Fuentes con escorrentía superficial (página 2)

Partes: 1, 2

 
 
Subcrítico o tranquilo
(F < 1) 

Clasificación
del
flujo Supercrítico o rápido
(F > 1) 
 
Crítico
(F = 1)
 
 

SECCIÓN DE CONTROL DEL FLUJO
Es aquella sección en la que se conoce la relación entre el calado del flujo, o de alguna variable que permite obtenerlo, y el caudal.
(Gp:) Sección de control en caída
(Gp:) yc

(Gp:) Sección de control en vertedor
(Gp:) He
(Gp:) P

CARACTERÍSTICAS DE LA SECCIÓN DE CALADO CRÍTICO:

dy / dx =
F = 1
El valor del calado crítico (yc) es independiente de la pendiente de fondo del canal. Es decir, es una propiedad de la sección transversal, del caudal y de g.
(Gp:) Línea de calado crítico

CALADO CRÍTICO

Siendo:
De la definición geométrica de Zc:
Régimen turbulento
El cálculo de yc se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2 anteriores o, hallando la raíz “yc”de la ecuación 3:
(Gp:) 1

(Gp:) 2

(Gp:) 3

El cálculo del calado crítico para una sección rectangular simple se reduce a:

EJEMPLO PRÁCTICO
Determinar el calado “crítico” de un canal rectangular revestido con cemento (“n” = 0.013), pendiente de fondo del 2% y 80 cm de ancho, para un caudal de 200 l/ s.
Considere ? =1.

Solución:
Zc = by 3/2 = 0.8*y 3/2 ……………………………..(1)
Zc = Q/ g 1/2 = 0.2/ (9.8) 1/2 = 0.064……….(2)
El valor del calado que satisface que (1) = (2) es:

yc = 18,5 cm

CALADO NORMAL.

Pendiente de la rasante de pérdidas de carga según Manning-Strickler:

(Gp:) =

(Gp:) J1
(Gp:) J3
(Gp:) J2
(Gp:) J1 ? J2 ? J3 ? 0
(Gp:) Línea de calado normal

(Gp:) Tipo de superficie

(Gp:) Valores de “n”

(Gp:) Madera cepillada

(Gp:) 0.012

(Gp:) Madera sin cepillar

(Gp:) 0.013

(Gp:) Mortero de cemento

(Gp:) 0.012 a 0.013

(Gp:) Hormigón

(Gp:) 0.014 a 0.016

(Gp:) Piedra labrada

(Gp:) 0.014 a 0.015

(Gp:) Ladrillo con mortero de cemento

(Gp:) 0.013 a 0.016

(Gp:) Grava

(Gp:) 0.029

(Gp:) Superficie de cascote

(Gp:) 0.030 a 0.033

(Gp:) Superficie de cascote con cemento

(Gp:) 0.020 a 0.025

(Gp:) Canalón semicircular metálico y liso

(Gp:) 0.012 a 0.013

(Gp:) Canal excavado en roca, liso y uniforme

(Gp:) 0.030 a 0.033

(Gp:) Idem, rugoso e irregular

(Gp:) 0.040 a 0.045

(Gp:) Tubo de hierro fundido sin recubrir

(Gp:) 0.013 a 0.015

(Gp:) Tubo de hierro fundido recubierto

(Gp:) 0.012 a 0.013

(Gp:) Tubo de hierro negro, forjado

(Gp:) 0.013 a 0.015

(Gp:) Tubo de hierro forjado, galvanizado

(Gp:) 0.014 a 0.017

(Gp:) Tubo de acero en espiral

(Gp:) 0.015 a 0.017

(Gp:) Tubo vitrificado para alcantarillas

(Gp:) 0.013 a 0.017

(Gp:) Tierra

(Gp:) 0.020 a 0.025

(Gp:) Tierra con piedras o hierbas

(Gp:) 0.033 a 0.040

VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “n”
Ejemplo:
n = 0.014 a 0.016

Cálculo del calado “normal”:
El cálculo de yn se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2 anteriores o, hallando la raíz “yn”de la ecuación 3:
3
(Gp:) 1

(Gp:) 2

Ejemplo práctico 1: Se desea proyectar una fuente que consta de una canal de sección rectangular que conecta dos estanques de agua. Determinar el calado “normal” del canal si n = 0.014.
(Gp:) Q = 60 l/ s
(Gp:) J 0 = 0.002

(Gp:) b = 60 cm
(Gp:) L = 100 m

Respuesta: yn = 0.15 m.

Ejemplo práctico 2: Determine el calado normal de circulación en un canal trapezoidal para los datos siguientes:
Q = 16 m3/ s, b = 4. 5 m, z1 = 0.50, z2 = 0.70, J0 = 0.0030 y n = 0.030.
yn es la raíz de la ecuación:

La raíz de la ecuación yn se puede obtener mediante una calculadora de mano, hoja electrónica (Maple, Mathcad, etcétera), con una Hoja Excel o similar o programas como HEC- RAS, FLOWMASTER, etcétera .
Respuesta: yn = 1. 57 m

Solución del ejemplo anterior con auxilio de una programación en Hoja Excel: