Manual

FLUJO NO PERMANENTES EN RIOS
INTRODUCCIÓN:
El estudio del flujo no permanente en ríos adquiere cada vez más importancia, tanto en problemas de predicción (por ejemplo, de daños por inundaciones) como en el diseño de obras. Con los métodos que se describen en este capítulo se calcula la evolución del gasto y nivel del agua en una sección dada y a lo largo de un río o canal. Además, se obtieneel tiempo de llegada del pico de una avenida, así como el gasto y nivel del agua correspondientes. Esta información es necesaria para diseñar la altura de bordos, para planear medidas de emergencia y definir políticas de control o regulación. Los métodos aquí analizados se utilizan también en el diseño de redes telemétricas para predicción de avenidas y de acciones de alarma, así como paraestudiar el efecto de medidas estructurales o no estructurales, como rectificación de tramos, bordos, etc.
ECUACIONES FUNDAMENTALES
Hipótesis Básicas:
El flujo en ríos es un fenómeno complejo que es necesario describir de alguna forma para poder resolver problemas de Ingeniería. Esta descripción se hace con las llamadas ecuaciones fundamentales. De estas ecuaciones existen distintas versiones, cadauna de las cuáles considera con mayor o menor precisión al fenómeno físico que se quiere representar. Por tanto, al usar un grupo de ecuaciones se debe conocer cuales son sus limitaciones y qué tan bien modelan el fenómeno.
Las ecuaciones más generales de la mecánica de fluidos son las llamadas ecuaciones de Navier-Stokes; pero debido a su complejidad sólo tienen solución para unos cuantos casos.Sin embargo, pueden establecerse ecuaciones que describan al flujo no permanente en cauces con una aproximación suficiente. Estas ecuaciones son un modelo simplificado de la realidad pero incluyen los efectos más importantes del flujo desde el punto de vista de la Ingeniería.
Las hipótesis que permiten describir el escurrimiento en cauces y canales, con una aproximación aceptable desde el puntode vista ingenieril, son las llamadas hipótesis de Saint-Venant:
a) El flujo es unidimensional por lo que la velocidad es uniforme en la sección trasversal; además, el nivel del agua en dirección normal al flujo es horizontal.
b) La curvatura de las líneas de corriente y las aceleraciones verticales son pequeñas; la distribución de presiones es hidrostática.
c) Las leyes de friccióny turbulencia usadas para flujo uniforme permanente son válidad para el flujo no permanente.
d) La pendiente del fondo del cauce o canal es pequeña.
e) La densidad del agua es constante.

La sección del cauce es de forma arbitraria y puede variar a lo largo del mismo, siempre y cuando dicha variación no cause curvatura fuerte en la líneas de corriente.
El flujo no permanente en caucesy canales se describe con dos variables dependiente, como el tirante y el gasto, a lo largo del río; estas dos variables dependientes son, por tanto, función de las variables independientes espacio, x, y tiempo, t.
Aunque en hidráulica se dispone de tres ecuaciones fundamentales (continuidad, energía y cantidad de movimiento), dado que son suficientes dos variables para describir el flujo nopermanente, sólo se requieren dos ecuaciones fundamentales. Puede demostrarse (ver por ejemplo, Abbott (1979)) que cuando las variables que describen el flujo son discontinuas (como en el salto hidráulico, en ondas generadas por compuestas o en frentes de ondas), los resultados que se obtienen si se usa una formulación basada en el par de acuaciones continuidad – cantidad de movimiento, o en el parcontinuidad – energía son diferentes, y que solamente es correcto el obtenido si se emplea la ecuación de cantidad de movimiento. Sin embargo, cuando las variables son continuas cualquiera de las dos representaciones puede usarse puesto que son equivalentes. La selección de la formulación adecuada es muy importante pues en ella se basa el desarrollo de los modelos matemáticos. En función de la...