propiedades geometricas

CAPÍTULO 2
PROPIEDADES DE LA
SECCIÓN TRANSVERSAL

2.1 TIPOS DE CANALES ABIERTOS Y
SUS FORMAS GEOMÉTRICAS
ALGUNOS NOMBRES QUE RECIBE UN
CANAL ABIERTO:
Canal
Canalón
Canaleta
Caño
Acequia
Caída
Salto
Arroyo, río
Quebrada
Cañería
Alcantarilla
Rápida
Desfogue
Box-Culvert
Cuneta
Túnel de escurrimiento
Cañada

TIPOS DE CANAL
Naturales

Artificiales

RegularesIrregulares

Prismáticos

No prismáticos

Revestidos

No Revestidos

Lisos

Rugosos

Simples

Compuestos

TIPOS DE SECCIONES
DE UN CANAL

S.T. : Sección Transversal
S.V.: Sección Vertical

2.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN
TRANSVERSAL
Son propiedades geométricas de la sección que se
definen completamente por la geometría de la misma y
la profundidad del flujo, son muyimportantes para el
cálculo de los flujos.

En canales regulares simples, los elementos
geométricos se pueden expresar matemáticamente en
términos de la profundidad del flujo y otras
dimensiones de la sección.
A continuación, se presenta una tabla con los
elementos geométricos de la sección transversal de
canales de diferentes formas geométricas.

FORMAS GEOMÉTRICAS DE SECCIÓNTRANSVERSAL DE CANALES

FORMAS GEOMÉTRICAS DE SECCIÓN
TRANSVERSAL DE CANALES

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN
TRANSVERSAL
d
cos  
y
y 

d
cos 

ST: Sección transversal perpendicular al flujo
SV: Sección vertical
Para canales con pendiente pequeña o moderada   6º,
cos   1.0, con lo cual y  d.
C.G.: Centro de gravedad o centroide del área.

2.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DELA
SECCIÓN TRANSVERSAL
Los elementos geométricos de la sección transversal de un
canal son:
y: Profundidad del flujo medido en la sección vertical del
canal.
d: Profundidad del flujo medido en la sección transversal del
canal, es decir, perpendicular a la dirección de la corriente.
Siendo  el ángulo que forma la rasante del fondo del canal
con la horizontal, es fácil probar que d = ycos 
A: Área mojada
P: Perímetro mojado. Es la longitud del contorno sólido de la
sección transversal del canal en contacto con el agua.

2.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

RH: Radio hidráulico. Es el cociente entre al área mojada, A, y el
perímetro mojado, P.
A
RH 

P

T: Ancho superficial. Es la longitud de la superficie libre de agua
medida en la seccióntransversal del canal.
D: Profundidad hidráulica. Es el cociente entre el área mojada, A,
A
y el ancho superficial, T.
D
T
yG: Profundidad centroidal. Es la distancia medida en el plano de
la sección transversal, desde la superficie libre de agua hasta
el centroide del área mojada.
A3
Z2 
Z: Factor de sección
ZA D
T
A A A1 / 2 A3 / 2
ZA

 1/ 2 
1/ 2
T
T
T

A3
T

2.3DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES, ISÓTACAS Y
AFOROS
Para el flujo en un canal de pendiente y sección definidas,
se tiene:

PERFIL DE VELOCIDADES PARA FLUJOS
TURBULENTOS EN CANALES
Luego de un análisis de la dinámica de la corriente, se llega
a la siguiente ecuación general:
 y
1 0
v
ln  
y 
k 
 0
k: Constante de turbulencia, de von Kàrmàn. k  0.4
Además, velocidad defricción, vf o v*:

o
 v f  v*


Luego,

 y
1
v
v f ln  
y 
0.4
 0

 y
 v  2.5 v f ln  
y 
 0

Esta ecuación es el perfil de velocidades para flujos
turbulentos en canales.

2.4 EFECTO DE LA RUGOSIDAD SOBRE LA
DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES DEL FLUJO EN UN
CANAL ABIERTO

Hidráulicamente
lisa
yo > , ks
yo = f (m, vf)

SUPERFICIE
DEL CANALHidráulicamente
rugosa
yo < , ks
yo = f (ks)

SUPERFICIES HIDRÁULICAS
a. Para SUPERFICIES HIDRÁULICAMENTE LISAS:
1
 9

m


y0 
vf
vf
9 vf
Reemplazando



 y 
 9 vf 
  2.5 v f ln 
v  2.5 v f ln 
  y

 v 



f 
9


b. Para SUPERFICIES HIDRÁULICAMENTE RUGOSAS:

1
y0  m k s  k s
30

Resulta:

 30 
v  2.5 v f ln  y 
k 
 s ...