Primera Parte del Modulo de Hidraulica de Canales

1. HIDRAULICA DE CANALES

2. HIDRAULICA DE CANALES
CANALES
Un canal es en general un conducto que conduce un líquido
en contacto permanente con la atmósfera a través de una
porción de su contorno denominado superficie libre.
Los cursos de agua naturales, ríos o torrentes constituyen
casos típicos de escurrimientos en canales.
Pueden existir movimientos permanentes y no permanentes.
El movimiento permanente puede ser a su vez uniforme o
variado según sus secciones transversales sean iguales o
diferentes entre si.

3. Escurrimiento Permanente
Sobre un volumen de control, en
el movimiento del agua se
manifiestan las mismas fuerzas
de la mecánica clásica
 Fuerza de fricción ---- Rozamiento del agua con las paredes
Fuerza de la gravedad ---- Peso del agua
Fuerza erosiva ---- Erosión del canal

4. Velocidad y el Caudal
Ecuaciones de energía
E1 – Jf = E2 como ∆H = Jf
Del Equilibrio Hidrodinámico en la
dirección del escurrimiento
Fuerza motora = F de rozamiento
Wpc = γ ⋅ Ω ⋅ L.sen α = γ ⋅ Ω ⋅ L ⋅ i Gravitacional (1)
Fr = k ⋅ v 2 ⋅ a = k ⋅ v 2 ⋅ χ ⋅ L Rozamiento (2)
Esta ultima función del área de contacto entre las paredes y el liquido

5. Velocidad – Ecuación de Chezy
Igualando la ecuación (1) con la (2) obtenemos: Wp = Fr
γ Ω
γ ⋅ Ω ⋅ L ⋅ i = k ⋅ v2 ⋅ χ ⋅ L ⇒ v = ⋅ ⋅i
k χ
Ω
Denominando Radio Hidráulico a la relación χ = R
γ
Resulta que la velocidad V es V= ⋅ R ⋅i = C ⋅ R ⋅i
k
donde C es el coef. de Chezy función de la rugosidad
i es la pendiente del fondo del canal

6. Caudal Q = V.Ω Q = Ω ⋅C ⋅ R ⋅i
el coeficiente C de la experiencia de Manning, es igual a
1 16 1 2 3 12
C = ⋅ R ⇒ V = ⋅ R ⋅i
n n
1 2 3 12
y el caudal ⇒ Q = Ω ⋅ ⋅ R ⋅ i
n
Consideraciones en la valoración del Coeficiente n de Manning
a.- Rugosidad de la superficie (tamaño y formas de los granos del
material)
b.- Vegetación ( arbustos y plantas)
c.- Irregularidad del canal (cambios bruscos de sección)
d.- Alineamiento del Canal ( curvaturas, meandros, grado de tortuosidad)
e.- Depósitos y socavaciones (erosión y transportes)
f.- Obstrucción (troncos y puentes)

7. CARACTERÍSTICAS DE LA SECCIÓN DE ESCURRIMIENTO:
Denominaremos
Ω = superficie transversal h= tirante
R = radio hidráulico χ= perímetro mojado, es el
contacto entre el líquido y
las paredes del canal
Secciones rectangulares y trapeciales:
χ = Bf + 2 h
h.B f
R= B + 2h
f
m=talud
χ = Bf + 2 ⋅ h ⋅ 1 + m2
Ω = h ⋅( Bf + m ⋅ h)

8. Ecuaciones de Calculo
CASO 1 – Sección Trapecial
Datos conocidos: Q, i, n , h y m(de acuerdo al
tipo de pared)
Incógnita Bf =?
El caudal Q = V.Ω Q = Ω ⋅C ⋅ R ⋅i
1
1 2 3 1 2 ⇒ Q = i 2 ⋅ Ω 5 3 ⋅ χ −2 3
como el caudal ⇒ Q = Ω ⋅ ⋅ R ⋅ i
n η
resulta 1 5 −2
i 2  B f  2   B f
3
2 
 3
Q= ⋅  + m  ⋅ h  ⋅  + 2 ⋅ 1 + m  ⋅ h
η  h    h  

9. REAGRUPANDO Y ADIMENSIONANDO
5 −2
  3
  3
   
Q⋅n 1 1
=  + m  ⋅  + 2 ⋅ 1 + m2 
i 2 ⋅ h 3  h   h 
1 8
 B   B 
  f   f 
Los términos del primer miembro son conocidos
Resulta una ecuación con una incógnita de única solución
Se resuelve iterativamente o con un Solver de Excel para
determinar el ancho Bf

10. Energía Total y Energía Especifica o Propia
2
v1
E1 = z1 + h1 +
2⋅ g
v2
E2 = z2 + h2 + 2
2⋅ g
La energía perdida o disipada a causa de la resistencia hidráulica será: J1-2
Se denomina Energía Especifica o Energia Propia a la suma de:
v2 Q2
H =h + o tambien H = h + (3)
2⋅ g 2⋅ g ⋅Ω 2
Es la energía referida al fondo del canal

11. Curva de Energía Especifica o Propia de un Canal
Para un determinado caudal Q, la ec. (3) puede escribirse como:
Q2
H =h+ (4)
2 ⋅ g ⋅ Ω2
Si se traza el diagrama de “Energía Especifica”
Q2
h → ∞; = 0; H → ∞
2 ⋅ g ⋅ Ω2
Q2
h → 0; = ∞; H → ∞
2 ⋅ g ⋅ Ω2
El Hmin es el mínimo contenido de
energía de la corriente para que el gasto
Q pueda escurrir
Para un mismo caudal se presentan 2
tirantes H1 y h2 son los tirantes
congujados.

12. TIPOS DE CANALES
 Según la cubierta del agua:
 Abiertos
 Cerrados
 Según el material
 Natural sin Revestir
 Hormigón en masa, hormigón prefabricado y de H° Armado
 Plásticos: PVC, PE, PRFV
 Materiales asfálticos , etc.
 Otros
 Según la sección
 Rectangulares
 Trapezoidales
 Circulares
 Tolva
 Octogonal cerrado
 Otros

13. PRÓXIMA CLASE
En la próxima Clase veremos, dentro del tema IX
“Canales-Flujos Gradualmente Variado
y Obras de Arte de Control”,
los aspectos siguientes:
1. Generalidades.
2. Tipos y características.
3. Ejemplos prácticos.

14. CLASIFICACIÓN DEL FLUJO LIBRE
Uniforme (I)
(tirante y velocidad
constantes)
Clasificación
del flujo Gradualmente variado (II)
Variado (tirante y
velocidad variables)
Rápidamente variado (III)
(I)
(II)
(I) (III) (I)