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SOFTWAREPARAELDISEODECANALESABIERTOS
JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZAANDRESRICARDOREYESCARRILLOLUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ
UNIVERSIDADDELASALLEFACULTADDEINGENIERACIVIL
BOGOTD.C.2007
SOFTWAREPARAELDISEODECANALESABIERTOS
JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZAANDRESRICARDOREYESCARRILLOLUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ
TrabajodegradopresentadocomorequisitoparcialparaoptaralttulodeIngenieroCivil
Directortemtico
Ing.RobertoVsquezMadero
Asesorametodolgica
Mag.RosaAmparoRuizSaray
UNIVERSIDADDELASALLEFACULTADDEINGENIERACIVIL
BOGOTD.C.2007
Notadeaceptacin:
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________
Firmadelpresidentedejurado
________________________________
Firmadeljurado
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Firmadeljurado
BogotD.C.20defebreroao2007
DEDICATORIA
Lacartaquedenominandedicatoria,quehaserbreveysucinta,conpropsitoy
espacio, llenadeverdadynodilatarseenlamemoriadehazaasdequienes le
pertenece, motivo por el cual de la manera mas humilde les presento esta
dedicatoriacomountesoroyunaofrenda.
Este trabajo representael frutodelesfuerzogeneradoduranteunprocesoenmi
vida,deboagradecerestelogrodemivida,noporcompromiso,ninecesidad,sino
pornoblezaylealtadatodoslaspersonasquemehanpermitidoaprenderyvivir
conellas.
Gracias a mi padre, que me enseo el significado de la perseverancia y me
entregolosvaloresquemehanpermitidoculminaresteproceso.
A mi madre, que me enseo el valor de los sacrificios y me enseo que de la
austeridadseaprendeysevaloralostesorosdelavida.
A mis hermanos Harold, quien siempre estuvo presente cuando necesite un
amigofielysinceroJair,quienconsunoblezayvirtud,siemprefueunmotivopara
seguiradelante.
Amis grandes amigos con quienes crec yme forme la gente del Inner Circle,
Freddy Prieto el mago Oscuro, Nidia Camargo La Tia, Alejandro Mogolln la
gente de la universidad y a todas aquellas personas que deuna u otramanera
hicieronunaportepositivoparamiproyectodevida.
A mis padres que me brindaron la solidez para lograrlo y me ensearon los
valoresparaconseguirelttulodeIngenieroCivil.
A mis compaeros de proyecto, Ricardo Reyes Lord Hariman y Lus Acosta
Luchini.DeRicardoReyesporserungranamigoquemehabrindadoconsejoy
conocimiento, a LusAcostapor brindarme su amistad, y conpues con ellos se
realizoestesueo.
AlasfamiliasMendoza,Rubio,Carrillo,Dazquemebrindaronsusinceraamistad.
Amisamigosdelauniversidad,FerleyDaz,JavierRubio,WilsonPatio,Edinson
Carreo,FernandoCastao,HelberthTorresydemsamigosquemebrindaron
suamistad,untesoroincunable.
AmimentorJ.R,quienmebrindalosconocimientosnecesariosparaalcanzarla
tananheladasabidura.Porlaconfianzaentregadaysuvaliosaamistad.
Amismaestrosquieneshanformadoenmelespritudeunhombre,lamentede
uningenieroyelcorazndeunpatriota.
A Friedrich Nietzsche, por ensearme la luz en medio de la penumbra y las
tinieblas.
ASir IsaacNewton,pordemostrarquese lograngrandescosassi teapoyasen
hombrosdegigantes.
A los ingenieros Antoine de Chzy y Robert Manning, por demostrar que los
ingenierostrasciendeneneltiempo.
Alahumanidadparalacualseentreganlosfrutosdeesteprocesopersonal,para
que los conocimientos entregados sean para el bienestar y prosperidad de la
humanidadengeneral.
AColombiayBogota,quienessonmicasaymi identidad,poradoptarmecomo
hijoydarmetodaslasherramientasparaserelmejor.
No pido a quienes les pertenece esta dedicatoria reciban este escrito bajo su
tutela, por que s que si no es buena, aunque lo ponga bajo la custodia de
Cerbero, y al cuidado de Sigfrido, no dejaran las lenguas maldicientes y
murmuradorasdemorderlaylacerarla,singuardarrespetoanadie.Sololespido,
comoquiennodicenada,estaesunaobraquefuelabradapormientendimiento,
presumieran ponerla al lado de las mas pintadas. Tal es, que yo quedo aqu
contentsimoporparecermeenalgoeldeseoquetengodeserviralaHumanidad,
amipasyamiprofesin.
Lapotenciaintelectualdeunhombresemideporladosisdehumorqueescapaz
deutilizarFriedrichNietzsche.
JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZA
DEDICATORIA
Larealizacindeesteproyecto,reflejalosprimerosfrutosdeunarduocaminoque
herecorrido,yqueanfaltaporrecorrer.Convirtindoseesteproyectoenelpunto
departidademividaprofesional.
Amimam,quienconsuesfuerzo,dedicacin,apoyo,confianzaysabidura,supo
guiarmeporelcaminocorrectoyhoylogroconvertirunhijoenunprofesionaldela
ingeniera.Tedoygraciasmamporhabermedadoelregalomsgrandequeme
hayaspodidodaryquenadiemeloquitara,elestudio.
A mi pap, que con sus consejos supo orientarme en el momento que lo
necesitabaysusejemplosmehicieronver,yentendermuchascosasdelavida.
Amisabuelos,puessuapoyoincondicional,atencinyamor,fueronimportantes
para la formacin comoprofesional, ademsdarles gracias por su compaa en
estosltimosaosquehemosvividoyaesaspequeascomidasqueladierona
conocerenlauniversidad.
AmihermanoMauricio,queesmimotivodeseguiradelanteydejarleuncamino
labradoyconpuertasabiertasparaquesaquesumayorprovecho.
AmihermanaMnica,porsuspalabrasyconfidenciasquedeunauotramanera
hansidounaporteamiproyectodevida.
A mi familia, quien me apoy cuando mas lo necesite y gracias a ellos logre
alcanzarunametams.
A mis compaeros de proyecto, Jairo Barragn y Lus Acosta, pues con la
realizacindeesteproyectopudimoscompartirmuchascosas.
A mis amigos de la universidad, Carlos Porras, Alfonso Correa,Wilson Patio,
FerleyDaz,ClaudiaGamez,EdinsonCarreo,JavierRubio,FernandoCastao,
DianaHilarin,DiegoLozano,CamiloCastro,MarioRodrguez,CarlosBallesteros
ydemsamigosquenoscolaborarondirectaoindirectamenteenlarealizacinde
esteproyecto.
A todas aquellas personas que estuvieron cerca y que a pesar de la distancia
aportaronsugranitodearena,yhanhechodem, lapersonaquesoy,yaestar
dondeestoy.
ANDRSRICARDOREYESCARRILLO
DEDICATORIA
Este trabajo representa la obtencindemi titulo de IngenieroCivil no conantes
agradecerlesatodaslaspersonasquehicieronpresenciadeunayotraformaen
laobtencindeeste.
AmiPadrequemeguisiempreporelcaminodelbienyestuvoconmigoenlas
buenasylasmalas.
AmiMadrequeaunquenoesteacompandomeencuerposiempreloestuvoen
alma para ella el mas grande de mis agradecimientos donde quiera que este
porquesoloellasabecuantolaextraoytodoloquesoygraciasaella.
AmishermanitasNoraLilianayJuliethMarcelaquelasamocontodomicorazn,
ygraciaspor todoeseapoyo incondicionalquesiempremedieronyqueespero
seguirrecibindolo.
A toda mi familia mi abuela Amaita , mi abuela Ceferina , mis tos Orlando
VelsquezyOrlandoAcostaymistasAmanda,CeciliaYolandaycarmenamis
primos Hernn Daro el gran Buche de puerco, jorgeMario, Karen Liseth, Gina
Paola,OlgaLucia,DiegofranciscoySandra.
AmisamigosycompaerodetesisJairoyRichiquesinellosnadadeestoseria
posible y por supuesto que no se pierdan y esta amistad no quede solo aqu
aprendyquieroseguiraprendiendomuchodeellosypormuchotiempomas.
AmisamigosdelbarrioJuanCarlos,Quito,Lalo,Pachito,Pacheco,Nando,Leo,y
amigranamigoDanielBohrquezquelastimosamentesenosfuedeestemundo
peroparadondeesteesparaelestatesisconmuchoaprecioycariomicerdito,y
como no a mi gran amigo o hermanazo Andrs Villate que gracias a el que es
comomipadreymihermanoalavezelquemeaconsejayacompaaentodas
lascosasdelavidaunseorentodoelsentidodelapalabraperomequedocorto
conpalabrasporesolasdejoaquyselasestardiciendosiemprepersonalmente
hastaquelavidamelopermitayatodasufamiliaespecialmenteadoaMiriammi
segundamadresisepuededecirasporqueaslosientoylaquierocontodomi
corazn y adems que a sido mi gran apoyo desde todos los buenos y
especialmente losmalosmomentos les podra decirmi segunda familia y como
sacaraJuancascoyaMiqueridoJulioVillatequeestnypertenecenamigran
familia.
Amisamigosdelauniversidadalgunosqueaunquelosconocmuy tarde tienen
ungranespacioenmicoraznGermanCubillos ,OmarEduardo,elPaisa,caro,
Pinky,germanRomero,Yesid,pacho,Daniela,ytodoslosdemsqueestuvieron
engrandesychicosmomentosconmigo,ycomovoyaolvidaraunadelasmas
importantemividaalejaalamujerqueamocontodomicoraznylaqueespero
seguir amando toda mi vida y claro si dios me lo permite estar con ella
acompandolaelrestodesuvidacomoungrancompaeroporquesiesdedecir
esunadelasquemasmehasoportadotodasmiscagadasplantadasydemaste
amoyteamocontodomicoraznasufamiliaenlacualtambinsentsiempre
ungranapoyosumadreGladisaJuanchoyasushermanosluisitaporsupuesto
consubellahijaMariaJosasuhermanodiegohijoyfamilia.
Graciasdeantemanoatodasesaspersonasquedeprontoestnyestuvieroncon
unoen esteuotromomentoyno loshaycitadoenestas letrasestas perode
verdadesquesonmuchosylalistaseriademasiadagrandedetodasmanerasa
ellostambinlasmismasgraciasylosquieromucho.
LUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ
AGRADECIMIENTOS
Losautoresexpresanelreconocimiento:
AlIngenieroHECTORVEGA,porelapoyoyladedicacinqueprestoduranteeste
procesoylaamistadquebrind.
AROSAAMPARORUIZSARAY,porelapoyoyladedicacinqueprestodurante
esteprocesoylaamistadquebrind.
A ROBERTO VASQUEZ MADERO, por el apoyo y la dedicacin que presto
duranteesteprocesoylaamistadquebrind.
A todos los educadores que aportaron enseanza y valores representados en
estelargoprocesodeaprendizajeyformacin.
ATuxstoneTechnologies,porsusasesoriasydedicacionenespecialalIngeniero
JuanFajardo.
AC.O.E.C,porladedicacionylasherramientaspuestasanuestroservicio,unade
lasgrandescompaasdeingenieraenColombia.
A TODAS, aquellas personas que de una u otra forma colaboraron en la
realizacindelpresentetrabajo.
CONTENIDO
CONTENIDO 14
LISTADECUADROS 20
LISTADEECUACIONES 21
LISTADEFIGURAS 27
LISTADEFIGURAS 27
LISTADEIMGENES 30
LISTADETABLAS 32
GLOSARIO 33
GLOSARIO 33
INTRODUCCIN 46
1. ELPROBLEMA 49
1.1 LNEA 49
1.2 TTULO 49
1.3 DESCRPCIN DEL PROBLEMA 49
1.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA 51
1.5 JUSTIFICACIN 51
1.6 OBJETIVOS 52
1.6.1 OBJETIVOGENERAL 52
1.6.2 OBJETIVOSESPECFICOS: 52
2. MARCOREFERENCIAL 54
2.1 MARCO TEORICO 54
2.1.1 FLUJOENCANALESABIERTOS, 55
2.1.1.1 TIPOSDEFLUJO 56
2.1.1.1.1 FLUJOUNIFORME 57
2.1.1.1.2 FLUJOVARIADO 58
2.1.1.1.3 FLUJOPERMANENTE 59
2.1.1.1.4 FLUJONOPERMANENTE 60
2.1.1.1.5 FLUJOUNIFORMEPERMANENTE 61
2.1.1.1.6 FLUJOUNIFORMENOPERMANENTE 62
2.1.1.1.7 FLUJOVARIADOPERMANENTE 63
2.1.1.1.8 FLUJOVARIADONOPERMANENTEOINESTABLEOFLUJONOPERMANENTE 64
2.1.1.1.9 FLUJOESPACIALMENTEVARIADO 65
2.1.2. INFLUENCIADELAVISCOSIDAD,LADENSIDADYLAGRAVEDADSOBREELFLUJO 65
2.1.2.1 EFECTODELAVISCOSIDADSOBREELFLUJO 66
2.1.2.2 EFECTODELADENSIDADDELLQUIDOSOBREELFLUJO 68
2.1.2.3 EFECTODELAGRAVEDADSOBREELFLUJO 68
2.1.2.3.1 FLUJOSUBCRTICO 69
2.1.2.3.2 FLUJOCRITICO 69
2.1.2.3.3 FLUJOSUPERCRTICO 69
2.1.3 CLASESDECANALESYSUSPROPIEDADES 69
2.1.3.1 CANALESNATURALES 69
2.1.3.2 CANALESARTIFICIALES 70
2.1.4 LASECCINTRANSVERSALENLOSCANALESABIERTOS 74
2.1.4.1 ELEMENTOSGEOMTRICOSDELASECCINDEUNCANAL 76
2.1.4.1.1 PROFUNDIDADDELAGUA 76
2.1.4.1.2 REAMOJADA 78
2.1.4.1.3 PERMETROMOJADO 78
2.1.4.1.4 RADIOHIDRULICO 78
2.1.4.1.5 ANCHOSUPERFICIAL 78
2.1.4.1.6 PROFUNDIDADHIDRULICA 78
2.1.4.1.7 TALUDDELAPAREDLATERALDELCANAL 78
2.1.4.1.8 ANCHODELFONDODELCANAL 78
2.1.4.1.9 FACTORDESECCINPARAELCLCULODELFLUJOCRITICO 79
2.1.4.1.10 FACTORDESECCINPARAELCLCULODEFLUJOUNIFORME 79
2.1.4.1.11 ELEMENTOSGEOMTRICOSDESECCIONESDECANALES 79
2.1.5 CARACTERSTICASDELFLUJOENLASSECCIONESMSUSADAS 80
2.1.5.1 FLUJOENUNCANALDESECCINCIRCULAR, 80
2.1.5.2 FLUJOENCANALESRECTANGULARESMUYANCHOS 80
2.1.6 DISTRIBUCINDELAVELOCIDADENLASECCINDEUNCANAL 81
2.1.6.1 MEDICINDELAVELOCIDADENUNCANALABIERTO 84
2.1.6.1.1 MTODO0.6Y 84
2.1.6.1.2 MTODO0.2Y 0.8Y 84
2.1.6.1.3 CONDICIONESGENERALESDELOSMTODOSPARAMEDIRLAVELOCIDAD 84
2.1.6.2 COEFICIENTESDEDISTRIBUCINDEVELOCIDAD 86
2.1.6.2.1 COEFICIENTEDEENERGA 86
2.1.6.2.2 COEFICIENTEDEMOMENTUM 87
2.1.7 DISTRIBUCINDEPRESIONESENLASECCINDEUNCANAL 88
2.1.7.1 FLUJOPARALELO 89
2.1.7.2 FLUJOCURVILNEO 89
2.1.7.2.1 FLUJOCONVEXO 89
2.1.7.2.2 FLUJOCNCAVO 89
2.1.7.3 EFECTODELAPENDIENTEDELCANALSOBRELADISTRIBUCINDEPRESIONES 90
2.1.8 ENERGAYMOMENTUM 92
2.1.8.1 ENERGAESPECIFICA 95
2.1.8.1.1 CURVADEENERGAESPECIFICA 98
2.1.8.1.2 CARACTERSTICASDELACURVADEENERGA 98
2.1.8.2 CLASIFICACINDELFLUJO 100
2.1.8.2.1 FLUJOSUBCRTICO 101
2.1.8.2.2 FLUJOCRITICO 101
2.1.8.2.3 FLUJOSUPERCRTICO 102
2.1.8.3 DETERMINACINDELFLUJOCRITICO 104
2.1.8.3.1 PROPIEDADESGENERALESDELFLUJOCRTICO 106
2.1.8.3.2 FLUJOCRTICOENUNASECCINRECTANGULAR 108
2.1.8.4 FENMENOSLOCALES 109
2.1.8.4.1 CADAHIDRULICA 109
2.1.8.4.2 SALTOHIDRULICO 110
2.1.8.4.3 PROFUNDIDADESALTERNAS 112
2.1.8.5 MOMENTUM 113
2.1.8.5.1 VOLUMENDECONTROL 113
2.1.8.5.2 ECUACINDEFUERZAESPECIFICA 115
2.1.8.5.3 FUERZAESPECIFICAENUNCANALDESECCINRECTANGULAR 115
2.1.8.5.4 CURVADEFUERZAESPECIFICA 118
2.1.8.5.5 PROFUNDIDADESSECUENTES 120
2.1.8.6 PRDIDADEENERGAENUNRESALTOHIDRULICO 123
2.1.8.6.1 LALONGITUDDELRESALTO 126
2.1.8.6.2 POTENCIADISIPADA 128
2.1.8.7 FUERZASOBRELAESTRUCTURAENELRESALTO 129
2.1.9 FLUJOUNIFORME 131
2.1.9.1 TIPOSDEFLUJOUNIFORME 132
2.1.9.2 ECUACIONESDEVELOCIDADDEFLUJO 133
2.1.9.3 ECUACINDECHZY 134
2.1.9.4 EXPRESIONESPARAELFACTORDERESISTENCIACENLAECUACINDECHZY 137
2.1.9.4.1 FRMULADEKUTTER GANGUILLET 137
2.1.9.4.2 FRMULADEKUTTER, 138
2.1.9.4.3 FRMULADEMANNING 138
2.1.9.4.4 FRMULADEBAZIN 145
2.1.9.4.5 FRMULALOGARTMICA 146
2.1.9.4.6 ECUACINDEDARCYWEISBACH 148
2.1.9.5 CANALESCONRUGOSIDADESCOMPUESTAS 150
2.1.9.5.1 PRINCIPIODESUPERPOSICIN 150
2.1.9.5.2 DIVIDIRLASECCINTRANSVERSAL 152
2.1.9.6 PRDIDASDEENERGAENUNCANAL 153
2.1.10 DISEODECANALESENFLUJOUNIFORME 154
2.1.10.1 CRITERIOSPARAELDISEODECANALES 154
2.1.10.2 INFORMACINBSICADEDISEO 155
2.1.10.3 PARMETROSDEDISE 156
2.1.10.4 ESTUDIOAMBIENTALYECOLGICO 157
2.1.10.5 CASOSDEDISEO 159
2.1.10.5.1 CANALESREVESTIDOSONOEROSIONABLES 159
2.1.10.5.2 CANALESNOREVESTIDOSOEROSIONABLES 159
2.1.10.6 DISEODECANALESREVESTIDOSONOEROSIONABLES 160
2.1.10.6.1 SECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 160
2.1.10.7 DISEODECANALESNOREVESTIDOSOEROSIONABLES 172
2.1.10.7.1 MTODODELAVELOCIDADMXIMAPERMISIBLE 173
2.1.10.7.3 MTODODELASECCINHIDRULICAMENTEESTABLE 193
2.1.10.8 PRDIDASPORINFILTRACINENCANALES 204
2.1.10.9 DISEODETRANSICIONES 207
2.2 MARCO CONCEPTUAL 212
2.2.1 CANAL 212
2.2.2 DISEODECANALES 213
2.2.3 SOFTWARE 213
2.3 MARCO LEGAL 213
2.3.1 NORMAS 213
2.3.2 NORMASTCNICASCOLOMBIANAS 213
2.3.3 NORMASTCNICASISO 214
3. METODOLOGA 214
3.1 DISEO DE LA INVESTIGACIN 215
3.2 OBJETODEESTUDIO 217
3.3 VARIABLES 218
4. TRABAJOINGENIERIL 218
4.1 DESARROLLO 219
4.1.1 IDENTIFICACINDELLENGUAJEDEPROGRAMACIN 219
4.1.2 IDENTIFICACINDELOSPRINCIPIOSFSICOSYDEFINICIONESQUEINTERVIENENENEL
DISEO. 219
4.1.3 IDENTIFICACINDELOSPRINCIPALESMTODOSDEDISEODECANALES 221
4.2 SOFTWARE 222
4.2.1 EJEMPLOPARAELCALCULODELAFUERZAESPECIFICAENUNASECCINRECTANGULAR.
223
4.2.2 EJEMPLOPARAELDESARROLLODEUNAPRACTICADELABORATORIO. 226
4.3 MANUAL DE USUARIO OPEN FLOWUNISALLE 232
4.4 DOCUMENTO ESCRITO DIGITALIZADO 232
4.5 CODIGO FUENTE 232
5. COSTOSTOTALESDELAINVESTIGACIN 233
5.1 RECURSOS MATERIALES 233
5.2 RECURSOS INSTITUCIONALES 234
5.3 RECURSOS TECNOLGICOS 234
5.4 RECURSOS HUMANOS 235
5.5 RECURSOS FINANCIEROS 235
6. CONCLUSIONES 237
7. RECOMENDACIONES 245
BIBLIOGRAFA 247
ANEXOS 250
ANEXO 1 SOFTWARE OPEN FLOWUNISALLE 250
ANEXO 2 MANUAL DE USUARIO OPEN FLOWUNISALLE 251
ANEXO 3 DOCUMENTO ESCRITO DIGITAL 344
ANEXO 4 CODIGO FUENTE 345
LISTADECUADROS
CUADRO1.ANLISISDELASVARIABLES 218
LISTADEECUACIONES
ECUACIN1DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALALONGITUD 57
ECUACIN2DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALA
LONGITUD 57
ECUACIN3DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALALONGITUD 57
ECUACIN4DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALALONGITUD 58
ECUACIN5DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALA
LONGITUD 58
ECUACIN6DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALTIEMPO 60
ECUACIN7DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALTIEMPO
60
ECUACIN8DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALTIEMPO 60
ECUACIN9DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALTIEMPO. 61
ECUACIN10DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOAL
TIEMPO. 61
ECUACIN11DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALALONGITUD. 65
ECUACIN12NUMERODEREYNOLDS 66
ECUACIN13NUMERODEREYNOLDSPARACANALESABIERTOS 67
ECUACIN14NUMERODEREYNOLDSPARAUNALONGITUDCARACTERSTICADE
CUATROVECESELRADIOHIDRULICO 67
ECUACIN15NUMERODEFROUDE 68
ECUACIN16RELACINENTRELAPROFUNDIDADDELAGUAYELNGULODELA
PENDIENTEDELFONDODELCANAL. 77
ECUACIN17DEFINICINDELRADIOHIDRULICO 78
ECUACIN18DEFINICINDELAPROFUNDIDADHIDRULICA. 78
ECUACIN19DEFINICINDEFACTORDESECCIN 79
ECUACIN20RADIOHIDRULICOPARAUNCANALDESECCINRECTANGULAR. 81
ECUACIN21APROXIMACINDELRADIOHIDRULICOENUNCANALDESECCIN
RECTANGULAR 81
ECUACIN22VELOCIDADMEDIAENUNCAUSEDIVIDIDOPORFRANJAS 85
ECUACIN23COEFICIENTEDEENERGA 87
ECUACIN24COEFICIENTEDEMOMENTUM. 88
ECUACIN25ALTURAPIEZOMTRICAENFUNCINDELAPROFUNDIDADMEDIDA
VERTICALMENTE 90
ECUACIN26ALTURAPIEZOMTRICAENFUNCINDELASPROFUNDIDADMEDIDA
PERPENDICULARMENTE 90
ECUACIN27ENERGATOTALPARAENUNCANALABIERTOCONFLUJOGRADUALMENTE
VARIADO 92
ECUACIN28ENERGATOTALENUNCANAL 93
ECUACIN29ENERGATOTALPARACANALESCONPENDIENTESBAJAS 93
ECUACIN30ENERGATOTALENTREDOSPUNTOSENUNCANAL 94
ECUACIN31ENERGATOTALENTREDOSPUNTOSENUNCANALDEPENDIENTE
PEQUEA 95
ECUACIN32ECUACINDEENERGADEBERNOULLI 95
ECUACIN33ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELAALTURA
PIEZOMTRICA. 95
ECUACIN34ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELA
PROFUNDIDADPERPENDICULARALFONDODELCANALDESDELASUPERFICIEDEL
LIQUIDO 95
ECUACIN35ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELA
PROFUNDIDADVERTICALDELLIQUIDOALFONDODELCANAL. 95
ECUACIN36ENERGAESPECIFICAPARAUNCANALDEBAJAPENDIENTE,ENFUNCIN
DELAPROFUNDIDADVERTICALDELLIQUIDO 95
ECUACIN37ECUACINDECONTINUIDAD 97
ECUACIN38VELOCIDADENFUNCINDELCAUDAL 97
ECUACIN39ECUACINGENERALDEENERGAESPECIFICA 97
ECUACIN40ENERGAESPECIFICAENUNCANALENFUNCINDEUNCAUDALUNITARIO
97
ECUACIN41ECUACINDIFERENCIADELFLUJOCRITICO 104
ECUACIN42ENERGAESPECIFICA 104
ECUACIN43ECUACINGENERALDELFLUJOCRTICO 105
ECUACIN44ESTADOCRTICODEFLUJO 106
ECUACIN45CONDICINGENERALDELFLUJOCRTICO 106
ECUACIN46CAUDALTOTALENUNCANALRECTANGULAR,ENFUNCINDELCAUDAL
UNITARIO. 108
ECUACIN47PROFUNDIDADCRTICAPARAUNA SECCINRECTANGULAR. 108
ECUACIN48ENERGAMNIMAENUNCANALRECTANGULAR,ENFUNCINDELA
PROFUNDIDADCRITICA. 109
ECUACIN49RELACINDEENERGAESPECIFICA,PARADETERMINARLASALTURAS
ALTERNAS 113
ECUACIN50ECUACINPARAELCLCULODELASPROFUNDIDADESALTERNAS 113
ECUACIN51ECUACINDEAPLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUM 114
ECUACIN52ECUACINDEAPLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUMPARACANALES
LISOSYDEBAJAPENDIENTE. 114
ECUACIN53DEFINICINDELAFUERZAHIDROSTTICA. 115
ECUACIN54FUERZAESPECIFICAPORUNIDADDEANCHO. 115
ECUACIN55ECUACINDEFUERZAESPECIFICA. 115
ECUACIN56ECUACINDEFUERZAESPECIFICA 116
ECUACIN57ECUACINDEFUERZAESPECIFICAPARALASSECCIONES(1)Y(2),
FIGURAS32Y33. 117
ECUACIN58ECUACINDEFUERZAESPECFICAPARAUNCANALDESECCIN
RECTANGULAR. 117
ECUACIN59FUERZAESPECIFICAPORUNIDADDEANCHO 118
ECUACIN60PROFUNDIDADCRITICADEFLUJODEUNCANAL,ENFUNCINDELCAUDAL
UNITARIO. 119
ECUACIN61FUERZAESPECIFICAMNIMAPARAELFLUJOENUNCANALABIERTO. 119
ECUACIN62NUMERODEFROUDEENFUNCINDELCAUDALUNITARIO 122
ECUACIN63RELACINENTRELASPROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS 123
ECUACIN64PRDIDASDEENERGAENUNRESALTOHIDRULICO. 124
ECUACIN65RELACIN 1yLj PARACANALESPRISMTICOSDECUALQUIERFORMA. 127
ECUACIN66RELACIN 1yLr PARACANALESANCHOS 128
ECUACIN67POTENCIADISIPADAENUNRESALTO 129
ECUACIN68ECUACINDEAPLICACINDEMOMENTUMPARADETERMINARLAFUERZA
SOBREUNAESTRUCTURA 130
ECUACIN69ECUACINDEAPLICACINDEMOMENTUMPARADETERMINARLAFUERZA
SOBREUNAESTRUCTURAENUNCANALDEBAJAPENDIENTEYLISO. 130
ECUACIN70ECUACINGENERALPARADETERMINARLAFUERZASOBREUNA
ESTRUCTURA. 131
ECUACIN71FORMAGENERALDELASECUACIONESDEVELOCIDADENFLUJO
UNIFORME. 134
ECUACIN72ECUACINDECHZY 134
ECUACIN73ECUACINDECHZYPARAFLUJOUNIFORME 134
ECUACIN74FUERZATOTALRESISTENTEALFLUJOENUNCANALCONFLUJO
UNIFORME 135
ECUACIN75FRMULADEKUTTERGANGUILLET,PARAUNIDADESDELSISTEMA
INTERNACIONAL 138
ECUACIN76FRMULADEKUTTER,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL 138
ECUACIN77FRMULADEMANNING,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL139
ECUACIN78ECUACINDEMANNINGPARAFLUJOUNIFORMEENUNIDADESDEL
SISTEMAINTERNACIONAL 139
ECUACIN79ECUACINDEMANNINGPARACAUDALENUNIDADESDELSISTEMA
INTERNACIONAL 139
ECUACIN80ECUACINGENERALDEMANNING 139
ECUACIN81FRMULADEBAZIN,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL. 146
ECUACIN82FRMULALOGARTMICAPARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL.
147
ECUACIN83FRMULALOGARTMICAGENERALIZADAPARAUNIDADESDELSISTEMA
INTERNACIONAL. 147
ECUACIN84ESFUERZOCORTANTEENELFONDODELCANAL 148
ECUACIN85COEFICIENTEDERESISTENCIAALFLUJO,SEGNLAECUACINDEDARCY
WEISBACH 148
ECUACIN86ECUACINDEDARCYWEISBACH 149
ECUACIN87ECUACINDECOLEBROOKYWHITE 149
ECUACIN88COEFICIENTEDERESISTENCIAALFLUJO,SEGNLAECUACINDEDARCY
WEISBACH 149
ECUACIN89COEFICIENTEDERUGOSIDADEQUIVALENTEPARACANALESDESECCIN
COMPUESTA 151
ECUACIN90COEFICIENTEDERUGOSIDADEQUIVALENTEPARACANALESDESECCIN
COMPUESTA 151
ECUACIN91COEFICIENTEDERUGOSIDADEQUIVALENTEPARACANALESDESECCIN
COMPUESTA 152
ECUACIN92PRDIDASPORFRICCINENCANALES 153
ECUACIN93BORDELIBREPARACANALES 157
ECUACIN94READELASECCINTRAPEZOIDAL 164
ECUACIN95PERMETROMOJADODELASECCINTRAPEZOIDAL 164
ECUACIN96PERMETROMOJADODEUNASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDEL
REAYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165
ECUACIN97READELASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDELAPENDIENTE
LATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165
ECUACIN98ANCHODEFONDODEUNCANALTRAPEZOIDALENFUNCINDELA
PENDIENTELATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165
ECUACIN99PERMETROMOJADODEUNASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDELA
PENDIENTELATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 166
ECUACIN100PENDIENTELATERALPARALACUALSEOBTIENEELMNIMOPERMETRO
MOJADOENUNCANALTRAPEZOIDECUALQUIERA 167
ECUACIN101REAENUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCINHIDRULICAPTIMA
167
ECUACIN102PERMETROMOJADOPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN
HIDRULICAPTIMA 167
ECUACIN103RADIOHIDRULICOPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN
HIDRULICAPTIMA 167
ECUACIN104ANCHOSUPERFICIALPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN
HIDRULICAPTIMA 167
ECUACIN105PROFUNDIDADDELFLUJOPARAELDISEODEUNCANALREVESTIDO
CONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA. 169
ECUACIN106ANCHODEFONDODECANAL,ELDISEODEUNCANALREVESTIDOCON
SECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 169
ECUACIN107ANCHODEFONDODECANALAMEDIOESPESORELDISEODEUNCANAL
REVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 169
ECUACIN108ANCHODEFONDOTOTALDECANAL,ELDISEODEUNCANAL
REVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 170
ECUACIN109VOLUMENDEMATERIAAEXCAVARPARAELDISEODEUNCANAL
REVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 170
ECUACIN110COSTODELAEXCAVACINPARAELDISEODEUNCANALREVESTIDO
CONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 171
ECUACIN111COSTODELTRANSPORTEDELMATERIALDELAEXCAVACINPARAEL
DISEODEUNCANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 171
ECUACIN112VOLUMENDELMATERIALAUTILIZARCOMOREVESTIMIENTOELDISEO
DEUNCANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 172
ECUACIN113COSTODELMATERIALDEREVESTIMIENTOPARAELDISEODEUN
CANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 172
ECUACIN114ESFUERZOCORTANTEENELFONDODEUNCANALMUYANCHO 179
ECUACIN115FUERZATRACTIVAUNITARIAENELTALUDDEUNCANAL 182
ECUACIN116FUERZATRACTIVAUNITARIAENELFONDODEUNCANAL 183
ECUACIN117RAZNDELAFUERZATRACTIVA 183
ECUACIN118ESFUERZOTRACTIVOCRITICO 196
ECUACIN119ESFUERZOTRACTIVOCRITICOSOBRELOSTALUDESDELCANAL. 196
ECUACIN120ESFUERZOTRACTIVOENELCENTRODELCANALCONPROFUNDIDADYN
196
ECUACIN121PROFUNDIDADDELFLUJOENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL,
DELNGULODELTALUDYDELNGULODELAPARTCULADEREPOSO. 197
ECUACIN122ECUACINDIFERENCIALDELASECCINTRANSVERSALDEUNCANAL
CONSECCINHIDRULICAMENTEESTABLE 197
ECUACIN123PROFUNDIDADDELFLUJOENUNCANALCONSECCIN
HIDRULICAMENTEESTABLE,ENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL. 198
ECUACIN124PROFUNDIDADDELFLUJOENUNCANALCONSECCIN
HIDRULICAMENTEESTABLE,ENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL. 198
ECUACIN125REAMOJADADELASECCINDEMAYOREFICIENCIAHIDRULICA 198
ECUACIN126PERMETROMOJADODELASECCINDEMAYOREFICIENCIAHIDRULICA
199
ECUACIN127SOLUCINDELAINTEGRALELPTICADESEGUNDOTIPO 199
ECUACIN128CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCINDEMAYOR
EFICIENCIAHIDRULICA 199
ECUACIN129CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCIN
HIDRULICAESTABLECUANDO QQD > 200
ECUACIN130CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCIN
HIDRULICAESTABLECUANDO QQD < . 201
ECUACIN131CAUDALTERICOENLASECCINHIDRULICAMENTEPTIMA,EN
FUNCINDELREAHIDRULICA 202
ECUACIN132CAUDALDEDISEOENLASECCINHIDRULICAMENTEPTIMA,EN
FUNCINDELREAHIDRULICA 202
ECUACIN133DETERMINACINDEL ''T PARALASECCINHIDRULICAESTABLE
CUANDO QQD < . 203
ECUACIN134PRDIDAPORTRANSICINENFLUJOACELERADO 21 VV < . 210
ECUACIN135PRDIDASPORTRANSICINENFLUJORETARDADO, 21 VV
LISTADEFIGURAS
FIGURA1FLUJOLIBRE 56
FIGURA2FLUJOUNIFORMEENUNCANALDELABORATORIO 58
FIGURA3FLUJOVARIADO 59
FIGURA4FLUJOPERMANENTE 60
FIGURA5FLUJONOPERMANENTE 61
FIGURA6FLUJOUNIFORMEPERMANENTE 62
FIGURA7FLUJOUNIFORMENOPERMANENTE. 63
FIGURA8FLUJOVARIADO. 64
FIGURA9FLUJOVARIADONOPERMANENTE. 65
FIGURA11FLUJOESPACIALMENTEVARIADO.A)SUMIDEROCONDESCARGACOMPLETA.
65
FIGURA12SECCINTRANSVERSALDEUNCAUSEIRREGULAR 75
FIGURA13SECCINTRANSVERSALDEUNCAUCEPRISMTICODEFORMA
TRAPEZOIDAL. 75
FIGURA14SECCIONESCOMUNESENCANALESPRISMTICOS 76
FIGURA15RELACINENTRELAPROFUNDIDAD(Y)YLAPROFUNDIDAD(D) 77
FIGURA16.DISTRIBUCINDEVELOCIDADESENSECCIONESTRANSVERSALESDE
DIFERENTEFORMA.TOMADODEHIDRULICADE CANALESABIERTOS.CHOW,V.T
2000 82
FIGURA17EFECTODELARUGOSIDADENLADISTRIBUCINDEVELOCIDADESENUN
CANALABIERTO.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.
2000 83
FIGURA18SECCINTRANSVERSALDEUNCAUCEDIVIDIDOENFRANJAS. 85
FIGURA19DISTRIBUCINDEPRESIONESENCANALESRECTOSYCURVOSCON
PENDIENTEPEQUEAUHORIZONTAL.A)FLUJOPARALELO,B)FLUJOCONVEXO,C)
FLUJOCNCAVO.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.
2000CHOW,V.T.2000 89
FIGURA20DISTRIBUCINDEPRESIONESENUNFLUJOPARALELOENCANALESDE
PENDIENTEALTA.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.
2000. 91
FIGURA21ENERGATOTALPARACANALESABIERTOS 93
FIGURA22ENERGADEUNFLUJOGRADUALMENTEVARIADOENCANALESABIERTOS 94
FIGURA23COMPONENTESDELAENERGAESPECIFICA 96
FIGURA24CANALDESECCINRECTANGULAR 97
FIGURA25CURVADEENERGAESPECFICA 100
FIGURA26FLUJOSUBCRTICO 101
FIGURA27FLUJOCRTICO 102
FIGURA28FLUJOSUPERCRTICO 103
FIGURA29ELEMENTODIFERENCIALENLASECCINDEUNCANAL 105
FIGURA30CADAHIDRULICACONSURESPECTIVACURVADEENERGAESPECFICA 110
FIGURA31RESALTOHIDRULICOCONSUSCURVASDEENERGAESPECIFICAYFUERZA
ESPECIFICA. 111
FIGURA32PROFUNDIDADESALTERNASENLACURVADEENERGAESPECFICA. 112
FIGURA33APLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUM 114
FIGURA34CANALDESECCINRECTANGULAR. 116
FIGURA35CURVADEFUERZAESPECFICAPARAFLUJOENCANALESABIERTOS. 120
FIGURA36PROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS,REPRESENTADASENLA
CURVADEFUERZAESPECIFICA. 121
FIGURA37A)PRDIDADEENERGAENUNRESALTO.B)LONGITUDDELRESALTO
HIDRULICO. 125
FIGURA38FUERZASOBRELAESTRUCTURAENUNRESALTOHIDRULICO. 129
FIGURA39DEMOSTRACINDELAECUACINDECHZYPARAUNCANALCONFLUJO
UNIFORME. 136
FIGURA40CANALCONRUGOSIDADCOMPUESTA 150
FIGURA41SECCIONESTRANSVERSALESDECAUDALMXIMO 162
FIGURA42PROPIEDADESDEGEOMTRICASDELASPRINCIPALESSECCIONES 162
FIGURA43COMPONENTESDEUNCANALREVESTIDO. 169
FIGURA44DISTRIBUCINTPICADEFUERZATRACTIVAENUNCANALTRAPEZOIDAL.
TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000. 180
FIGURA45ANLISISDEFUERZASACTUANTESENUNAPARTCULAQUEESTA
SUSPENDIDAENELFONDODEUNCANAL 182
FIGURA46ESFUERZOSTRACTIVOSESFUERZOCORTANTETRACTIVOMXIMOENFUNCIN
DE oSy g .A)PARALOSTALUDESYB)PARAELFONDODELCANAL.TOMADODE
HIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988. 184
FIGURA47NGULOSDEREPOSOPARAMATERIALESNOCOHESIVOS.TOMADODE
HIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988 186
FIGURA48ESFUERZOSTRACTIVOSPERMISIBLESRECOMENDADOSPARACANALES
CONSTRUIDOSENMATERIALNOCOHESIVO,LANE(1955).TOMADODEHIDRULICA
DECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H1988 188
FIGURA49ESFUERZOSTRACTIVOSPERMISIBLESRECOMENDADOSPARACANALES
CONSTRUIDOSENMATERIALCOHESIVO,CHOW(1959).TOMADODEHIDRULICADE
CANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H1988 189
FIGURA50SECCINHIDRULICAESTABLEPARAQ 201
FIGURA52SECCINHIDRULICAESTABLECUANDO QQD
LISTADEIMGENES
IMAGEN1.CANALNATURAL,ROATRTOALAALTURADELMUNICIPIODEQUIBDO 70
IMAGEN2.CANALIZACINQUEBRADALACHIGUAZA,LOCALIDADDETUNJUELITO,
BOGOT 72
IMAGEN3CANALARTIFICIALREVESTIDO,CANALDETRANSPORTEACUEDUCTODE
IBAGU 73
IMAGEN4CANALARTIFICIAL,MODELOHIDRULICOPARAEXPERIMENTACIN,
LABORATORIODEHIDRULICA,UNIVERSIDADDELASALLE,BOGOTA. 74
IMAGEN5SALTOHIDRULICOCOMOMEZCLADORHIDRULICO.PLANTADE
TRATAMIENTOIBAGU,TOLIMA. 111
IMAGEN6CLCULODELAFUERZAESPECIFICAPARAUNASECCINRECTANGULAREN
ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE. 223
IMAGEN7CLCULODELAFUERZAESPECIFICAPARAUNASECCINRECTANGULAREN
ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDEENTRADA. 224
IMAGEN8CLCULODELAFUERZAESPECIFICAPARAUNASECCINRECTANGULAREN
ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA. 225
IMAGEN9APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,PRELIMINARES. 226
IMAGEN10APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDEENTRADA. 227
IMAGEN11APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA1. 227
IMAGEN12APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA2. 229
IMAGEN13APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA3. 230
IMAGEN14APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,GRFICOS1. 231
IMAGEN15APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA
GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL
SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,GRFICOS2. 231
LISTADETABLAS
TABLA1RELACINESGEOMTRICASPARALASSECCIONESTRANSVERSALESEN
CANALESMSUSADOS. 80
TABLA2FACTORESDEFORMAPARALAECUACIN65 127
TABLA3VALORESDELCOEFICIENTEDERUGOSIDADNDEMANNING.TOMADOSDE
HIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000 141
TABLA4VALORESPROPUESTOSPARAELMDEBAZIN.TOMADOSDEHIDRULICADE
CANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000 146
TABLA5VALORESPARAELCOEFICIENTEC,PARADETERMINARELBORDELIBRE F. 157
TABLA6TALUDESRECOMENDADOSPARACANALESCONSTRUIDOSENDIFERENTES
TIPOSDEMATERIAL.TOMADOSDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOW
V.T.2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H. 168
TABLA7ESPESORRECOMENDADOPARACANALESENCONCRETOSIMPLE,ENFUNCIN
DELCAUDALATRANSPORTAR 170
TABLA8ESPESORRECOMENDADOPARACANALESENCONCRETOREFORZADO,EN
FUNCINDELCAUDALATRANSPORTAR 171
TABLA9VELOCIDADESMXIMASPERMISIBLESRECOMENDADASPORFORTIERY
SCOBEYPARACANALESRECTOSCONPENDIENTESPEQUEAS 174
TABLA10FACTORESDECORRECCINPARALASFUERZASTRACTIVASMXIMASPARA
CANALESCONDIVERSOS GRADOSDESINUOSIDAD.TOMADODEHIDRULICADE
CANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988. 191
TABLA11PRDIDASPORINFILTRACINENCANALESENDIVERSOSMATERIALES,SIN
TENERENCUENTAELNIVELFRETICO.TOMADODEHIDRULICADECANALES
ABIERTOSDECHOW.V.T2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH
.R.H1998. 206
TABLA12COEFICIENTESDEPRDIDAPORTRANSICIN.TOMADODEHIDRULICADE
CANALESABIERTOSDECHOW.V.T2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOS
DEFRENCH.R.H1998 211
TABLA13RECURSOSMATERIALES. 233
TABLA14RECURSOSINSTITUCIONALES. 234
TABLA15RECURSOSTECNOLGICOS. 234
TABLA16RECURSOSHUMANOS 235
TABLA17RECURSOSFINANCIEROS 235
GLOSARIO
Lasdefinicionespresentadasenestedocumentohansidogeneradasatravsde
dosvasdistintas,unaesasaberdefinicioneshechasporelgrupo investigador
teniendo en cuenta la documentacin y material que se encontr, y otra es,
definiciones tomadas de la normatividad existente caso que se aplica el RAS
2000.
AFLUJO:elevacindelniveldelaguaporencimadelnivelnormal(esdecir,nivel
natural de la creciente) en el lado aguas arriba de una alcantarilla o una
obstruccinenuncanal.
AGUA: nombre comn aplicado al estado lquido de la combinacin hidrogeno
oxigeno .A pesar de que la estructura molecular del agua es simple, las
propiedades fsicasyqumicasdelaguason inusualmentecomplicadas.Elagua
esunlquidoincoloro,insaboroeinodoroala temperaturaambiente.Unadelas
propiedadesmsimportantesdelaguaessuhabilidadparadisolvermuchasotras
sustancias. El agua se conoce con frecuencia como el solvente universal .bajo
presin atmosfrica estndar, el punto de congelamiento del agua esO grados
centgrados o 273.16 grados kelvin, y su punto de ebullicin es 100 grados
centgradoso373.16gradoskelvin.
ANCHOSUPERFICIAL:elanchosuperficialdeuncanaleselanchodelaseccin
delcanalenlasuperficielibredelagua.
AREAHIDRAULICA: el reahidrulica esel arreade la seccin transversal del
flujo,tomadanormalaladireccindelflujo.
REAMOJADA:encanalesabiertoseltrminodereamojadaserefierealrea
superficialencontactoconellquidoquefluye.
ASPERSION:pequeasgotasdeaguaquevuelanocaenatravsdelaire.
ATAGUIA:estructuratemporalquecontienetodaopartedelreadeconstruccin
de tal manera que la construccin pueda proceder en condiciones secas .una
ataguadedesviacindesvaunacorrientehaciaunatuberaouncanal.
BASALTO:Rocavolcnica,porlocomndecolornegrooverdoso,degranofino,
muydura,compuestaprincipalmentedefeldespatoypiroxenaoaugita,yaveces
deestructuraprismtica.
BAZIN: Henry Emile Bazin, ingeniero e hidrulico francs (18291917) miembro
delcorpsdespontsetchausseesfrancsydespusdelaacademiadeCiencias
deParis.AlprincipiodesucarreratrabajocomoasistentedeHenryP.G.Darcy.
BERNOULLI: Daniel Bernoulli (17001782), matemtico, fsico y botnico suizo
que desarrollo la ecuacin de Bernoulli en su Hydrodynamica, de Viribus et
Motibus Fluidorum (primer borrador en 1733, primera publicacin en 1738,
Estrasburgo.
BOUSSINESQ: Joseph Valentin Boussinesq (18421929), hidrodinmico y
profesor francsen laUniversidadde laSorbona (Paris).Su tratadoEssaisur la
Theoriebdes Eaux Courantes (Boussinesq, 1877) permanece como una
contribucinextraordinariaenlaliteraturahidrulica.
CADAHIDRULICA:cadaabruptadeaguasobreunprecipiciocaracterizadopor
unanapadeaguaencadalibre.
CANAL: el termino canal se refiere a un gran conducto abierto de pendiente
suave. Estos conductos abiertos pueden ser no revestidos o revestidos con
concreto,pasto,madera,materialesbituminosos,ounamembranaartificial.
CANALESPRISMTICOS:uncanalprismticoeselquetieneconstantestantola
formatransversalcomolapendientedelfondo.Loscanalesquenoentraneneste
criteriosonllamadosnoprismticos
CAUDAL:volumendeaguacorrientequediscurreporuncauce.
CAUDALUNITARIO:uncaudalunitariosepuededefinir.
CAVITACION:formacindeburbujasdevaporypaquetesdevapordentrodeun
lquido homogneo causado por el esfuerzo excesivo (Franc et al. 1995). La
cavitacion modifica las caractersticas hidrulicas de un sistema y esta
caracterizada por erosin daina, ruido adicional, vibraciones y disipacin de
energa.
COEFICIENTEDEBOUSSINESQ:coeficientededecorreccindemomentumen
honoraJ.VBoussinesqquienlopropusoporprimeravez(1877).
COEFICIENTE DE CORIOLIS: coeficiente de correccin de energa cintica en
honoraG.GCoriolisquienintrodujoporprimeravezestecoeficientedecorreccin
(1836).
COEFICIENTE DE CHEZY: coeficiente de resistencia para el flujo en canales
abiertosintroducidoporprimeravezporA.Chezy.Apesardequesepensque
eraconstante,elcoeficienteesunafuncindelarugosidadrelativaydelnmero
deReynolds.
COMPUERTAS:vlvulaosistemaparacontrolarelpasodeunfluido.Encanales
abiertos, los dos tipos mas comunes de compuerta son la compuerta de flujo
interioryladerebose.
CORIOLIS: Gustave Gaspard Coriolis (17921843), matemtico e ingeniero
francsdelCuerpodedePuentesyCaminosquiendescribiporprimeravezla
fuerzadecoriolis,esdecir,elefectodelmovimientosobreuncuerpoquerota.
CRESTADEREBOSADERO:partesuperiordelvertedero.El termino (crestade
presa)serefierealapartesuperiordeunvertederonocontrolado.
CRIBA:marco dealambres o vigas que se llena con piedras, cantos rodados o
materialderellenoysehundecomocimentacinomuroderetencin.
CHEZY:AntonieChezy(17171798),IngenierofrancsymiembrodelCuerpode
Puentes y Caminos, quien diseo canales para el suministro de aguas de la
ciudad de Paris. En 1768 propuso una formula para la resistencia al flujo en
canalesabiertosconocidacomo laecuacindeChezy.En1798,seconvirtien
director de la Escuela Nacional Superior de Puentes y Caminos despus de
ensearallpormuchosaos.
DARCY:HenriPhilibertGaspardDarcy(18051858), ingenierocivil francsquien
llevo a cabo numerosos experimentos sobre la resistencia al flujo en tuberas
(Darcy1858).Yencanalesabiertos (DarcyyBazin1865), ydel flujoenmedios
porosos(Darcy1856).DiosunombrealfactordefriccindeDarcyWeisbachya
laleydeDarcyenmediosporosos.
DIAMETROHIDRAULICO:sedefinecomoeldimetroequivalentedetubera:es
decir, cuatro veces el rea de la seccin transversal dividida por el permetro
mojado. Este concepto fue expresado por primera vez por el francs P.L.G.Du
Buat(Buat,1779).
ENERGIA ESPECIFICA: cantidad proporcional a la energa por la unidad de
masa,masamedidaatizandoel fondodelcanalcomoelevacinde referenciay
expresadaenmetrosdeagua.Elconceptodeenergaespecifica,desarrolladopor
primeravezporB.A.Bakhmeteffen1912,seutilizaporlocomnparael flujode
canalesabiertos.
EROSION:Desgasteodestruccinproducidosenlasuperficiedeuncuerpoporla
friccin contina o violenta de otro o Desgaste de la superficie terrestre por
agentesexternos,comoelaguaoelviento.
FACTOR DE FRICCION DE DARCYWEISBACH: parmetro adimensional que
caracteriza la prdida por friccin en un flujo. Bautizado por el francs
H.P.G.DarcyyelalemnJ.Weisbach.
FENMENO LOCAL: en los canales abiertos a menudo ocurren cambios en el
estadodeflujosubcrticoasupercrtico,yviceversa.Talescambiossemanifiestan
conuncorrespondientecambioenlaprofundidaddeflujodeunaprofundidadalta
aunaprofundidadbaja,oviceversa.Sielcambioocurreconrapidezalolargode
una distancia relativamente corta, el flujo es rpidamente variado y se conoce
comofenmenolocal.
FUERZATRACTIVA:cuandoelaguafluyeenuncanal,sedesarrollaunafuerza
queactasobreel lechodeesteenladireccindel flujo.Esta fuerza,lacuales
simplemente el empuje del agua sobre el reamojada, se conoce como fuerza
tractiva. Tambin conocida como fuerza cortante, fuerza de arrastre o fuerza
tangencial.
FLUCTUAR: Dicho de un cuerpo: Vacilar sobre las aguas por el movimiento
agitadodeellas
FLUIDOIDEAL:fluidosinfriccineimconpresible.Unfluidoidealtieneviscosidad
cero,esdecir,nopuedesoportaresfuerzocortanteenningnflujo.
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO: se caracteriza por pequeos cambios
relativos en las distribuciones de velocidad y presin a lo largo de varias
distancias.
FLUJONOPERMANENTE:laspropiedadesdelflujocambianconeltiempo.
FLUJOPERMANENTE:ocurrecuando lascondicionesencualquierpuntodeun
fluidonocambianconeltiempo.
FLUJO UNIFORME: se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la
profundidad de flujo es la misma en cada seccin del canal. Un flujo uniforme
puedeserpermanenteonopermanente,segncambieono laprofundidadcon
respectoaltiempo.
FLUJO UNIFORME NO PERMANENTE: El flujo uniforme no permanente el
criterioquese tomaparaconsiderarlocomo flujouniformenopermanenteesel
espacio. Se dice que se presenta un flujo uniforme no permanente cuando los
parmetroshidrulicosdelflujo(velocidad,profundidad)semantienenconstantes
en el espacio pero no en el tiempo. Para que se presente flujo uniforme y no
permanentesenecesitaquelasuperficiedellquidoestecambiandoofluctuando
de tiempo en tiempo mientras permanece paralela al fondo del canal. Este
comportamiento es poco probable encontrarlo en la naturaleza, esto se debe a
queestoscambioseneltiempotendranquesucederalolargodelcanalparoa
suvezpermanecerconstanteslaprofundidadylavelocidaddelflujo.
FLUJO UNIFORME PERMANENTE: es el tipo de flujo fundamental que se
consideraenlahidrulicadecanalesabiertos.Laprofundidaddeflujonocambia
durante el intervalo de tiempobajo consideracin.El establecimiento deun flujo
uniforme no permanente requerira que la superficie del agua fluctuara de un
tiempoaotroperopermaneciendoparalelaalfondodelcanal.
FLUJOPERMANENTE:sedicequeelflujoenuncanalabiertoespermanentesi
la profundidad de flujo no cambia o puede suponerse constante durante el
intervalodetiempoenconsideracin.
FLUJO VARIADO: puede clasificarse adems como rpidamente variado o
gradualmentevariado.El flujoesrpidamentevariadosi laprofundidaddelagua
cambiademaneraabruptaendistanciascomparativamentecortasdeotromodo
esgradualmentevariado.Un flujo rpidamentevariado tambinseconocecomo
fenmenolocalalgunosejemplossonelresaltohidrulicaylacadahidrulica.
FLUJONOPERMANENTE: el flujo es no permanente si la profundidad cambia
con el tiempo. En la mayor parte de los problemas de canales abiertos es
necesarioestudiarelcomportamientodelflujosolobajocondicionespermanentes.
FLUJOLAMINAR:secaracterizaporpartculas fluidasquesemuevenalolargo
de trayectorias suaves en lminas o capas, con una capa deslizndose con
suavidadsobrelacapaadyacente.
Los flujos laminares estn regidos por la ley de viscosidad de Newton, la cual
relaciona el esfuerzo cortante con la tasa de deformacin angular. Numero de
reynolds(R
mezcla e involucran un amplio rango de escalas longitudinales de remolinos
numerodereynolds(12500
tanques de remolque. Fue ayudado por su hijo Robert Edmund Fraude quien,
despusdelamuertedesupadre,continoconalgunosdesustrabajos.En1868,
utilizolaleydesimilituddeReechparaestudiarlaresistenciaenmodelosnavales.
GEOMORFOLOGA:Estudiodelascaractersticaspropiasdelacortezaterrestre.
INFILTRACION:movimientointersticialdeaguaquepuedeocurriratravsdeuna
presa,sucimentacinosusestribos.
LACADAHIDRULICA:lacadaessimilaralarpidaqueesuncanalquetiene
altaspendientes,peroelcambioenelevacinseefectaenunadistanciacorta.
LEYDEDARCY: leyparaelmovimientodel flujodeaguassubterrneas,lacual
estableceque el flujo infiltrado es proporcional a la relacinentre la prdidade
energa a lo largo de la longitud de la trayectoria del flujo. Fue descubierta por
H.P.G.Darcy(1856)quinestablecique,paraelflujodeunliquidoatravsdeun
medioporoso,elcaudalesdirectamenteproporcionalaladiferenciadepresiones.
LINEADEENERGIA:eslarepresentacingraficadelaenergatotalquehayen
unflujoentredospuntos.
MANNING: Robert Manning (18161897), ingeniero jefe de la oficina de obras
publicasde Irlanda.En1889,presentodos formulas(manning,1890,unadelas
cualeslaformuladeGaucklerManning,aunqueRobertManningprefiriutilizar
lasegundaecuacinpresentadaensuarticulo.Debeanotarsequelaformulade
GaucklerManning fue propuesta por primera vez por el francs P.G. Gauckler
(Gauckler,1867).
MOMENTUM: Se define almomentum como la fuerza que ejerce un fluido y la
cualgenerauncambiomasicoesdecirenlamasa,dacomoresultadouncambio
masico.Esto debido a las fuerzas aplicadas, entonces sedice que sinnimode
momentunes la fuerzaenun liquido,estas fuerzassemidenocalculanenuna
regin del espacio definida llamada volumen de control. Tambin se puede
determinarcomolaecuacinquesirveparadeterminarlasprdidasdebidasalas
fuerzasexternasejercidasporelaguasobrelasparedesdelcanal.
NUMERODEFROUDE:elnumerode froudeesproporcionala la razcuadrada
delarelacindelasfuerzasinercialesconrespectoalpesodelfluido,engeneral,
elnumerodefroudeseutilizaparaescalarlosflujosasuperficielibre,loscanales
abiertosylasestructurashidrulicas.Apesardequeelnumeroadimensionalfue
bautizadoenhonoraWilliamfroudealgunosinvestigadoresfrancesesloutilizaron
conanterioridad.Dupuit(1848)yBresse(1860)enfatizaronlaimportanciadeeste
numeroparadiferenciar los regimenesde flujoencanalesabiertosBazin (1865)
confirmo estos resultados experimentalmente. Ferdinand Reech introdujo el
numero adimensional para la prueba de buques y hlices en 1852. En Francia
estenmeroseconocecomoelnmerodeReechFroude.
NUMERODEREYNOLDS:numeroadimensionalproporcionalalarelacinentre
lasfuerzasinercialesyfuerzasviscosas.
PERDIDASDEENERGA:fenmenoaerodinmicocausadoporunadisrupcin(es
decir, separacin) del flujo alrededor de una ala asociado con la perdida de
elevacin.
PERMETROMOJADO:elpermetromojadoes la longitudde la lneaquees la
interfaseentreelfluidoyelcontornodelcanal.
PENDIENTE lado deuna colina cara inclinada deun canal (por ejemplo canal
trapezoidal)inclinacinconrespectoalahorizontaldelfondodelcanal.
PRESA DE GRAVEDAD: presa que depende de su propio peso para su
estabilidad.Normalmenteeste trminose refiereaunapresademamposterao
deconcreto.
PROFUNDIDADCRTICA:profundidadde flujoparalacuallaenergaespecfica
esmnima.
PROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS:enflujoencanalesabiertos,
lasolucindelaecuacindemomentumenunatransicinentreflujosupercrtico
subcrtico da dos profundidades de flujo (profundidades de flujo aguas arriba y
aguasabajo),lascualesseconocencomoprofundidadessecuentes.
RADIO HIDRULICO: el radio hidrulica es la relacin del rea hidrulica y el
permetromojado.
REMANSO:Enelmovimientodel flujo tranquilo,esdecir flujosubcritico,elperfil
longitudinaldelflujoestacontroladoporlascondicionesdeflujoaguasabajo:por
ejemplo un obstculo, una estructura, o un cambio en la seccin transversal.
Cualquier estructura de control aguas abajo (pilas de un puente, vertederos)
induce un efecto de remanso. En general, los trminos clculos de remanso o
perfilde remansose refierenalclculodelperfilde flujo.Este trminoseutiliza
comnmenteparaelmovimientotantodelflujosupercrticocomosubcritico.
RESALTO HIDRULICO: transicin de movimiento rpido (flujo supercrtico). A
pesardequeelresaltohidrulicofuedescritoporLeonardodavinci,losprimeros
trabajos experimentales fueron publicados por Giorgio Bidone en 1820.la teora
actual del resalto hidrulico fue desarrollada por Belanger (1828) y ha sido
verificada experimentalmente por numerosos investigadores (por ejemplo,
BakhmeteffyMatzke,1936).
REYNOLDS: Osborne Reynolds (18421912), fsico y matemtico britnico que
expreso primero el numero de Reynolds (Reynolds 1883) y posteriormente el
esfuerzodeReynolds(esdecir,elesfuerzocortanteturbulento).
RUGOSIDAD: cuando la superficie de un canal se compone de picos y valles
irregularesaestasselesllamarugosidad,laalturaefectivadelasirregularidades
queformanloselementosdelarugosidadseconocecomoalturaderugosidad.
SECCION DE CONTROL: en un canal abierto es la seccin transversal donde
ocurren condiciones de flujo crtico. Los conceptos de control y seccin de
controlseutilizanconelmismosignificado.
SEDIMENTO:cualquiermaterialmovidoensuspensinporelflujoocomocarga
delechoquepuedeasentarseenelfondoenausenciademovimientodelfluido.
SUPERFICIE LIBRE: interfase entre un lquido y un gas. En general, una
superficie libre es la interfase entre el fluido (en reposo o en movimiento) y la
atmsfera.En flujodedos fasesgasliquido,el termino superficielibre tambin
incluyelainterfaseaireaguadeburbujasdegasygotasdeliquido.
SOCAVACION:remocindematerialdel lechocausadoporelpodererosivodel
flujo.
TIRANTEHIDRAULICO:eltirantehidrulicoeslarelacindelreahidrulicacon
elanchosuperficial.
TERRAPLEN:material de relleno (tierra, roca) colocado con lados pendientes y
conunalongitudmayorquesualtura.
TURBULENCIA: movimiento de flujo caracterizado por su comportamiento no
impredecible, propiedades demezclas fuertes y un amplio espectro de escalas
longitudinales(Lesieur1994).
VISCOSIDAD:propiedaddelosfluidosquecaracterizalaresistenciadelfluidoal
esfuerzocortante:esdecir,resistenciaauncambioenformaoenmovimientode
losalrededores.
VERTEDEROS: presa pequea en un ri utilizada para elevar el nivel de agua
aguasarriba.Vertederos demedicin se construyena lo largode las corrientes
conelpropsitodemedirelflujo.
VOLUMENDECONTROL:elvolumendecontrolesunazona,regindelespacio
ovolumenrepresentativodondesetieneencuentalasfuerzas.
WEISBACH: Julios Weisbach (18061871) alemn especialista en matemtica
aplicadaehidrulico.
TALUD:Inclinacindelparamentodeunmuroodeunterreno.
ZONAPERMEABLE:partedelaseccintransversaldeunterraplnquecontiene
materiadealtapermeabilidad.
INTRODUCCIN
En la gnesis de la ingeniera no se contaba con los recursos tcnicos ni
tecnolgicosconlosquecuentalaingenieraenlaactualidadhubopocasenla
historia de la ingeniera para las cuales el desarrollo de un calculomatemtico
conunnivelconsiderableoelcalculoydiseodealgunaestructurainvolucrabael
gasto de varias horas para su ejecucin, en aquellos dasera comnelusode
tablasynomogramasenloscualesseresumainformacinrelevante.
El proceso de clculo se efectuaba generalmente con reglas de clculo y
calculadorasdebolsillodondeelusocontinuoyprolongadodeestoselementos
probablemente conllevaba a errores que el diseador obviaba no por omisin
propia sino muy seguramente por cansancio o fatiga al efectuar procesos tan
repetitivosydesgstantes.
En laactualidadsecuentaconpoderosasmaquinascuyoshardwarepermitenla
implementacindesoftwareespecializadosparacadatipodenecesidadesdonde
la funcin del ingeniero no ser la de realizar clculos tediosos, sino por el
contrario es la de interpretar resultados, y decidir si los resultados que le son
arrojados por el software tienen sentido dentro del marco referencial de la
ingeniera, el cual corresponde a las leyes y planteamientos tericos que son
aceptadosporlacomunidadeducativayprofesional.
Elingenieroconlos resultadosquehaanalizadoen formaresponsable,debede
poderformularrespuestasysolucionessegnseanlasnecesidadesocondiciones
queleimpongaelrigordelejerciciodelaprofesinyaslograrelbienestardela
comunidadyporendedelahumanidadmisma.
Bien es reconocido y aceptado que esta es la era de la informacin y que el
desarrollodeunproyectodependedegranmaneraenlaformaensedistribuyany
utilicenlosrecursosdisponibles,comoeseltiempo.
El software en la ingeniera se remontan a el inicio propio de la era de los
computadorespueseldesarrollodeestossistemassiempretieneelmismofin,el
cualeslasolucindeproblemasde lavidacotidianabajomodelosmatemticos
que modelen y/o predigan el comportamiento de las variables que se estn
tratando.
En este orden de ideas este trabajo busco crear un software que permite el
diseodecanalesyquetienecomovaloragregadolaposibilidaddeserutilizado
comoherramientapedaggicaydidcticaparaelaprendizajede lahidrulicade
canales, y asmejorar el nivel acadmico del estudiante, optimiza el tiempodel
ingenieroypermitealdocentemanejarunaherramientaparaeldesarrollodesu
ctedra.
Enelpresentedocumentoescritosedesarrollanlostemasbsicosdelahidrulica
de canales, con un enfoque terico y practico. En el enfoque terico se hace
mencinde los temas que deben ser conocidospor cualquier ingeniero civil, se
tratan estos temas con la seriedad del caso y no se escatiman esfuerzos por
realizarlasdemostracionesqueseandeintersparaellector.
Enelenfoqueprcticosedesarrollaelsoftwareparaeldiseoyelaprendizajede
la hidrulica de canales abiertos, complementado por un escrito donde se hace
nfasis en las principales metodologas de diseo de canales abiertos, con su
respectivadescripcinyanlisisdecadamtodo.
1. ELPROBLEMA
1.1 LNEA
Elproyectode investigacinqueserealiz,correspondea la lneadedesarrollo
tecnolgicosegnlaslneasestablecidasporFacultaddeIngenieraCivil.
1.2 TTULO
Softwareconherramientashidrulicasparaeldiseodecanales.
1.3 DESCRPCINDELPROBLEMA
Al analizar la etapa se diseo de canales abiertos se han encontrado procesos
repetitivos e iterativos que conducen a errores debidos al factor humano, estos
procesospuedensermejoradosuoptimizadosatravsdelusodealgnpaquete
informticoosoftware.
En el diseo de canales regularmente se recure a tablas o nomogramas
predefinidos en los libros de texto los cuales contienen las correlaciones
necesariasparaundiseoracionaldeuncanal,perogeneralmenteesteproceso
queda sujeto ala interpretacin que le da el ingeniero o diseador al quedar el
diseodeuncanalenfuncindelalecturadeunconjuntodedatosquetomael
diseador se presentan errores tpicos como lo son, una lectura incorrecta,
aproximacionesnumricasinjustificadas.
Esto se debe bsicamente a un error denominado error de paralaje el cual es
resultadode lapercepcinptica,personalysubjetivaque tienecada individuo,
delambiente enque seencuentra,patronesambientales, sociales,econmicos,
culturales y psicolgicos. Estos factores externos pueden influir en la toma de
decisionesalahoradedisearunaestructuratanimportantecomoesuncanal.
Otrofactorpreponderanteeneldiseodecanalesesunrecursoqueenelmbito
profesional es de suma importancia, se hace referencia al tiempo. Como fue
mencionado anteriormente en el diseo de canales hay procesos que son
iterativos,repetidosloscualesconsistenenclculosmatemticosquesebasanen
correlacionesoecuacionesdefinidaspor lacomunidadeducativa,gremial, legal,
enlascualessudominiosonvariablesconocidasdeantemanoporeldiseador.
Segnloanteriorelpapeldeldiseadorenalgnmomentodelprocesodediseo
pasaraaunsegundoplanoypreponderaralapartematemticaenproderealizar
clculos siendo este procesomuy tedioso puesgenera enel diseador fatiga, y
cansancio esta perdida de tiempo y energa se traduce en un detrimento de
recursos y en un proyecto puede marcar la diferencia a la hora de ser
competitivos.
Actualmentesecuentaconhojasdeclculo lascualessondegranayudapero
como su nombre lo indica son simples hojas ya que no cuentan con ninguna
interfazgraficaquemuestrecomoseriaelcomportamientodeldiseoatratar,no
correlacionan resultados en forma eficiente, no puede generar ningn tipo de
sugerenciarespectoaldiseoesdecirayudanenelprocesoiterativoperoaunse
quedaconlalimitantedelacorrelacindedatosyenlavaloracinqueseladaa
losresultadosloscualesparafinesprcticosesmejorvisualizarlos.
Obviamente para evaluar, concebir y disear un canal se debe tener un
conocimientoclaroycompletodelahidrulicadecanales,porcuantoelsoftwarea
diseardebepasarporunprocesodefactibilidad,anlisisydiseohastaalcanzar
elniveldeseadoparaquepuedaserutilizado,objetodelainvestigacin.
1.4 FORMULACINDELPROBLEMA
Cmooptimizar losprocesosdeclculo,anlisisydiseoen laconcepcinde
canalesabiertosatravsdeunsoftwareconherramientashidrulicas?
1.5 JUSTIFICACIN
La razn por la cual se investigo en el rea de la hidrulica de canales, es la
necesidad que tienen los diseadores de canales para disminuir el tiempo
involucrado a la hora de concebir y disear los canales dentro de un marco
referencial el cual esta limitado por la normatividad y los aspectos tericos
aceptados.
Alhacerreferenciarespectoaldiseodecanalessedebedemencionareltipode
canal, nombrar si es o no erosionable la seccin transversal, la geometra, el
revestimiento y la pendiente.Conocer variables comoel caudal, las velocidades
mximasymnimaspermisibles,elcoeficientederugosidad,lalongituddelcanal.
Con estas variables se inicia un proceso matemtico e iterativo en el cual
convergen datos captados de tablas y nomogramas entre los cuales resaltan el
espesor de la placa o revestimiento, borde libre y altura de bancas esto si
hablamosdeldiseodecanalesrevestidos.
Estosdatos,ecuacionesytablassonprogramadas,almacenadosycargadasen
basesdedatosloscualessonlaesenciadelsoftwareparaeldiseodecanales,
como herramienta didctica en la ctedra y en el laboratorio de hidrulica de
canales.
Conelplenofuncionamientodelsoftwareparaeldiseodecanales,steserun
productodealtacalidadgeneradoporlaUniversidadDeLaSalleyporelgrupo
investigador el cual podra ser comercializado ante la comunidad educativa y
profesionalcomorespuestaalcrecientemercadodelsoftwaredeingeniera.
1.6 OBJETIVOS
1.6.1 Objetivogeneral
Disearunsoftwareconherramientashidrulicasparaeldiseodecanales.
1.6.2 ObjetivosEspecficos:
Reconocer los procesos ms repetitivos e incidentes en la concepcin y
diseodecanales.
Aportar a la ingeniera civil una herramienta que facilite los clculos
involucradoseneldiseodelosmismos.
Brindar a la comunidad estudiantil una tecnologa apropiada para el
desarrolloacadmicoyprofesional.
Implementar el software en la ctedra y el laboratorio de hidrulica de
canales como herramienta didctica para el aprendizaje de dicha
asignatura.
Generargrficosdondesemuestrelosfactoresincidenteseneldiseode
uncanal.
Generarbasesdedatosreferentesalahidrulica.
Demostrarlasecuacionesbsicasdelahidrulicadecanales.
Crear un documento de referencia gua para estudiar la hidrulica de
canales.
2. MARCOREFERENCIAL
El presente documento escrito es inspiracin de los integrantes del equipo
investigador, razn por la cual, se informa al amable lector que lo juzgue con
imparcialidadysinmenospreciarelesfuerzopuestoatannobleempresa.
2.1MARCOTEORICO
Loscanalesabiertoshanestadopresentesenlasgrandesculturasycivilizaciones
alolargodelahistoriamismadelahumanidad,elxitoofracasodeunacultura
estaengranmediadadeterminadoporelmanejo,usoyposesindelosrecursos
hdricos.
Lasprimeraspresas fueronconstruidasenla regincomprendidaentreEgiptoe
Irakalrededordelao3000a.C.yconellaslosprimerossistemasdedistribucin
de agua por medio de canales abiertos, las culturas que se desarrollaron y
prosperaronenestaregintenanconocimientoseningeniera,puesdesarrollaron
infraestructuraparaeltransportedelaguaparalairrigacindetierrascultivables,
ascomoparaelcontroldenivelesderos,comoelcasodelNilo.
Unode losprimeroscanalesdegranmagnitudseencuentraenEgipto,esteera
un canal que conectaba al ro Nilo con una depresin en el antiguo Egipto
(depresinFayum),suconstruccinseinicioenelao2300a.C.bajolaordendel
ReyAmenembat, el canal inicialmentebordeabaunamontaapormediodeun
corte natural en el desierto Libio, este tena una seccin transversal de tipo
trapezoidal,unalongitudde16km,conunaprofundidadde5m,anchodebasede
600m,contaludesde1a10,elfondoestabacompuestoporpiedrascortadasy
unidasconcemento,supendienteeradealrededor0.01.
SegnlosrelatosbblicosrecopiladosynarradosenellibrodelGnesis,hubouna
granhambrunaenEgiptoenpocasdeJos,estassedebieronalaroturaytoma
de lapresa(HaUar)porpartedelReydelbajoEgipto,estapresaregulabael
sistemadeirrigacinenelaltoEgipto,lahambrunaterminocuandolapresafue
recuperadaysegnlatradicinjudeocristiana,Josalrededordelao1730a.C.
trabajoenlareconstruccindelcanalylaspresas.
En Amrica tambin hubo varias culturas especializadas en el manejo de los
recursoshdricos,deloscualessobresalenlosIncas,losTaironas,losMochicas.
En la reginqueactualmentecorrespondealvallecosterodelnortedelPerse
desarrollo laculturaMochicaentre losaos(2001000)d.Cy, luegoocupado
por los Chimus en los aos (1000 1466) d. C, estas culturas desarrollaron
ampliaszonasdeirrigacinutilizandocanalesquealimentabanconlosrosMoche
yChicama, en el ao de 1466, los Incas invadieron el imperio Chimu tomando
toda su cultura y conocimientos ingenieriles, en esta regin sobresalen dos
canalesporsumagnitudeimportancia,elcanalVichansaoconunalongitudtotal
aproximadamentede45Km.,con2mdeanchoyelcanalntervalle,elcualllego
atenerunalongitudaproximadade139Km.,estecanalseconectabaconelcanal
Vichansao,elcualtenia7mdeanchoy2mdeprofundidad.
Comosepuedeapreciarelmanejodelahidrulicadecanalesesengranmedida
un ndicedeprosperidadparaunaregin,unaculturatodaunacivilizacin.Es
por este motivo que es necesario hacer un recuento terico de los conceptos
primordiales de la hidrulica de canales, para luego realizar el objeto de este
proyecto, un software, el cual es una herramienta para el anlisis y diseo de
canalesabiertos.
2.1.1Flujoencanalesabiertos,el flujoasuperficie libreo flujo libresepresenta
cuandoloslquidosfluyenporlaaccindelagravedadysoloestnparcialmente
contenidosporuncontornoslido.
El conducto por el cual circula un lquido con flujo libre se llama canal, el que
puedesercerradooabierto.Lascaractersticasgeneralesdelflujolibreoflujoen
canalesson:
Presentaunasuperficiedel lquidoencontactocon laatmsfera, llamada
superficielibre.
Lasuperficielibrecoincideconlalneapiezomtrica.
Cuandoel fluido es aguaa temperatura ambiente, el rgimende flujo es
usualmenteturbulento.
Esdecirelflujolibreincluyetodosloscasosdeflujoenloscualeslasuperficiedel
liquido esta abierta a la atmsfera y cumple con las caractersticas ya
mencionadasestascaractersticasseaprecianenlafigura1.
Figura1FlujolibreLINEADEENERGIA
SUPERFICIEDELAGUA
FONDODELCANAL
DATUMONIVELDEREFERENCIA
PIEZOMETRO
CANAL y y
L.P
2.1.1.1Tiposdeflujo,elflujoasuperficielibresepuedeclasificarenmuchostipos
y clasificarse de distintas formas cada una teniendo en cuenta distintas
valoraciones,enelpresentedocumentoseclasificarateniendocomoparmetros
eltiempoyelespacio,estodebidoaquelascondicionesdeflujoenloscanales
abiertossecomplicanporelhechodeque laconfiguracinde lasuperficie libre
puedencambiarconeltiempoyconelespacio,ytambinporelhechodequela
profundidad del flujo, el caudal, las pendientes del fondo y de las paredes del
canal,ylasuperficielibresonindependientes.
Laclasificacinsehaceen funcindel cambioovariacinen laprofundidaddel
flujoconrespectoaltiempoyalespacio.
2.1.1.1.1Flujo uniforme,en el flujo uniforme se tiene como parmetro o criterio
paraconsiderarlocomoflujouniformeeselespacio.
Sedicequeenuncanalsepresenta flujouniformesi losparmetroshidrulicos
de flujo (velocidad, profundidad) permanecen constantes alo largo del canal o
conducto,esdecirqueelflujoesuniformesi laprofundidaddelflujoeslamisma
encadaseccindelcanal.
Ecuacin1Derivadaparcialdelavelocidadrespectoalalongitud
0 = LV
Ecuacin2Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoalalongitud
0 = Ly
Ecuacin3Derivadaparcialdelcaudalrespectoalalongitud
0 = LQ
Elflujodelquidosencanalesdeseccinconstanteygranlongitudseconsiderauniforme.
Figura2Flujouniformeenuncanaldelaboratorio
2.1.1.1.2Flujovariado,enelflujovariadosetienecomocriterioparaconsiderarlo
comoflujovariadoeselespacio.
Paraquesepresente flujovariadolosparmetroshidrulicosde flujo (velocidad,
profundidad) varan a lo largo del conducto, es decir el flujo es variado si la
profundidaddeflujocambiaalolargodelaconduccinocanal.
Ecuacin4Derivadaparcialdelavelocidadrespectoalalongitud
0 LV
Ecuacin5Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoalalongitud
0 Ly
Unejemplodelflujovariadosepresentaencontrolesenloscanalescomosonlas
compuertas,presasycambiosdependiente.
Figura3Flujovariado
2.1.1.1.3Flujo permanente, enel flujo permanente el criterio que se tomapara
considerarlocomoflujopermanenteeseltiempo.
Paraconsiderarunflujoenuncanalcomoflujopermanentesedebecumplirque
los parmetros hidrulicos del flujo (velocidad, profundidad) permanecen
constanteseneltiempoesdecirquelavelocidaddelaspartculasqueocupanun
puntodadoeslamismaencadainstante.
Dichodeotramaneraelflujopermanentesepresentarasilaprofundidaddelflujo
no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo a
consideracin.
Ecuacin6Derivadaparcialdelavelocidadrespectoaltiempo
0 = tV
Ecuacin7Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoaltiempo
0 = ty
Ecuacin8Derivadaparcialdelcaudalrespectoaltiempo
0 = tQ
Figura4Flujopermanente
En la mayora de los problemas prcticos se presentan condiciones de flujo
permanentes, como por ejemplo el transporte de lquidos bajo condiciones
constantesdealturadecarga.
2.1.1.1.4Flujonopermanente,enel flujonopermanenteelcriterioquese toma
paraconsiderarlocomoflujonopermanenteeseltiempo.
En el flujo no permanente los parmetros hidrulicos (velocidad, profundidad)
varaneneltiempo.
Ecuacin9Derivadaparcialdelavelocidadrespectoaltiempo.
0 tV
Ecuacin10Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoaltiempo.
0 ty
Figura5Flujonopermanente
Enelestudioydiseodecanalessehacenecesarioestudiarelcomportamiento
delflujosolobajocondicionesdeflujopermanente.Sinembargolavariacinenel
estado o condicin del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe
tratarsecomonopermanente,elniveldelflujovarademaneratalquelasondas
pasanyelfactortiemposevuelvedegranimportanciaeneldiseoyconcepcin
deestructurasdecontrol.
2.1.1.1.5Flujouniformepermanente,enel flujouniformepermanenteel criterio
quesetomaparaconsiderarlocomoflujouniformepermanenteeselespacio.
Elflujouniformenopermanentesepresentacuandolosparmetroshidrulicosde
flujo(velocidad,profundidad)permanecenconstantesenelespacioyeltiempo,es
decir la profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo
consideracin.
Figura6Flujouniformepermanente
Eseltipodeflujomasimportanteenlahidrulicadecanalesabiertos,puesesel
tipoflujofundamentalqueseestudiaenhidrulicadecanales.
2.1.1.1.6 Flujo uniforme no permanente, en el flujo uniforme no permanente el
criterioquese tomaparaconsiderarlocomo flujouniformenopermanenteesel
espacio.
Sedicequesepresentaunflujouniformenopermanentecuandolosparmetros
hidrulicos del flujo (velocidad, profundidad) se mantienen constantes en el
espacio pero no en el tiempo. Para que se presente flujo uniforme y no
permanentesenecesitaquelasuperficiedellquidoestecambiandoofluctuando
detiempoentiempomientraspermaneceparalelaalfondodelcanal.
Estecomportamientoespocoprobableencontrarloenlanaturaleza,estosedebe
aqueestoscambioseneltiempotendranquesucederalolargodelcanalparaa
suvezpermanecerconstanteslaprofundidadylavelocidaddelflujo.
Figura7Flujouniformenopermanente.
2.1.1.1.7Flujovariadopermanente,enelflujovariadopermanente,elcriterioque
setomaparaconsiderarlocomoflujovariadopermanenteeselespacio.
Eneste tipode flujo losparmetroshidrulicosdel flujo (velocidad,profundidad)
varan en el espacio pero no en el tiempo, es decir se presentara flujo variado
permanentesilaprofundidaddelflujocambiaalolargodelcanal.
Elflujovariadopermanentesepuedeclasificarasuvezcomoflujogradualmente
variadoycomoflujorpidamentevariado.
Figura8Flujovariado.
R.V.F=rapidvariedflow=FRV=flujorpidamentevariado.G.V.F.=gradualvariedflow=FGV=flujogradualmentevariado.
Unflujo rpidamentevariadosepresentasi laprofundidaddel lquidocambiade
manera repentina en distancias relativamente cortas, de otro modo el flujo es
gradualmentevariado.Enlaprcticaunflujorpidamentevariadoseconocecomo
fenmenolocal,estossonentreotroselresaltohidrulicoylacadahidrulica.
2.1.1.1.8 Flujo variado no permanente o inestable o flujo no permanente, se
presentaflujovariadonopermanentecuando losparmetroshidrulicosdel flujo
(velocidad,profundidad)cambianenelespacioyeneltiempo.Estetipodeflujono
esmuyrecurrenteenlanaturalezaydehechoprcticamentenoexiste,motivopor
el cualal flujovariadonopermanentese leconocecomo flujonopermanenteo
comoflujoinestable.
Lasolasylasmareasenflujolibresonejemplosdeflujovariadonopermanente.
Figura9Flujovariadonopermanente.
2.1.1.1.9Flujoespacialmentevariado,el flujoespacialmentevariadosepresenta
cuando el caudal vara a lo largo del canal o conduccin pero permanece
constanteeneltiempo.
Ecuacin11Derivadaparcialdelcaudalrespectoalalongitud.
0 LQ
Figura10Flujoespacialmentevariado.a)Sumiderocondescargacompleta.b)Sumiderocondescargaparcial.
2.1.2. Influencia de la viscosidad, la densidad y la gravedad sobre el flujo, el
comportamiento del flujo en canales abiertos esta determinado o gobernado
bsicamente por los efectos de la viscosidad y la gravedad con relacin a las
fuerzas inerciales del flujo las cuales se correlacionan directamente con la
densidaddelliquidoquetransporteelcanaloconducto.Esdecirsepuedehablar
deunefectodelaviscosidad,ladensidadylagravedadsobreelflujoenelcanal,
elcualdeterminarasuestado,generandocomportamientosnicosquelopermiten
clasificar.
2.1.2.1Efectode laviscosidadsobreel flujo,haciendomencina losconceptos
bsicosdelamecnicadelosfluidos,unflujosepuedeclasificarcomolaminar,en
transicin o turbulento segn la magnitud de las fuerzas inerciales sobre las
fuerzasdeviscosidad.Laclasificacindecadatipodeflujoestamontadasobrela
magnitud del nmero de Reynolds el cual es uno de los parmetros
adimensionales notables. En el rgimen de flujo laminar las fuerzas viscosas
predominanenelflujopueslaspartculasdelfluidosemuevenencapasparalelas
enunadireccindeterminadaconceptosbsicosdelamecnicadelosfluidos,un
flujo se puede clasificar como laminar, en transicin o turbulento segn la
magnituddelasfuerzasinercialessobrelasfuerzasdeviscosidad.Laclasificacin
de cada tipo de flujo esta montada sobre la magnitud de cada relacin
adimensionalcomoloeselnumerodeReynolds.
Enel rgimende flujo turbulento, las fuerzas inercialesson tangrandesque las
fuerzasdeviscosidadnopuedenamortiguarlasperturbacionesylaspartculasdel
fluidosemuevensiguiendotrayectoriasaleatorias.
Ecuacin12NumerodeReynolds
uLV
NR*
=
Segnlaecuacin12setieneque:
NR=NmerodeReynolds
V=Velocidaddelflujo
L=Longitudcaracterstica u =Viscosidadcinemtica
Alreemplazarenalecuacin12alradiohidrulico(R)comolongitudcaracterstica
se obtiene una expresin para el nmero de Reynolds en canales abiertos
(ecuacin13).
Ecuacin13NumerodeReynoldsparacanalesabiertos
uHRVNR
* =
Los valores limites de la ecuacin 13, para la clasificacino caracterizacindel
flujoson:
FlujolaminarNR1000
Flujotransicin500
uVR
NR4
=
Enlaecuacin14tienecomolimitesparaclasificarelflujolossiguientesvalores:
FlujolaminarNR4000
Flujotransicin2000
yh=Profundidadhidrulica
c=Velocidaddelaondadegravedad
A=readelaseccintransversal
B=Anchodelasuperficielibredelflujo
2.1.2.3.1 Flujo subcrtico, el flujo subcrtico o flujo lento es aquel en el cual la
velocidad del flujo es menor que la velocidad de la onda de gravedad, el
parmetroadimensionalNF1.
2.1.3 Clases de canales y sus propiedades, se define a un canal como la
conduccinoconductoenelcual fluyeunlquido,conunasuperficielibreocon
contactoconlaatmsfera.
Un canal se puede clasificar teniendo en cuenta varios criterios entre ellos su
origen, seccin transversal y a su vez segn el origen los clasificaremos como
naturalesoartificiales,estospuedenser revestidosonorevestidos teniendoen
cuenta la seccin transversal se habla de canales prismticos y de canales no
prismticos.
2.1.3.1Canalesnaturales,estaclasificacintienecomocriterioelorigen,cuando
sedicequeuncanalesdeorigennaturalserefiereatodasaquellasconducciones
dondeelagua,uotroliquidofluyendemaneranaturalenlatierraatravsdelas
depresionesycaractersticaspropiasde lageomorfologa localquesepresente,
los cuales incluyen desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas hasta
quebradas,arroyos,rospequeosygrandes,estuariosdemareas.
Lascorrientessubterrneasquetransportanaguaconunasuperficielibretambin
seconsiderancomocanalesabiertosdeorigennatural.
Lascaractersticashidrulicasenuncanalnaturalsonpor logeneral irregulares,
motivo por el cual para su estudio se suelen hacer sus pociones empricas
razonables y consistentes con las observaciones y experiencias reales, de este
modo las condiciones de flujo en estas conducciones o canales se vuelven
manejablesmedianteunestudioyuntratamientoanalticodelahidrulicaterica.
Imagen1.Canalnatural,roAtrtoalaalturadelmunicipiodeQuibdo
2.1.3.2 Canales artificiales, en los canales artificiales se tiene como parmetro
para su clasificacin el origen, entonces un canal artificial es toda aquella
conduccin o canal que han sido construidos o desarrollados mediante el
esfuerzo, y el ingenio humano a esta clasificacin pertenecen los canales de
navegacin, canales de centrales hidroelctricas, canales y canaletas de
irrigacin, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de
madera, cunetas a lo largo de carreteras, modelos de laboratorio para realizar
practicasyexperimentarcon laspropiedadeshidrulicas,puesenestoscanales
secontrolanlasvariablesqueintervienenyaslograrunpropsitodeterminado.
Lasteorashidrulicasseaplicanenlaconcepcinydiseodecanalesartificiales
produciendoresultadosconunaltogradodesimilitudconlarealidad.
Loscanalesartificialesseclasificancomonorevestidosyrevestidos.
Losnorevestidosocanalesartificialeserosionablessonutilizadosprincipalmente
encultivosparatransportedeagua,estossonexcavadosenel terrenonaturaly
seusanprincipalmenteconseccintransversaltrapezoidalsupendientedepende
engranmedidadel tipo de terreno en el cual se realicedebidoa su uso no se
revistenynosetienenencuentalasprdidasporinfiltracinocasionadas.
Imagen2.CanalizacinquebradalaChiguaza,localidaddeTunjuelito,Bogot
Los canales artificiales no erosionables o revestidos utilizan diversosmateriales
para el recubrimiento la eleccin delmaterial depende de factores econmicos,
hidrulicos,dentrode losrecubrimientosmasutilizadosse tienelamampostera,
lapiedra,elconcretoyelacero la razn fundamentalpor lacualse revistenes
evitarlasprdidasporinfiltracin.
Imagen3Canalartificialrevestido,canaldetransporteacueductodeIbagu
Imagen 4 Canal artificial, modelo hidrulico para experimentacin, laboratorio de hidrulica,UniversidadDeLaSalle,Bogota.
2.1.4Laseccintransversalenloscanalesabiertos,laseccintransversaloforma
deuncanalpuedeserirregular,prismticaonoprismtica.Paraqueuncanalsea
considerado como prismtico debe poseer una seccin transversal invariable y
unapendientedefondoconstanteencasocontrarioseruncanalnoprismtico
es decir esaquelen el cual la geometra o la pendiente de fondo cambiara, un
ejemplotpicodecanalnoprismticoesunvertederoconunanchovariableyun
alineamientocurvo.
Figura11Seccintransversaldeuncauseirregular
Figura12Seccintransversaldeuncauceprismticodeformatrapezoidal.
Lasseccionestransversalesmsutilizadasenloscanalesabiertosson:
Rectangulares
Triangulares
Trapezoidales
Circulares
Parablicos.
Laseccintrapezoidaleslaformamscomnencanalesconbancasentierrasin
recubrimiento, esto debido a que poseen las pendientes necesarias para la
estabilidad.
Laseccintriangularyrectangularsoncasospartcularesdeltrapeciolaseccin
rectangulartieneladosverticalesesdecireltaludescero,porlogeneralseutiliza
para canales construidos paramateriales estables, como es la mampostera, la
roca,algunosmetalesolamaderalaseccintriangularposeeunfondodecanal
igualacero,seutilizageneralmenteparacanalesdetransportedeaguaslluviasel
lasvas,comocunetas,pequeasasqueasyentrabajosdelaboratorio.
La seccin circular es la forma ms comn para obras de alcantarillados y
alcantarillasdetamaopequeoymedio.
Figura13Seccionescomunesencanalesprismticos
2.1.4.1 Elementos geomtricos de la seccin de un canal, los elementos
geomtricossonlaspropiedadesquecaracterizancadaseccintransversalenun
canalysondefinidosporcompletoporlageometradelaseccinylaprofundidad
del flujo.Estos elementos sondegran importancia y se utilizan con recurrencia
paraeldiseodeloscanalespuesaportaninformacindelaseccin.
2.1.4.1.1Profundidaddelagua,laprofundidaddelaguaotirantedelflujo(y),esla
distanciaverticaldesdeelpuntomasbajodelaseccindeuncanalalasuperficie
delaguasielcanaltieneunapendienterelativamentebaja.
En los canales que poseen pendientes altas, se usa la profundidad del agua o
tirantedel flujomedidode formaperpendicularconel fondodelcanal (d).Existe
unarelacinentre(y)y(d)estaes:
Ecuacin16Relacinentrelaprofundidaddelaguayelngulodelapendientedelfondodelcanal.
qcosd
y =
Figura14Relacinentrelaprofundidad(y)ylaprofundidad(d)
Segnlafigura14setieneque:
=Angulodelapendientedelfondodelcanalconunalneahorizontal.
Siespequeo dy @ .
= " Niveldelaguaes laelevacindelasuperficie libredelaguarespectoaun
planodereferenciaodatum.Sielplanodereferenciase tomaenelpuntomas
bajodelcanal, coincidirelniveldelaguayel tirantedel flujooprofundidaddel
agua.
EnuncanalsetieneunapendientebajasilapendienteSo 0.01,ysetieneuna
pendientealtasiSo>0.01.
2.1.4.1.2reamojada, elreamojadaoreahidrulica(A),deunaseccines
aquellareacorrespondienteaunaseccintransversaldel flujo, lacualse tomo
normalmentealadireccindelflujo.
2.1.4.1.3Permetromojado,sedefinealpermetromojado(P),como la longitud
deunalneaquelimitaelreatransversaldeflujo,menoselanchodelasuperficie
libre.
2.1.4.1.4Radiohidrulico,elradiohidrulico(R),sedefinecomolarelacinentre
elreamojadaconrespectoasupermetromojado.
Ecuacin17Definicindelradiohidrulico
PA
R =
2.1.4.1.5Anchosuperficial,elanchosuperficial(T),delaseccindelcanalesla
longituddelalneacorrespondientealasuperficielibredeagua.
2.1.4.1.6Profundidadhidrulica, laprofundidadhidrulica(D),deunaseccinde
uncanaleslarelacinentreelreamojadayelanchosuperficial.
Ecuacin18Definicindelaprofundidadhidrulica.
TA
D =
2.1.4.1.7Taluddelaparedlateraldelcanal,eltaluddelaparedlateraldelcanal
(z),tomalossiguientesvaloressegnelcanal:
Encanalesrectangularesz=0.
Encanalestrapezoidalesotriangularessimtricos,z1=z2=z
2.1.4.1.8Anchodelfondodelcanal,comosunombreloindicaelanchodelfondo
delcanal(b),eslalongituddelalneacorrespondientealanchoinferiordela
seccintransversal.
b=0encanalestriangulares
2.1.4.1.9 Factor de seccin para el clculo del flujo critico, el factor de seccin
paraelclculodelflujocrtico(Z),sedefinecomoelproductodelreamojadayla
razcuadradadelaprofundidadhidrulica.
Ecuacin19Definicindefactordeseccin
TA
ADAZ = =
2.1.4.1.10Factordeseccinparaelclculodeflujouniforme,elfactordeseccin
para el clculo del flujo uniforme )( 32
AR , se define como el producto del rea
mojadayelradiohidrulicoelevadoalapotencia 32 .
2.1.4.1.11 Elementos geomtricos de secciones de canales, los principales
elementosgeomtricos,sepresentanenlatablaquesemuestranacontinuacin.
Tabla1Relacinesgeomtricasparalasseccionestransversalesencanalesmsusados.
2.1.5Caractersticasdelflujoenlasseccionesmsusadas
2.1.5.1 Flujo en un canal de seccin circular, si se tiene un canal circular de
dimetrodo, ladescargamximaocurreaproximadamenteparaunaprofundidad
deflujoigualay=0.938do,ylavelocidadmximaestaubicadaaunaprofundidad
deflujoigualy=0.81do.
2.1.5.2 Flujo en canales rectangulares muy anchos, en un canal rectangular el
radiohidrulicoestadadoporlasiguienteecuacin.
Ecuacin20Radiohidrulicoparauncanaldeseccinrectangular.
ybby
R2 +
=
Sielcanalesmuyancho,elfactor(2y)presenteeneldenominadorsehacecasi
despreciableencomparacinconelancho(b),motivoporelcualelradio
hidrulico(R)sepuedeaproximaraalprofundidaddelflujo.
Ecuacin21Aproximacindelradiohidrulicoenuncanaldeseccinrectangular
hyyR @ @
Esta aproximacin es valida generalmente para canales rectangulares donde el
anchodelcanalesmayora10veceslaprofundidaddelflujo,puesestacondicin
hacequeelcanalseaconsideradocomoancho.
2.1.6 Distribucin de la velocidad en la seccin de un canal, en los canales la
presencia de una superficie libre y el hecho de estar contenido el flujo en un
conductoenelcualsepresentafriccinentreelflujoylasparedesdelcanalestas
condicioneshacenquelavelocidadenuncanalnoseauniformeenelconducto,
presentando zonas de distintas velocidades siendo recurrente que la velocidad
mximamedidaencanalescomunes,generalmenteocurredebajodelasuperficie
libredelaguaaunadistanciaquevariaentrelos0.05a0.25delaprofundidad y .
Figura15.Distribucindevelocidadesenseccionestransversalesdediferenteforma.Tomadodehidrulicadecanalesabiertos.Chow,V.T2000
La figura anterior muestra la distribucin de velocidades para canales de
diferentesseccionestransversales,enestafiguraseapreciacomolavelocidadva
enaumentodesdelasregionesexterioreshastallegaraunvalormximoubicado
enopordebajodelasuperficielibredelflujocoincidiendoconlamayorverticalde
laseccintransversaloconlalneaalcentrparaloscanalesprismticos.
En un canal la distribucin de velocidad depende de varios factores los cuales
intervienen en diferente magnitud, estos factores son la forma del canal, la
rugosidaddelasparedesdelcanal,lapresenciadecurvasycodos,elviento.
Existeunarelacinentrelaprofundidaddelcanalyla localizacindelamxima
velocidadde flujoenel canal,dicha relacinmuestraquecuando laconduccin
sea ancha, baja y rpida o de paredes lisas, lamxima velocidad se localizara
muy cerca de la superficie. En un canal profundo la mxima velocidad se
localizaraamayordistanciadelasuperficielibredelflujo.
Larugosidaddelasparedesdelcanalprovocaunincrementoenlacurvaturadela
curva que representa la distribucin vertical de la velocidad, esto se puede
visualizarenlasiguientefigura.
Figura16Efectodelarugosidadenladistribucindevelocidadesenuncanalabierto.TomadodehidrulicadecanalesabiertosdeChowV.T.2000
En las curvas la distribucin de velocidades se ve afectada por la accin de la
fuerzacentrifuga,lavelocidadtiendeasermayorenlaparteexternaoconvexade
lacurvaytiendeasermenorenlaparteinternaocncavadelacurva.
El viento tiene muy poco efecto sobre la distribucin de velocidades, esto se
mantienemientraslavelocidaddelvientonosealosuficientementegrandecomo
paracausarunainfluenciadirectasobreelcomportamientodelflujo.
Elescurrimientoparauncanalprismticoestridimensional,estesemanifiestacon
unmovimientoquesigueuna trayectoriaenespiral, lacomponentedevelocidad
en la seccin transversal del canal es pequea en comparacin con las
componentes de velocidad longitudinales. Se idealiza la distribucin de
velocidadesencanalesanchosyseasumequees lamismaquesepresentara
enuncanalrectangulardeanchoinfinito.
2.1.6.1 Medicin de la velocidad en un canal abierto, para la medicin de las
corrientes y la velocidad media del flujo, se nombra la metodologa de la, U.S.
Geological Survey, en esta metodologa la seccin transversal del cause es
dividida en franjas verticales mediante el trazado de varias verticales, creando
elementosderea,encadaverticalsemedirlasvelocidades,seutilizaparaeste
fin el correntmetro o molinete. Se puede subdividir esta metodologa en dos
mtodoscadaunoparacasosespecficoselprimeroesconocidocomoelmtodo
0.6y,yelsegundoesdenominadoelmtodo0.2y0.8y.
2.1.6.1.1Mtodo0.6y,estemtodoproporcionaresultadosaceptablesseusapara
profundidadesmenoresa0.6y,enestecasolavelocidadmediasetomacomola
velocidadqueseobtienealrealizarlalecturaomedicina0.6ydesdelasuperficie
oa0.4ydesdeelfondo.
2.1.6.1.2Mtodo0.2y0.8y,estemtodoconsisteenmedirlavelocidadauna
profundidadde(0.2y)yde(0.8y)desdelasuperficiedelflujo,lavelocidadmedia
delflujoenlaverticalserelpromedioaritmticodeambasvelocidades.
2.1.6.1.3 Condiciones generales de los mtodos para med