe cumplir: a) Que el gasto Q sea constante, siendo constantes el calado y; el perímetro mojado χ y la velocidad u. 1

b) Que la línea de energía, la superficie libre del agua y el lecho o solera del cauce sean paralelos (Figura 1).

Figura 1 En sentido estricto esdifícil cumplir todas estas condiciones pero se admite que el movimiento es permanente y uniforme cuando se le aproxima suficientemente. La circulación de la corriente en un río en una situación normal (de no avenida) y sin estar alterado por ninguna obra en su recorrido, se considera permanente y uniforme. El movimiento permanente y uniforme viene condicionado por la siguiente ecuación deequilibrio: La resistencia al avance de la corriente, debido a la fricción del contorno y del propio líquido es igual a la componente de la fuerza de la gravedad de la masa líquida en la dirección del movimiento (Figura 2).

Figura 2 Operando:

S/χ, es el radio hidráulico. sen α = J, pendiente hidráulica, que coincide con la de la solera I. 2g/K, es una constante, C Luego

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Asimismo,aplicando la ecuación de Bernoulli a la situación del flujo (Figura 3):

Figura 3 Como el movimiento es permanente y uniforme

Luego:

La pendiente hidráulica J coincide con la pendiente geométrica del lecho I. Ambas ecuaciones (1) y (2) definen el movimiento permanente y uniforme. Respecto de la ecuación (1) existen diversas expresiones empíricas de la misma y todas ellas cumplen con la expresióngeneral aportada por V. T. Chow:

Donde α y β son constantes. Las más utilizadas son las de Chezy (1769), Bazin (1897) y Manning (1889), si bien las fechas no significan nada, porque las constantes de estas ecuaciones están en continua revisión. Chezy (1769), C=Cte, normalmente 50 Bazin (1897), β es el coeficiente de rugosidad del lecho, oscila entre 0,05 y 2,00

Manning (1889), n es elcoeficiente de rugosidad, oscila entre 0,010 y 0,200.

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Existen tablas de coeficientes de rugosidad para diferentes tipos de lechos, dependiendo de las ecuaciones utilizadas. Las tablas más completas son posiblemente las del número n de Manning, que se recogen en el V. T. Chow. Según este autor, el número de Manning depende de: a) rugosidad de la superficie b) vegetación de los contornos del canalc) irregularidades del canal d) alineamiento del canal e) depósitos y socavaciones del canal f) obstrucciones g) tamaño y forma del canal h) nivel y caudal de agua en el canal (lo que condiciona el número de Manning a las características de la avenida) De las ecuaciones anteriores se deduce que un elemento importante en el movimiento del agua en un cauce abierto es la pendiente de la solera. Su...