EJERCICIOS FLUJO LIBRE UNIFORME

UNIVERSIDAD DEL CAUCA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
EJERCICIOS FLUJO LIBRE UNIFORME
1. En qué porcentaje se reduce el caudal que transporta un canal rectangular de ancho b si un tabique muy delgado se
coloca en la mitad de la solera como se indica en la figura?
b/2
b
2. Se debe diseñar un canal revestido en madera cepillada sin tratar para transportar un caudal de 2 m3/s con una
pendiente del 1/80 m/m. El canal puede ser triangular y simétrico con ángulo al centro de 90° o rectangular con
ancho de solera igual a la altura de la lámina de agua. Cuál requiere menos madera de revestimiento y en qué
porcentaje? Considere un borde libre igual a la tercera parte de la altura de la lámina de agua para cada caso.
3. Un canal está excavado en un material con rugosidad absoluta de 0.4 mm, profundidad del agua de 40 cm,
pendiente del 4/1000.
3.1 Los parámetros geométricos y el caudal que puede transportar el canal.
3.2 El comportamiento hidráulico del conducto.
3.3 El coeficiente de rugosidad equivalente de Manning?
4 5°
1.0 m
6.0 m
4.
y
1.0m
0.5m
3.0 m
El canal de la figura está revestido en madera cepillada
creosotada y construido con una pendiente del 3m/km.
4.1 Determine la ecuación general del caudal para y > 0 m
4.2 Determine el caudal si la profundidad del
agua es de 1.5 m.
4. Una tubería de drenaje de 24’’ en PVC se debe tender con una pendiente máxima del 0.1% para evacuar el agua que
cae en un parqueadero de 5000 m2 con una intensidad de 60 mm/h.
Determine la profundidad normal del flujo, el tipo de flujo, el caudal máximo, el caudal a tubo lleno y la
pendiente que hace que el flujo sea crítico.
5. La cuneta triangular que se muestra en la figura está revestida en concreto, tiene una pendiente longitudinal del 4/100
y se ha diseñado para transportar un caudal de 80 l/s.
Terreno natural
7
5.1 Determine los elementos geométricos básicos.
5.2 Determine el tipo de flujo en el canal.
5.3 Si el borde libre es de 0.10 m, cuál es el volumen de excavación para 1000 m de canal?
5.4 En qué porcentaje se incrementa el caudal si el talud vertical se tiende con la misma inclinación de 1:7, se conserva la
misma profundidad del agua y pendiente longitudinal?.
6. Agua fluye en un canal rectangular con un caudal unitario de 1.5 m3/s-m y una profundidad de 0.5 m en la sección
(1). La pérdida de energía entre las secciones (1) y (2) es de 0.02 m.
6.1 Determine la profundidad del agua en la sección (2).
6.2 Cual es la energía mínima?
6.3 Determine y explique si es posible tener una pérdida de energía de 0.10 m.
Y2
Y1
(1)
(2)
7. Consultar ejemplos en:
Capítulos 5 y 6 del libro Hidráulica de Canales Abiertos de Ven Te Chow
Capítulos 2 y 5 del libro Hidráulica de Canales Abiertos de R. H. French
EJERCICIOS DISEÑO
Se requiere diseñar una canal para transportar un caudal de 0.8 m3/s con
una pendiente del 0.16%. El suelo en la zona es una arena muy fina.
Analice
varias
alternativas
de
diseño
incluyendo,
entre
otras
posibilidades:
Sección hidráulicamente óptima de forma rectangular, circular y
trapezoidal.
Canal excavado en arena con control de velocidad.
Escoja la sección que a su criterio sea la mas conveniente desde el punto
de vista hidráulico.
EJERCICIOS FLUJO VARIADO
1.Analice los perfiles de flujo M y S y determine si la energía específica aumenta o disminuye en el sentido
del flujo (0.1)
2. Una presa baja vertedora está construida en un cauce revestido en concreto colocado sobre roca bien
excavada de sección rectangular con las siguientes características:
5m
So = 0.005
10m
So = 0.002
1000 m
Ecuación de patronamiento del vertedero Q = KH3/2
K = 22 (MKS)
Considere una carga de agua sobre el vertedero de 0.63 m y que el canal es de longitud muy larga como para
lograr el desarrollo completo de los perfiles de flujo.
2.1 Analice, calcule y realice un esquema claro y completo del perfil del agua que se genera hacia aguas
arriba y hacia aguas abajo de la presa vertedora indicando todas las dimensiones. (0.3)
3) Analice cualitativamente y realice un esquema claro del perfil de flujo que se genera a lo largo del canal
que se muestra en la figura: (0.1)
So = 0
Compuerta
So > Sc
So < Sc
Profundidad crítica
Profundidad normal
Solera del canal
4.Analice los perfiles de flujo M y S y determine si la energía específica aumenta o disminuye en el
sentido del flujo
5. Un canal trapezoidal se ha diseñado con un tramo inicial con pendiente del 0.1% y un segundo tramo con
el 2.0%. El ancho de la solera es de 2.0 m, el talud lateral es 1V:1.5H y el coeficiente de rugosidad de
Manning es de 0.025.
0.1%
2.0 %
a) Si la profundidad normal del agua en el tramo inicial es de 1.5 m, cuál es el caudal que transporta el sistema?
b) Cuál es la profundidad normal del flujo en el tramo aguas abajo?
c) Cuál es la profundidad crítica y qué tipos de flujo hay en el canal?
d) Existe una sección de control en el canal? Cuál es? Q ué tipo de perfiles del flujo se presentan en el canal?
e) Encuentre la longitud a la cual se encuentra aproximadamente la profundidad normal del flujo tanto hacia aguas
arriba como hacia aguas abajo del punto de control.
6. Una presa está vertiendo agua en un canal rectangular para riegos de gran ancho que termina en una caída recta
situada a 700 m. El canal de aproximación a la presa tiene una pendiente del 0.1 % y un n de 0.014. Cuando se presenta
una caudal unitario de 2.8 m3/s-m se produce una profundidad de 0.46 m al pie de la presa.
6.1 Analice el perfil de flujo a lo largo del canal e indique todas las profundidades claves del agua, tipos de flujo y de
perfiles de flujo. Realice un esquema claro y completo.
6.2 Determine cuál es la profundidad del agua a 300 m aguas arriba de la caída vertical. Tome tres subtramos por
facilidad. (1.0)
6.3 Qué pasa con el perfil de flujo si no existiese la presa?
S = 0 .1%
Caída
7. Analice cualitativamente y realice un esquema claro de los perfiles de flujo que se generan a lo largo del
canal que se muestra en la figura. Los tramos de canal son suficientemente largos para permitir el desarrollo
de los perfiles de flujo. (0.5)
Compuertas
Embalse
So > Sc
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Hidráulica de Canales Abiertos. Ven Te Chow
Hidráulica de Canales Abiertos. R. H. French