Ejemplo De Diseño De Canales
Páginas: 15 (3639 palabras)
Publicado: 17 de enero de 2013
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
Ejemplos numéricos.
1)Diseñar la sección de un canal trapecial revestido de
concreto, que conduce un gasto de diseño de 6 m3/s, la pendiente
media que domina la mayor parte del terreno es 0.0005. Considere
que el agua transporta material en suspensión. Diseñar la sección
con los métodos siguientes:
a) Sección demáxima eficiencia hidráulica.
b) Criterio del U.S.B.R.
c) Procedimiento general de diseño.
Solución:
Análisis para definir los siguientes factores: el material
de revestimiento se determina de acuerdo a su disponibilidad,
costo,
proceso
descansará,
en
constructivo
este
caso
es
y
tipo
de
concreto,
suelo
y
el
sobre
el
que
coeficiente
derugosidad es función del tipo de revestimiento, de la tabla 3.2,
es 0.014 y de acuerdo a la estabilidad del suelo y del proceso
constructivo del revestimiento, la inclinación de los taludes es
1.5.
Datos:
Q d = 6 m3/s.
n = 0.014
k = 15
.
S = 0.0005
a) Sección de máxima eficiencia hidráulica.
La sección de máxima eficiencia hidráulica para un canal
trapecial revestido se determina conlas ecuaciones siguientes:
1
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
1)Tirante de máxima eficiencia hidráulica es:
3
1
⎡Q n⎤ 8
24
⎥
y=⎢
3
⎢S12 ⎥
⎣
⎦
⎡2 1 + k2 − k⎤ 8
⎥
⎢
⎦
⎣
Sustituyendo:
3
1
.
24
⎡6 * 0 014⎤ 8
y=⎢
3
.
⎣ 0 0005 ⎥ ⎡
⎦
2
⎤8
.
.
2 * 1 + 15 − 15
⎢
⎥
⎣
⎦
y = 148 m
.
2)Ancho de plantilla de máximaeficiencia hidráulica:
b = 2y ⎡ 1 + k2 − k⎤
⎢
⎥
⎣
⎦
Sustituyendo:
b = 2 * 1.48 * ⎡ 1 + 152 − 15⎤
.
.
⎢
⎥
⎣
⎦
b = 0 896 m
.
Ajustando el ancho de plantilla a un valor práctico: b = 100 m
.
Sustituyendo los datos en el algoritmo para el cálculo del
tirante normal se obtiene:
y = 145 m
.
3)Cálculo de la velocidad media de proyecto:
V=
1 23 12
R
S
n
Sustituyendo:2
⎤3
⎡
⎡ 1 ⎤ ⎢(1.00 + 1.5 * 1.45) * 1.45 ⎥
V=⎢
⎣0.014⎥ ⎢1.00 + (2 * 1.45) 1 + 1.52 ⎥
⎦
⎦
⎣
[
0 0005
.
]
v = 1.31 m / s
La velocidad media es mayor que la velocidad mínima permisible,
esto previene el crecimiento de las plantas y la sedimentación
en el canal.
2
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
4)Verificación del régimen enel canal:
.
Sustituyendo los datos: Q d = 6.00 m3/s, b = 100 m , k = 1 5 , en
.
el algoritmo para el cálculo del tirante crítico:
yc = 098 m
.
y = 145 m > yc = 098 m , el régimen es subcrítico.
.
.
5)Para un
Q d = 6.00
m3 / s
y de la figura 3.4, se obtiene la
altura del bordo libre (B.L) y la altura de revestimiento por
encima de la superficie libre del agua (hr),resulta:
B L = 0 72 ≅ 0 75 m
.
.
.
hr = 0 225 ≅ 0 25 m
.
.
6)Para un Q d = 6 m3/s y de la tabla 3.4, se obtiene el espesor
del canal es 0.07 m.
7)Las dimensiones de la sección trapecial son:
.
Q d = 6.00 m3/s, v = 1.31 m/s, A = 460 m 2 , b = 100 m , y = 145 m ,
.
.
.
e = 0 07 m , k = 15 , n = 0.014, R = 0 74 m , y S = 0.0005.
.
.
Se recomienda ver las figures anteriores en ellibro de
Hidráulica de Canales del Ing. Gilberto Sotelo
Aplicar el programa SMEH.pas para resolver este problema.
3
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
b) Criterio del U.S.B.R.
El
U.S.B.R
recomienda
valores
promedios
de
diseño
para
obtener el ancho de plantilla y el tirante normal, en función del
gasto de diseño, y de lafigura 3.3, esto es:
1)Para Q d = 6 m3/s, de la figura 3.3, se obtiene: b = 1.90 m .
Ajustando el ancho de plantilla a un valor práctico: b = 2.00 m
2)Sustituyendo
los
datos:
Qd = 6
m3/s,
k = 15 ,
.
b = 2.00 m ,
n = 0.014, y S = 0.0005, en el algoritmo para el cálculo del
tirante normal:
yn = 1.21 m
3)Cálculo de la velocidad media de proyecto:
V=
1 23 12
R
S...
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
Ejemplos numéricos.
1)Diseñar la sección de un canal trapecial revestido de
concreto, que conduce un gasto de diseño de 6 m3/s, la pendiente
media que domina la mayor parte del terreno es 0.0005. Considere
que el agua transporta material en suspensión. Diseñar la sección
con los métodos siguientes:
a) Sección demáxima eficiencia hidráulica.
b) Criterio del U.S.B.R.
c) Procedimiento general de diseño.
Solución:
Análisis para definir los siguientes factores: el material
de revestimiento se determina de acuerdo a su disponibilidad,
costo,
proceso
descansará,
en
constructivo
este
caso
es
y
tipo
de
concreto,
suelo
y
el
sobre
el
que
coeficiente
derugosidad es función del tipo de revestimiento, de la tabla 3.2,
es 0.014 y de acuerdo a la estabilidad del suelo y del proceso
constructivo del revestimiento, la inclinación de los taludes es
1.5.
Datos:
Q d = 6 m3/s.
n = 0.014
k = 15
.
S = 0.0005
a) Sección de máxima eficiencia hidráulica.
La sección de máxima eficiencia hidráulica para un canal
trapecial revestido se determina conlas ecuaciones siguientes:
1
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
1)Tirante de máxima eficiencia hidráulica es:
3
1
⎡Q n⎤ 8
24
⎥
y=⎢
3
⎢S12 ⎥
⎣
⎦
⎡2 1 + k2 − k⎤ 8
⎥
⎢
⎦
⎣
Sustituyendo:
3
1
.
24
⎡6 * 0 014⎤ 8
y=⎢
3
.
⎣ 0 0005 ⎥ ⎡
⎦
2
⎤8
.
.
2 * 1 + 15 − 15
⎢
⎥
⎣
⎦
y = 148 m
.
2)Ancho de plantilla de máximaeficiencia hidráulica:
b = 2y ⎡ 1 + k2 − k⎤
⎢
⎥
⎣
⎦
Sustituyendo:
b = 2 * 1.48 * ⎡ 1 + 152 − 15⎤
.
.
⎢
⎥
⎣
⎦
b = 0 896 m
.
Ajustando el ancho de plantilla a un valor práctico: b = 100 m
.
Sustituyendo los datos en el algoritmo para el cálculo del
tirante normal se obtiene:
y = 145 m
.
3)Cálculo de la velocidad media de proyecto:
V=
1 23 12
R
S
n
Sustituyendo:2
⎤3
⎡
⎡ 1 ⎤ ⎢(1.00 + 1.5 * 1.45) * 1.45 ⎥
V=⎢
⎣0.014⎥ ⎢1.00 + (2 * 1.45) 1 + 1.52 ⎥
⎦
⎦
⎣
[
0 0005
.
]
v = 1.31 m / s
La velocidad media es mayor que la velocidad mínima permisible,
esto previene el crecimiento de las plantas y la sedimentación
en el canal.
2
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
4)Verificación del régimen enel canal:
.
Sustituyendo los datos: Q d = 6.00 m3/s, b = 100 m , k = 1 5 , en
.
el algoritmo para el cálculo del tirante crítico:
yc = 098 m
.
y = 145 m > yc = 098 m , el régimen es subcrítico.
.
.
5)Para un
Q d = 6.00
m3 / s
y de la figura 3.4, se obtiene la
altura del bordo libre (B.L) y la altura de revestimiento por
encima de la superficie libre del agua (hr),resulta:
B L = 0 72 ≅ 0 75 m
.
.
.
hr = 0 225 ≅ 0 25 m
.
.
6)Para un Q d = 6 m3/s y de la tabla 3.4, se obtiene el espesor
del canal es 0.07 m.
7)Las dimensiones de la sección trapecial son:
.
Q d = 6.00 m3/s, v = 1.31 m/s, A = 460 m 2 , b = 100 m , y = 145 m ,
.
.
.
e = 0 07 m , k = 15 , n = 0.014, R = 0 74 m , y S = 0.0005.
.
.
Se recomienda ver las figures anteriores en ellibro de
Hidráulica de Canales del Ing. Gilberto Sotelo
Aplicar el programa SMEH.pas para resolver este problema.
3
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
Ing. Leobardo Alejandro Quiroga
b) Criterio del U.S.B.R.
El
U.S.B.R
recomienda
valores
promedios
de
diseño
para
obtener el ancho de plantilla y el tirante normal, en función del
gasto de diseño, y de lafigura 3.3, esto es:
1)Para Q d = 6 m3/s, de la figura 3.3, se obtiene: b = 1.90 m .
Ajustando el ancho de plantilla a un valor práctico: b = 2.00 m
2)Sustituyendo
los
datos:
Qd = 6
m3/s,
k = 15 ,
.
b = 2.00 m ,
n = 0.014, y S = 0.0005, en el algoritmo para el cálculo del
tirante normal:
yn = 1.21 m
3)Cálculo de la velocidad media de proyecto:
V=
1 23 12
R
S...
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