Ejercicios_C2

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIADepartamento de Obras Civiles - Campus San Joaquın

Hidraulica Aplicada CIV-346 - 1er Semestre 2016Guıa de Ejercicios Certamen No2

1. Se desea canalizar el Estero de Vina del Mar con un ancho basal de 45 [m], taludes H:V 1.5:1y pendiente de 0.0025. Si la crecida de diseno se estima en 820 [m3/s], disenar una obra deenrocado de proteccion de los taludes y del fondo, que resulte estable.¿A que cota establecerıa las riberas para lograr la capacidad y seguridad requerida?

2. La curva de duracion de caudales de un estero se estima por la expresion:

Q = 0.08 · e(4.3(1−p)) [m3/s]

donde p es la probabilidad de excedencia.La curva de descarga de gasto solido se estima en

Ms =

0 Q < 0.3423(Q− 0.34)2 Q ≥ 0.34

(a) Calcular el gasto solido medio anual de este estero.(b) En que porcentaje del tiempo ocurre el 95% del caudal solido?(c) Si se dispone de un sistema decantador de sedimentos con una capacidad de 350000

[T/dıa], estimar que porcentaje de tiempo serıa necesario operar el sistema y que por-centaje de tiempo se sobrepasarıa su capacidad.

3. Se desea hincar una cepa circular de 75 [cm] de diametro para la construccion de un puentepeatonal que atraviesa una quebrada de 14 [m] de ancho y pendiente s = 0.009. El materialdel lecho esta compuesto por grava y arena de diametro medio 6 mm, con una rugosidad deManning de n = 0.025.Proponer la profundidad de fundacion de la cepa, si se disena para una crecida que genereuna altura de aguas de 2.4 [m] en el cauce, considerando tanto socavacion general comolocal.

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CIV-346 Hidraulica Aplicada 1er Semestre 2016

4. Se pretende canalizar una quebrada mediante un canal en mamposterıa de piedra (n = 0.025)de seccion rectangular y ancho basal de 40 [m]. Se consideran tres tramos de pendientes0.002, 0.001 y 0.0005,respectivamente.El caudal de diseno es de Q = 380 [l/s], para el cual se ha medido un arrastre de solido totalde 68 [kg/s], con la granulometrıa que se indica:

Tabla 1: Granulometrıa.% que pasa d [mm]

100 2595 1280 565 1.250 0.735 0.320 0.125 0.05

(a) Analizar la posibilidad de embancamiento del canal.(b) Cuantifique la tasa de embancamiento, si es que existe.(c) Cual serıa la causa del embancamiento?

NOTA: Suponga que el arrastre de fondo esta constituido por el rango granulometrico com-prendido entre el diametro maximo arrastrado y un diametro 20 veces menor.El material mas fino serıa carga de lavado en suspension.

5. Los consumos horarios de agua en un campamento minero se estiman en los siguientes:

Tabla 2: Consumos horarios de agua en el campamento minero.Hora Consumo [l/s] Hora Consumo [l/s] Hora Consumo [l/s]0-1 1.4 8-9 2.6 16-17 1.61-2 0.3 9-10 0.4 17-18 0.52-3 0.3 10-11 0.5 18-19 0.43-4 0.3 11-12 1.2 19-20 1.24-5 0.3 12-13 1.6 20-21 1.65-6 0.4 13-14 1.8 21-22 1.46-7 1.9 14-15 0.4 22-23 0.67-8 3.1 15-16 0.4 23-24 0.4

(a) Si se dispone de un estanque de regulacion de 15000 [l] y la fuente de agua es un pozoprofundo, ¿que caudal seguro deberıa rendir el pozo para asegurar el abastecimiento?

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(b) ¿Cuantas horas de bombeo se necesitarıan, y en que horario las establecerıa Ud.?(c) Si fuese posible aumentar el volumen de regulacion, ¿que caudal seguro mınimo deberıa

rendir el pozo y hasta que volumen agrandarıa Ud. el estanque?

6. Un estero tiene un cauce de seccion rectangular, con un ancho basal de 85 [m], pendiente de0.0025 y la siguiente curva granulometrica del lecho:

Tabla 3: Granulometrıa.

% que pasa d [mm]90 10.570 1.250 0.630 0.310 0.08

(a) Si la crecida de diseno se estima en 850 [m3/s], calcular la maxima tasa de arrastre defondo que producirıa.

(b) Cerca de su desembocadura, y con el proposito de hacerlo navegable, se ha propuestodragar su fondo hasta la cota –4 [m.s.n.m.]. Analizar el impacto y consecuencias quedicha accion tendrıa sobre el comportamiento sedimentologico del estero.

7. En una zona de suelos franco-arcillosos, que se esquematiza en la figura 1, se desea interceptarlos cauces 1 y 2 mediante un canal colector de aguas lluvias.

A1

A2

Tramo 1-2

Tramo 2-3

Figura 1

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Las caracterısticas de las cuencas son las siguientes:

Tabla 4Cuenca 1 Cuenca 2

Cota maxima [m.s.n.m] 690 745Cota de Captacion [n.s.n.m.] 630 626

Area [km2] 3.8 2.3Longitud cauce 3.1 2.6

Longitud tramo [km] 2.3 (1-2) 3.1 (2-3)Cota punto de descarga [m.s.n.m] 620

P24 [mm] 112

Disenar ambos tramos de un canal de seccion rectangular en mamposterıa de piedra (n=0.028),asegurando un autolavado de partıculas de hasta 1 mm de diametro.

8. Para la construccion de un puente sobre el rıo Bio-Bio, se necesita fundar pilas rectangularesde arista redondeada de 12x1 [m]., distanciadas en 14 metros entre siProponer la profundidad de fundacion de las cepas, que prevenga problemas de socavacion,disponiendo de la siguiente informacion:

• Ancho del rıo: 1450 [m]• Caudal de diseno: 21000 [m3/s]• Altura de agua: 6.1 [m]• Granulometrıa del lecho:


% que pasa d [mm]90 3.670 1.450 0.630 0.2510 0.06

9. Un rıo cuya curva de duracion se indica en la tabla 6, tiene una curva de descarga de gastosolido dada por la ecuacion

Ms = 18Q1.85L [T/dıa]

donde QL es el caudal lıquido en [m3/seg].¿Cuanto tiempo demorarıa en colmatarse un embalse de 90 [Mm3] de capacidad, si lossedimentos estan constituidos por arcillas y arenas finas en proporciones parecidas?

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Tabla 6: Curva de duracion general.

QL [m3/s] 250 220 150 100 50 25 10 5 4 3Pex 0 1 2 5 10 20 40 60 80 100

10. Un rıo tiene un cauce de ancho basal de 95 [m], pendiente de 0.0025 y la siguiente curvagranulometrica del lecho:


% que pasa d [mm]90 1270 1.450 0.6530 0.310 0.1

Si la crecida de diseno se estima en 1000 [m3/s],

(a) Calcular la maxima tasa de arrastre de fondo que producirıa.(b) Estimar y cuantificar la posibilidad de socavacion lateral.(c) Si para la construccion de un puente sobre el rıo, se necesita fundar 3 pilas rectangulares

de arista redondeada de 10x1.2 [m], equidistantes entre si, proponer la profundidad defundacion de las cepas, que prevenga problemas de socavacion.

11. Una cuenca lateral aporta aguas lluvias a una carretera con pendiente longitudinal de 4%,bombeo de 3% y ancho total de calzada de 14 metros (doble bombeo). Si la cuenca aportantetiene un area de 8 [Ha], un coeficiente de escorrentıa de 0.5, y un tiempo de concentracionde 15 minutos.

(a) Disenar un contrafoso rectangular del ancho de una pala de retroescavadora (80 [cm]), demanera de transportar el caudal en un canal de tierra (arcilla), para una lluvia de disenomaxima en 24 horas de 100 [mm]. El sedimento suspendido en el agua corresponde auna mezcla arenosa-arcillosa de diametro de 0.5 [mm].

(b) Si el canal anterior, con el tiempo baja su eficiencia de captacion a un 90%, estimarla longitud maxima de calzada, antes que el ancho de inundacion supere los 2 metros,considerando como caudal aportante, tanto el caudal excedente del contrafoso como elde un lado de la propia calzada.

12. Se esta realizando un proyecto de desvıo de un pequeno rıo. Este se desviara con un canalrectangular de 1000 metros de longitud, ancho basal de 16 metros y pendiente longitudinal de0.003. El canal estara revestido lateralmente por gaviones, estimandose una rugosidad para

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el canal de 0.035. El caudal de diseno para T = 100 anos es de 60 [m3/s]. La granulometrıadel fondo del canal es relativamente uniforme con un diametro medio de 10 [mm].

(a) Si el agua que ingresa al canal no trae sedimentos. Estimar desde que caudal el regimenpasa desde aguas claras a aguas turbias.

(b) En la mitad del trayecto se instalara una pasarela peatonal que requerira la construccionde dos cepas intermedias de seccion circular de 80 cm de diametro.Estimar la profundidad de fundacion de las respectivas cepas, utilizando al menos dosmetodos distintos.

13. Un rıo cuya curva de duracion de caudales se representa por la ecuacion

QL = 35 · 102.2(1−p) [m3/s]

donde p es el porcentaje de tiempo de excedencia, tiene una curva de gasto solido dada porla ecuacion

Ms = 0.4 · (Q− 150)2 [kg/dıa] Si QL > 150[m3/s]

(a) Si un embalse de 350 millones de metros tiene una eficiencia de captacion del 82% y ladensidad aparente de los sedimentos atrapados es de 1.05 [T/m3], estimar el tiempo quedemorarıa en colmatarse el embalse.

(b) ¿Recomendarıa Ud. la construccion de ese embalse?

14. Se desea rectificar el cauce de un rıo de granulometrıa uniforme con d = 45 [mm], dandoleuna seccion rectangular con paredes de gaviones y un ancho basal de 150 [m] y pendientelongitudinal de s = 0.002. Para ello se disenara una curva. Experiencias del U.S ArmyCorp of Engineers, indican que el esfuerzo de corte en la curva son mayores que en el caucerectilıneo y proponen la siguiente expresion para estimarlo:

τc = 2.65 · τ(R

b

)−0.5

dondeR: es el radio de la curvaτ : Esfuerzo de corte del flujo en el tramo rectilıneob: ancho del cauce

15. Un cauce de seccion rectangular, con ancho basal b = 70 [m], pendiente s = 0.0015 yrugosidad de Manning n = 0.03, presenta la siguiente granulometrıa:

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% que pasa d [mm]100 3595 1880 865 2.450 2.135 1.220 0.85 0.5

Si el caudal de diseno, para un perıodo de retorno de 100 anos es de Q = 390 [l/s], estimar lasocavacion general que podrıa producirse estimandola en base a la formula de de Litchvan-Lebediev, y considerando el efecto de acorazamiento (USM). Discuta las posibles causas delas diferencias que observe

16. Un desarrollo inmobiliario tendra un consumo maximo diario de 12000 [m3], distribuidossegun la tabla siguiente:

Tabla 9: distribucion horaria del consumo.

Hora Consumo [%] Hora Consumo [%] Hora Consumo [%]0-1 1 8-9 11 16-17 21-2 1 9-10 4 17-18 22-3 1 10-11 3 18-19 23-4 1 11-12 5 19-20 34-5 2 12-13 11 20-21 55-6 4 13-14 5 21-22 66-7 9 14-15 2 22-23 37-8 14 15-16 2 23-24 1

El sistema se abastecera en base a dos estanques elevados en serie, que serviran respectiva-mente al 70% y 30% de la poblacion. La fuente de agua corresponde a un pozo. Por ventajastarifarias, el bombeo sera entre las 0 y las 18 horas.Determinar la capacidad de bombeo necesaria para el pozo, para la bomba de reelevaciondel primer al segundo estanque y la capacidad necesaria para los respectivos estanques.

17. Un rıo de 860 [m] de ancho y pendiente 0.001, posee un lecho constituido por materialgranular de distribucion granulometrica uniforme entre un tamano maximo de 15 [mm] y untamano mınimo de 0.15 [mm].

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El rıo pretende ser cruzado por un puente de 600 [m] de largo y terraplenes de accesode 130 [m] cada uno. Las cepas seran rectangulares de 10x1 [m], con aristas redondeadas,distanciadas 16 [m] entre ejes. Proponga la profundidad de fundacion de las cepas y estribos,si la crecida de diseno es de 3200 [m3/s].

18. Se desea extender una urbanizacion, construyendo 2 nuevas manzanas de 120 x120 [m],con viviendas aisladas. La pavimentacion considera calles de 7 [m] de ancho, pendientelongitudinal del 0.5% y bombeo del 2%.Si la lluvia de diseno en 24 [hr] es 100 [mm], analice la necesidad de extender la red dealcantarillado de aguas lluvias, y si ası fuere, proponga el diseno preliminar del sistemarequerido.

19. en un rıo de seccion rectangular de 18 [m] de ancho, con una pendiente longitudinal des = 0.005 y una rugosidad de n = 0.035, se proyecta un puente con una cepa intermediarectangular de canto vivo de 50 [cm] de ancho.Ademas, la informacion granulometrica indica que D50 = 3 [mm]. Considerando la infor-macion entregada:

(a) ¿ A que profundidad mınima debe ser fundada la cepa?(b) ¿Cual es el diametro mınimo en caso de revestir el fondo del cauce para evitar socavacion?(c) ¿Si aguas arribas del puente proyectado, se desea proteger el talud derecho con un

enrocado talud 1:1.5 (V:H). ¿Estimar el diametro y el peso?

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