Hidráulica-Máxima Eficiencia Y Mínima Infiltración

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL HIDRÁULICA II

Ing. Sonia L. Gonzaga V.

SECCIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA

Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal es el volumen por excavar; este a su vez depende de la sección transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar la menorexcavación para conducir un caudal dado, conocida la pendiente. La forma que conviene dar a una sección de magnitud dada, para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se ha llamado sección de máxima eficiencia hidráulica.

Para un canal rectangular la máxima eficiencia se cumplirá cuando la solera sea el doble del tirante, así: b=2y

Para la forma trapezoidal, se cumplirá entonces unamáxima eficiencia, cuando el radio hidráulico R sea igual a la mitad del tirante, así:

R =y / 2

SI R ES MÁXIMO ENTONCES LA MÁXIMA EFICIENCIA (>>Q)

La condición de caudal máximo se debe únicamente al máximo R, ya que el resto de variables son datos (uniforme).

R es mayor cuando el P es menor. De todas las secciones conocidas la semicircular es la que tiene el menor perímetro mojado aigualdad de área, pero la construcción de este tipo de sección es costosa.

Consideremos un canal de sección constante por el que debe pasar un caudal máximo, bajo las condiciones impuestas por la pendiente y la rugosidad; de la ecuación del caudal, se tiene:
2 1 1 3 Q = AR S 2 n

En la práctica, los canales más comunes son los de sección trapezoidal, en donde la inclinación de las paredeslaterales depende de algunos factores, principalmente del material donde está asentado el canal, mientras más suelto el material (textura arenosa) mayor inclinación de las paredes.

VALORES DE Z PARA LAS PAREDES DE UNA SECCIÓN TRAPEZOIDAL:

VALORES DE Z LAS PAREDES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL EN FUNCIÓN DEL MATERIAL CONSTITUTIVO (ESTÁNDAR DE MÁXIMA EFICIENCIA)

RELACIONES GEOMÉTRICAS SecciónTrapezoidal Considerando un talud Z conocido (constante)

Sabemos que:

A = by + Zy 2

b = Ay −1 − Zy

P = b + 2y 1+ Z 2

Remplazando se obtiene:

θ b = 2 tg 2 y
La cual representa la relación entre el ancho de solera y el tirante en un canal trapezoidal para una sección de máxima eficiencia hidráulica.

Para el caso particular de un canal rectangular, se tiene:

θ = 90

θ
2

=45

tg

θ
2

=1

CONDICIÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA PARA TALUD VARIABLE

En este caso se busca de todas las secciones trapezoidales variables, cuál es el talud más eficiente, para ello y se considera constante.

Se tiene:

P = 2 y 2 1+ Z 2 − Z
P min se

(

)

dp = 0 dZ

OTRAS SECCIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA, SON:
Sección triangular, mitad de un cuadrado,con una de sus diagonales colocadas en forma vertical, riendo Z = 1 Sección Sección rectangular, trapezoidal: mitad mitad de de un un cuadrado, siendo b = 2 y hexágono regular Sección circular, semicírculo, es decir mitad de un círculo

SECCIONES DE MÍNIMA INFILTRACIÓN

Si un terreno está trazado sobre un terreno bastante permeable se hace necesario permita diseñar obtener una la sección quemenor pérdida

posible de agua por infiltración, lo cual se pueda hallar matemáticamente. Para obtener la fórmula de la sección de mínima infiltración, consideremos un canal con una sección trapezoidal cualquiera (Figura 2.18 ).

La infiltración depende de la clase de terreno, pero es una función del tirante, se supone que la intensidad i en un punto del perímetro mojado de la sección delcanal es proporcional a la raíz cuadrada de la profundidad b. En el fondo, la infiltración será:

i=K y
Y en esas condiciones se tendrá u diagrama de infiltración como se observa en la figura 2.18. Considerando un tramo del canal de longitud de un metro, y designada por: V =volumen total de agua que se infiltra en ese tramo V1 = volumen de agua que se infiltra exclusivamente en el fondo V2 =...