CUESTIONARIO UNIDAD 2° 1.- Explique las bases en que se apoya el diseño de un aforador Parshall y las ventajas que ofrece con relación a un vertedor instalado con el mismo. Su funcionamiento esta basado en la asunción de que el flujo crítico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base; este efecto obliga al agua a elevarse o a remansarse, proceso que debido a la aceleración del flujo permite establecer una relación matemática entre la elevación del agua y el gasto. MEDICION DEL CAUDAL Debido a que la principal función de la Canaleta Parshall es medir el caudal. Es importante tener una expresión matemática que relacione esta variable con el resto de magnitudes medibles en el dispositivo. Dicha expresión en términos generales es: Donde: Q: Caudal. Ha: Profundidad del agua en una posición dada. C y n: Constantes que dependen de las dimensiones del canal. Las relaciones profundidad-caudal para canaletas Parshall de diferentes tamaños, tal como se calibraron empíricamente, se presentan mediante las siguientes ecuaciones:
En las ecuaciones anteriores Q es el caudal libre en pies 3/s, W es el ancho de la garganta en pies y Ha es la lectura de la mira de aforo en pies. SUMERGENCIA
Es un parámetro que clasifica la descarga en libre o ahogada. Cuando la sumergencia excede el límite de 0.6 para canaletas de 3, 6 y 12 pulgadas, respectivamente, de 0.7 para canaletas de 1 a 8 pies y de 0.8 para canaletas de 10 a 50 pies, el flujo se vuelve sumergido. El efecto de la
sumergencia es de reducir el caudal. En este caso el caudal calculado mediante las ecuaciones anteriores debe corregirse mediante una cantidad negativa.
Diagrama para el cálculo de la tasa de flujo sumergido, en pies 3/s, a través de una canaleta Parshall de 10 pies de ancho.
De manera similar, la corrección para la canaleta de 10 pies se hace aplicable a canaletas mayores multiplicando la corrección para la canaleta de 10 pies por el factor dado a continuación para la canaleta particular que esté utilizándose. VENTAJAS Para un caudal dado, la perdida de carga es 75% mas pequeña que para otros medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre. Opera con perdidas de carga relativamente bajas. Se logran buenas mediciones sin sumergencia, o inclusive, con sumergencia moderada. Es menos caro que el aforador de garganta larga para la misma capacidad.
2.-Explique la importancia de las alcantarillas en vías terrestres. Dentro de los muchos factores que determinan la importancia de la obras de drenaje en un camino se puede mencionar que dichas obras son una de las herramientas y estructuras más importantes que influyen directamente en la duración del camino, carretera, autopista u otra vía terrestre de comunicación. El objetivo fundamental del drenaje superficial y subterráneo en los caminos es, en primer término, el destinado a captar y eliminar las aguas que corren sobre el terreno natural o que, de alguna u otra forma, llegan al mismo, principalmente las aguas pluviales y en segundo término dar salida rápida al agua que llegue al camino. Existen numerosos factores que pueden afectar la duración de un camino. Algunos de estos factores son causados por el agua pluvial. Ya que los caminos son el medio de comunicación más común, es de gran importancia mantenerlos en las mejores condiciones posibles. Es por esta razón que deben evitar las siguientes situaciones:
Que el agua escurra en grandes cantidades sobre el camino y por el mismo drenaje superficial y subterráneo, ya que a su paso puede destruir el pavimento originando la formación de socavaciones (baches). Que el agua que llega a las cunetas no se estanque provocando azolves que a su vez limitan el funcionamiento adecuado de dicha estructura para trabajar a toda su capacidad. Que la humedad que se infiltra por los poros de los suelos, ya que es uno de los principales agentes que propician la socavación en los terraplenes que conforman los pavimentos repercutiendo en las obras de drenaje superficial y subterráneo del camino.
Debido a la necesidad de un alineamiento determinado, el camino puede atravesar diversidad de suelos, algunos permeables, algunos otros impermeables, obligando a que se realice la construcción de obras de drenaje y sub drenaje que disminuyan los efectos nocivos que tiene cada tipo de suelo posee. Del agua que se precipita en forma de lluvia y cae al camino, parte de ella se filtra, otra parte se evapora y así, en pequeñas cantidades como normalmente ocurre, se van generando problemas a lo largo del camino. Este líquido produce infinidad de efectos nocivos y dañinos sobre la sección propia del camino, entre éstos los más importantes están:
Al escurrir agua sobre un camino, las características mecánicas de los suelos cambian, en cuanto a su resistencia a cortante principalmente; es por ello que se pueden presentar deformaciones o fallas en los taludes y cortes que en su momento fueron estables.
Si la cantidad de agua recibida no es uniforme en el suelo, pueden originarse asentamientos diferentes por su resistencia desigual causando alteraciones en la rasante por tubificación o filtración, que a su vez provoca agrietamientos en la superficie. En algunos casos, ciertos tipos de arcillas y yesos, llegan a originar un aumento de la proporción de agua, lo que normalmente sucede es, un ensanchamiento de las partículas de estos suelos que pueden dar lugar a fenómenos de aumento de volumen, que producen movimientos en la superficie y costados de la sección del camino. Se debe tomar en cuenta que en las zonas donde se producen heladas, la existencia de agua permanente resulta sumamente peligrosa, para los vehículos que circulan, ya que el agua se puede convertir en hielo y provocar que la superficie se vuelva resbalosa. Se hace notar que el agua que corre libremente por la superficie del camino, produce una erosión que puede acabar con el mismo casi en su totalidad y provocar daños muy costosos a la infraestructura del camino.
Como puede observarse los efectos nocivos que produce el agua sobre la superficie del camino son muy notorios y variados ya que están ligados unos con otros y modifican las condiciones de servicio para lo cual fue diseñado el camino; algunos estudios sobre caminos en mal estado han revelado que la mala proyección de un drenaje ya sea superficial o subterráneo inadecuado, es la causa primordial y un factor determinante en los daños que han sufrido éstos. Esto nos da una clara idea de la importancia del drenaje superficial y subterráneo en la construcción de los caminos. Es muy claro que un mal funcionamiento de un camino, debido a cualquier falla en su estructura, provoca una pérdida muy elevada en la economía. "Los deslaves, asentamientos, oquedades y desprendimientos de material encarecen el costo de la conservación y a veces interrumpen el tránsito, ocasionando por lo tanto, un desequilibrio económico. 3.- ¿Que peculiaridad presenta el criterio de Patochka por el diseño hidráulico de alcantarillas? 4.-Si la pendiente longitudinal de una alcantarilla es menor que la crítica ¿Qué tipo de remisión es indispensable hacer en el diseño y por qué? 5.- ¿Las alcantarillas deben trabajar preferentemente bajo presión o la superficie libre?, Justifique su respuesta 6.- ¿Qué es la energía especifica? La energía específica en la sección de un canal se define como la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal.
De lo anterior, la ecuación de Bernoulli, para la sección del canal es:
Donde Z = 0 (ya que el nivel de referencia es el fondo del canal) obteniéndose la ecuación de la energía especifica:
Mediante la energía específica se pueden resolver los más complejos problemas de transiciones cortas en las que los efectos de rozamiento son despreciables. Si consideramos α = 1, se tiene:
Pero, de la ecuación de continuidad, para un canal de cualquier forma, se tiene:
Finalmente tendremos:
Suponiendo que Q es constante y A es función del tirante, la energía especifica es función únicamente del tirante.
7.-Si en un flujo uniforme se tiene un tirante mayor que el crítico. ¿El régimen es subcrítico o supercrítico? En este caso, ¿La pendiente hidráulica es mayor o menor a la correspondiente al régimen critico? Explique la razón de su respuesta. Cuando la profundidad de flujo es mayor que la profundidad crítica, la velocidad de flujo es menor que la velocidad crítica para un caudal determinado y, por consiguiente, el flujo es subcrítico. Por tanto la pendiente hidráulica es mayor.
8.-Si en un flujo uniforme el tirante del canal es menor que el tirante crítico. ¿El régimen es subcrítico o supercrítico? En este caso, ¿La pendiente hidráulica es mayor o menor a la correspondiente al régimen crítico? Cuando la profundidad del flujo es menor que la profundidad crítica, el flujo es supercrítico. Por lo tanto la pendiente hidráulica es menor.
9.-Dibuje la curva de la energía específica para un gasto dado y explique su trazo.
En la figura, la curva específica tiene dos ramas, AC y BC. La rama AC se aproxima asintóticamente al eje horizontal hacia la derecha. La rama BC se aproxima a la línea OD a medida que se extiende hacia arriba y hacia la derecha. La línea OD es una línea que pasa a través del origen y tiene un ángulo de inclinación igual a 45º. Para un canal de pendiente alta, el ángulo de inclinación de la línea OD será diferente de 45º. En cualquier punto P de esta curva, la ordenada representa la profundidad y la abscisa representa la energía específica, que es igual a la suma de la altura de presión y y la altura de velocidad V2/2g. La curva muestra que, para una energía específica determinada, existen dos posibles profundidades, la profundidad baja y1 y la profundidad alta y2. La profundidad baja es la profundidad alterna de la profundidad alta, y viceversa. En el punto C, la energía específica es mínima. Por consiguiente, en el estado
crítico es claro que las dos profundidades alternas se convierten en una, la cual es conocida como profundidad crítica yc. 10.- Explique el significado del gasto y señale a qué tipo de canales es aplicable este concepto. Un gasto es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Este concepto es aplicable para cualquier canal ya que para cualquier tipo de canal el gasto circula a través de ellos. 11.-Explique el principio del gasto máximo. El caudal máximo, ocurre en una sección de control, en un lapso determinado, este debe disponer de un instrumento registrador, que se expresa en m3/s y se asocia a la fecha en que se ha registrado. Este es un procedimiento necesario para determinar la capacidad de escurrimientos en obras hidráulicas que no deben ser sobrepasadas.
