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7/23/2019 Tarea 1 Obras Hidraulicas.doc

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Obras Hidrulicas Tarea 1

Albert Shield (1908-1974)

El siguiente es un comentario del artculo The Albert Shields Store del autor John F.

enned!" #ember AS$E. %e&ista de 'ngeniera Hidrulica" no&iembre de 1(().

*a &ida Albert Shields +ue contro&ersial ! de alguna +orma guiada ,or el destino. Albert

Fran- Shields nacin en $le&erland" Ohio el /0 de unio de 1(23. Obtu&o su titulo de bachillerato

! maestra en 'ngeniera #ecnica en el 'nstituto de Tecnologa Ste&ens en los a4os de 1(51 !

1(55 res,ecti&amente.

En 1(55 6,oca de la 7e,resin" la +amilia de Shields no tena dinero ,ara asistir

+inancieramente en la obtencin de su ttulo de doctorado8 es ,or lo anterior 9ue des,u6s de tratar

de muchas maneras" Shields obtiene su ,asae Alemania trabaando en un carguero.

Al llegar a Alemania su intencin eran trabaar en una tesis en resistencia del casco de los

barcos" en dise4o de su,er+icies de sustentacin o en algo similar a la ingeniera de +luidos.

Shields 9uera estudiar en Alemania en el :%' ;:russian %esearch 'nstitutte +or H!draulics

engenieering and Shi,building< ,or &arias ra=ones> en los a4os 52 Alemania se encontraba en la

&anguardia en in&estigacin en +luidos ! adems ?erln en ese momento era considerada como

uno de los centros intelectuales" culturales ! de negocios de Euro,a.

El estilo de &ida de Shields en Euro,a a,enas le alcan=aba ,ara &i&ir ! cubrir gastos

ines,erados. El ,roblema 9ue ,ara reali=ar su tesis en los temas 9ue 9uera" Shields necesitaba

+inanciar cierta ,arte" as,ecto 9ue el no ,oda. :or lo tanto El 7irector de :%' le dio 9ue la @nica

in&estigacin 9ue no re9uera de gastos ,or ,arte de Shields era en la materia de trans,orte de

sedimentos en ros. Esta in&estigacin haba sido comen=ada ,or Eisner" $ase! ! ramer. Shields

no tena inter6s ni conocimiento en el tema ,ero de todas +ormas lo tom. Se le suministr el

e9ui,o de laboratorio" o+icina ! dos asistentes. Sumado a esta desilusin Shields se en+renta a

constantes ,roblemas econmicos ! a un 7irector de Tesis na=i ! con intenso desagrado ,or los

etraneros8 adems" durante la reali=acin de su in&estigacin se le comunica 9ue su titulo de

#aestra no se le ,uede con&alidar" ,or lo se le ,ermitir terminar su in&estigacin de doctorado

con la condicin 9ue sa9ue de nue&o su ttulo de #aestra antes de re&isar su tesis.

A ,esar de muchas ,iedras en el camino" Shields ,resenta su tesis en unio de 1(50" en

donde el ni si9uiera tena una co,ia de su ,ro,ia tesis. Su tesis +ue cali+icada con una nota de $.

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Shields desilusionado termina sus asuntos con la :%' ! &uel&e a los Estados Bnidos en

donde des,u6s de &arias o+ertas termina trabaando ,or 5C a4os en el SDS $orrugated :a,er

#achiner! $o" 'nc" de ?roo-l!n.

En 1(C/ des,u6s de un ata9ue al cora=n ! caer en coma" se le etir,a un ,ulmn debidoa un cncer 9ue se le encuentra. 7urante dos a4os ms se ,osterga la &ida de Shields muriendo en

$arolina del Sur el /5 de ulio de 1(C.

*a &ida de Shields hubiera sido mu! di+erente si %ouge no hubiera sido alumno de Eisner

en los a4os 52 ! si 6ste en 1(53 no hubiera ido a Alemania a &isitar todos los laboratorios de

Euro,a reco,ilando in+ormacin. %ouse estaba tan im,resionado de los resultados de Shields 9ue

mando a traducir el estudio de Shields. Fue tan im,ortante el descubrimiento de Shields 9ue su

diagrama ! su +rmula de trans,orte 9ue estos se encontraba en la literatura diaria de la 6,oca.

%ouse le manda una carta a Shields en donde lo elogia sobre su in&estigacin en donde Shields el

contesta 9ue nunca haba recibido ning@n elogio de su trabao o ,ara 6l. %ouse le ,ide la

in+ormacin tabulada ,ero Shields le res,onde 9ue esa in+ormacin es ,ro,iedad de :%' ! 9ue el

no la tiene8 el ,roblema era 9ue :%' haba sido destruida ,or la '' uerra #undial.

El resultado mas conocido de Shields +ue su diagrama ,ara la +uer=a critica atracti&a !

segundo su +ormula ,ara trans,orte. Es ,or lo anterior 9ue Shields ,ermanecer en la literatura de

la ingeniera de ros ! del trans,orte de sedimentos. Su ma!or logro es su uso ,ionero del

Aehnlich-eiitsmechani- ;mecnicas similares< ,ara anali=ar ,roblemas de +luo.

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Robert Manning (1816-1897)

*a in+ormacin ,resentada a continuacin es del artculo %obert #anning" A Historial

:ers,ecti&e" del autor 7r. $raig Fischenisch del BS Arm! Engineer %esearch and

7e&elo,ment $enter" En&iroment *aborator!. A,ril /222.

%obert #anning naci en Gormanda en 13108 des,u6s de la muerte de su ,adre en 13/0 se

mud a ater+ord" 'rlanda con su madre. Traba como contador ,ara su to desde 135

hasta 13). En 130 +ue asignado a Arterial 7rainage 7i&ision o+ the 'rish O++ice o+ :ublic

or-s" trabaando como contador hasta 9ue no +ue hasta un a4o des,u6s 9ue +ue nombrado

asistente de ingeniera de Samuel %oberts. 7ebido al traslado de Samuel %oberts en 133"

#anning +ue nombrado 'ngeniero 7istrital hasta 13)).

Trabao desde 13)) hasta 130( ,ara el #ar9uis o+ 7oInshire8 en 130( +ue nombrado

Asistente del Je+e de 'ngeniera en la O+icina de Trabaos :@blicos ! en 13C +ue nombrado

Je+e de 'ngeniera hasta 13(1.

Es interesante recalcar 9ue %obert #anning no tu&o ninguna educacin +ormal en cuanto a la

mecnica de +luidos o res,ecto a la ingeniera. En 13() en un articulo de #anning el

describe como de&oro el Traite dH!drauli9ue o+ dAubisson des Koisons como +orma

autodidacta de a,render hidrulica. A tra&6s de todos los escritos de #anning se &ern

constantes re+erencias a 9uien el consideraba los ,ioneros de la ingeniera hidrulica> $he=!"

7u ?uat and E!telIein8 unto con sus contem,orneos> 7arc!" ?a=in ! utter.

#anning tena la mentalidad de reducir a su +orma ms sim,le cual9uier ,roblema ! a la &e=

e,resaba des,recio ,or las +ormulaciones matemticas.

#anning comen= su b@s9ueda ,ara encontrar una +ormula util mediante la e&aluacin !

com,aracin de las C meores +ormulas de canales abiertos de su tiem,o" con la mentalidad de

9ue la media de todas ellas" ,odra a,roimarse a la &erdad. Estas C +ormulas escogidas ,or#anning +ueron> 7u ?uat ;1C30


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5L1;5/ RIRSV +=

#anning describi la +ormula anterior como totalmente em,rica ! sugiri el uso de la

siguiente ecuacin>

xRCSV

/L1=

7es,u6s de un anlisis ! estudio detallado #anning logra en 133) deducir el &alor del

coe+iciente M" llegando a la siguiente +ormula>

/L15L/SCRV=

Go mu! con&encido de la +ormula anterior dado 9ue se deba obtener una ra= c@bica

;algo no tri&ial ,ara la 6,oca< ! 9ue la ecuacin carencia de homogeneidad dimensional8 #anning

,lantea la siguiente ecuacin como la ms a,ro,iada en su ,ublicacin de 13().

+=


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El comentario ,resentado a continuacin es una sntesis del artculo escrito en idioma

ingl6s ,or Fadi hour! en unio del /22. Fadi es un estudiante graduado en 7e,artamento de

$i&il ! de 'ngniera Ambienta de la Bni&ersidad Estatal de San 7iego" $ali+ornia. *a in+ormacin

del artculo se com,lemento con la siguiente ,gina Ieb>htt,>LL+luidos.eia.edu.coLlhidraulicaLguiasL+luouni+ormeL+luouni+orme.html.

Antoine $h6=! nacin en $halonNSurN#arne" Francia" el 1 de setiembre de 1C13"

! muere el de octubre de 1C(3.

$h6=! se retira en 1C(2 bao condiciones de etrema ,obre=a. Go +ue hasta 1C(C

un a4o antes de su muerte 9ue el es+uer=o de uno de sus estudiantes +ormales" ?aron

%chie de :ron!" 9ue +inalmente resulta en el nombramiento tardo de $he=! como7irector de Ecole des :onts et $hauss6es.

En 1C( en msterdam" $ornelius Kelsen dice 9ue> "La velocidad debe ser

proporcional a la raz cuadrada de la pendiente."P en 1C)C" en Hanno&er" Alemania"

Albert ?rahms escribe> "La accin desacelerativa en fluo uniforme es igual a la accin

acelarativa de la gravedad sino tambi!n proporcional al cuadrado de la velocidad." A

,esar de 9ue ambos estaban trabaando en las le!es ! teoras de Torricelli ! ?ernoulli" noes sino a $he=! a 9uien se le da el cr6dito debido a 9ue su +rmula es la ,rimera ! la ms

duradera. Sobre los ,rinci,ios anteriores $h6=! estaba basando sus ,ensamientos ,ara el

desarrollo de la +rmula.

$h6=! se ,ro,uso determinar la seccin trans&ersal ! la relacin con la descarga

,ara un canal en el %o P&ette" el cual 9ueda cercano a :aris.

7esde 1C0(" $h6=! recolecto in+ormacin del canal de $our,alet ! del %o Seine.

Sus estudios ! conclusiones se encuentran en el re,orte ,ara el Se4or :erronet con +echa

del /1 de octubre de 1CC)8 el documento original esta escrito en +ranc6s ! se titula en

ingl6s QThesis on the &elocit! o+ the +loI in a gi&en ditch.Q

)
http://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/flujouniforme/flujouniforme.htmlhttp://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/flujouniforme/flujouniforme.html


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Go +ue sino hasta 1CC0 9ue $h6=! escribe un artculo titulado en ingl6s QFormula

to +ind the uni+orm &elocit! that the Iater Iill ha&e in a ditch or in a canal o+ Ihich the

slo,e is -noIn. Este documento es el 9ue contiene la +amosa +ormula de $h6=!.

El conocimiento en los trabaos de $h6=!Rs se debe a irard ! 7e :ron!. :ierreN

Simon irard era e+e de ingeniera en :onts et $hauss6es ! miembro de la misin

cient+ica a Egi,to en&iada ,or Ga,olen ?ona,arte. ?aron %iche de :ron! +ue un

alumno +ormal de $h6=!. ! +ue la ,rimera ,ersona en usar su +ormula. Tiem,o des,u6s en

1321" en Alemania" E!telIein usa las ideas de $h6=! ! de 7e :ron!Rs ,ara lle&ar ms

leos la +ormula.

*a +amosa ecuacin de $h6=!" a menudo se e,resa como>

donde K es la &elocidad media" % es el radio hidrulico" S es la ,endiente de la lnea de

energa ! $ es un +actor de la resistencia al +luo" conocido como $ de $h6=!.

*a ecuacin de $h6=! ,uede deducirse matemticamente a ,artir de dossu,osiciones. *a ,rimera su,osicin +ue hecha ,or $h6=!. sta establece 9ue la +uer=a

9ue resiste el +luo ,or unidad de rea del lecho de la corriente es ,ro,orcional al

cuadrado de la &elocidad" es decir" esta +uer=a es igual a K/" donde es una constante

de ,ro,orcionalidad.

*a segunda su,osicin es el ,rinci,io bsico de +luo uni+orme" el cual se cree 9ue

+ue establecido ,or ,rimera &e= ,or ?rahms en 1C). sta establece 9ue en el +luo

uni+orme la com,onente e+ecti&a de la +uer=a gra&itacional 9ue causa el +luo debe ser

igual a la +uer=a total de resistencia.

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!r"#la de $ARC%- &'SAC*

Go se encontr mucha in+ormacin de la historia de la ecuacin. A continuacin

se ,resenta ,arte de una tesis de doctorado en la Bni&ersidad de Kalladolid ;III.

eltallerdigital.com


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7e ?ernoulli tenemos 9ue>

*a ,6rdida de energa ,or +riccin en +luo ,ermanente ! uni+orme est dada ,or>

*a cual es una +rmula em,rica" resultado de e,erimentaciones de laboratorio 9ue no,uede demostrarse" donde>

N $oe+iciente de +riccin N adimensional

* N *ongitud de la tubera en metros

7 N 7imetro de la tubera en metros

K N Kelocidad del +luido en la tubera en mLseg

g N Aceleracin de la gra&edad en mLseg/

:ara r6gimen turbulento" el coe+iciente de la +riccin est en +uncin de L7 ;rugosidad

relati&a< ! del n@mero de %e!nolds

7onde>

V Tama4o de la rugosidad e+ecti&a de las ,aredes de la tubera en mm.

7 V 7imetro de la tubera en mm.

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Este coe+iciente de +riccin ,ha sido am,liamente estudiado ,or di+erentes autores como

?lasius" :randt" Gi-uradse" arman" $olebroo- hite8 los cuales han ,ro,uesto di+erentes +rmulas

,ara calcular dicho coe+iciente.

Se encontr 9ue a,licable en las tres =onas de +luo turbulento ;Wona lisa turbulenta" =ona de

transicin turbulenta ! =ona rugosa turbulenta< +ue gra+icada en la +orma de N &s N %e ,or #ood!"

dando origen a lo 9ue generalmente se denomina como Q7iagrama de #ood!Q. En 6ste diagrama"

conocidos el n@mero de %e!nolds %e ! la rugosidad relati&a L7" ,ara el +luo en una determinada

tubera" obtenemos el coe+iciente de rugosidad a em,lear en la +rmula de 7arc!Neisbach.

7e la +rmula de 7arc!Neisbach tenemos>

:ara tramos de 1222 metros" tenemos 9ue *V 1222 mtrs" entonces>

*a cual es una ecuacin 9ue res,onde a la +orma general de

Karios in&estigadores han encontrado &alores di+erentes ,ara los coe+icientes ! e,onentesen la +rmula general de 7arc!" de,endiendo de las condiciones" estado ! ti,o de tubera. Ha!

muchas +rmulas em,ricas debidas a in&estigadores como> Scobe!" Schoder ! 7aIson" #anning"

Ha=enNilliams" ing" ?arnes" Tutton" etc.8 lo im,ortante es 9ue se escoa la 9ue sea ms indicada

,ara el caso en ,articular.

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