Diseño de un canal pluvial (Hidraulica)

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN CANAL DE RECOLECCIÓN DE AGUA PLUVIAL.

Análisis y Diseño de un Canal de Recolección de agua Pluvial “Hidrología-Mecánica; Hidráulica II, para Ingeniería Civil.” Por los estudiantes de la carrera de Ingeniería Civil: Amézquita Díaz Edgar Adam (207196865); Reyes López Rubén Junior (207401639); Uribe Arreola Andrés Adolfo (207401752); Osoria Fernández Júpiter Alonso (207196857). Dirigido a: Ing. Lee Cong Ismael Enrique (2830604).

UNIVERSIDAD de GUADALAJARA (UDG), CAMPUS VALLARTA, CENTRO UNIVERSITARIO de la COSTA, (CUC). Diciembre 2, 2009.

Hi dr áuli ca de Ca na les ; Dis e ño de Ca nal |2

ABSTRACT Imprescindible

el estudio de Hidráulica de Canales para la Determinación y

tránsito de Avenidas, ya sean máximas, mínimas ó críticas, éste factor dependiendo del relieve del área de análisis, ó en cuestión, y, de sus propiedades hidrológicas que se encuentren en ese lugar. Estas propiedades capturadas por estaciones climatológicas de la región, tal es el dato más importante para el diseño de un canal, el registro de las precipitaciones máximas diarias que se han suscitado. Si bien, en la vida diaria ingenieril se presentan circunstancias muy variables de un lugar a otro; por lo tanto, es deber y responsabilidad profesional tomar ciertos criterios básicos para el Diseño del Canal Adecuado que satisfaga las condiciones hidrológicas del lugar y que las dimensiones del área a prospectar para el canal, no excedan un límite real (esto es, que se adapten las dimensiones del canal a una determinada área disponible). Es relevante notar que el diseño de un canal se base en análisis de tiempo de retorno, y, esto en relación con el tipo de material que se utilizará para la construcción de dicho canal. No obstante, el factor de tiempo de vida útil de nuestro canal, dependerá también del tipo de material a utilizar en relación con nuestra velocidad de flujo (erosión: desgaste); por lo cual, se deberá cuidar que la velocidad estimada para el área del canal proyectada en el diseño, sea menor a las máximas velocidades permitidas, referentes al tipo de material utilizado para el diseño de construcción del canal; éstas velocidades dadas por Suárez de Castro (1978). Ahora bien, debido a lo anterior, se tiene que tener cuidado que la pendiente del canal resultante con relación al área Proyectada y la velocidad, ésta no sea muy elevada ya que rompería los estándares de un flujo subcrítico, lo cual no es permisible en regiones urbanas debido a la alta peligrosidad de un flujo supercrítico.


JUSTIFICACIÓN Es importante el conocimiento del cálculo de canales, pero es significativo en mayor medida la determinación y tránsito de avenidas que engloba todos los conocimientos adquiridos, esto, para el desarrollo del crecimiento a nivel profesional de los estudiantes de Ingeniería Civil; por lo tanto, El Análisis y Diseño de un Canal, evalúan el conocimiento obtenido y la capacidad de ingenio para lograr que éste canal realmente funcione a condiciones reales. Es por tal motivo, de crecimiento en el aprendizaje en el ramo de la Hidráulica de canales para la construcción, que se desarrolla el siguiente Diseño de un Canal de Recolección de Agua Pluvial: Analizando situaciones reales de terreno y por consiguiente datos reales para el diseño del canal.

OBJETIVOS OBJETIVO PRINCIPAL 

Mediante conocimientos previos de Hidráulica de canales, Analizar y Diseñar un canal con condiciones reales de terreno.

OBJETIVOS SECUNDARIOS 

Verificar condiciones y dimensiones prospectado para el diseño.



Establecer un Gasto Crítico mediante los datos de Coeficiente de Escorrentía, Área de impluvio y la Intensidad Máxima de Precipitación en mm/hr.



Analizar mediante el gasto crítico de escorrentía y la velocidad máxima permitida para un material de concreto (hormigón), dada por la tabla de Suárez de Castro (1978), el área mínima de diseño. De ahí, partir a dimensionar nuestro canal con un área prospectada de diseño acorde a las condiciones reales y obtener la velocidad que cumpla con la restricción de no ser mayor a la velocidad máxima y que cumpla con el índice de pendiente para un canal sub crítico, (debido a que es una zona urbana).



Desarrollar el tema con todos los elementos aprendidos. Establecer una serie de conclusiones, las cuales, deduzcan las observaciones aprendidas durante el proceso. Y, proyectar como resultado final el Canal Diseñado acorde a las condiciones dadas.

disponibles

del

terreno


INTRODUCCIÓN Se pretende diseñar un canal pluvial, debido a que en la temporada de lluvias bajan grandes cantidades de agua arrastrando palos, basura, etc. y la dejan regada por todas las calles de la colonia Villa de Guadalupe. Además el agua se dispersa por las calles entrando en las viviendas de la gente; provocando grandes pérdidas económicas a las personas del lugar, como esto ocurre todos los años se pretende crear un canal para evacuar el agua que baja de los cerros. De esta manera debido a los tantos y tantos problemas, y a la oportunidad de diseñar un canal, como parte de un trabajo especial; nos dimos la tarea de analizar el problema y diseñar un canal adecuado y pertinente que solucione los problemas y alivie el desahogo de agua pluvial proveniente del área de análisis. Si bien, los datos recabados no son exactos por inaccesibilidad a documentos oficiales, y a la falta de equipo de medición y de cálculo, estos datos dan una perspectiva de un resultado considerable cómo válido y aceptado. Por ser las personas a cargo del proyecto, nuestro resultado será considerado como aproximado a lo real, y, tomado en cuenta para modificaciones posteriores. Ahora bien, debido a que por la geometría de diseño los canales trapezoidales son los que mejor transportan los fluidos, nuestro canal será trapezoidal y recubierto de concreto, esto, para garantizar más el periodo de vida eficiente del canal y con un factor de mantenimiento relativamente poco.


ANÁLISIS Y DISEÑO DEL CANAL Parámetros Generales. Para partir con el diseño, se deben analizar 3 factores que darán la determinación de gasto de escorrentía crítico ( ), que es la cantidad máxima de agua que fluye en el área en cuestión en relación a un tiempo determinado de diseño (normalmente 1hr,), la intensidad máxima de precipitación en esa hora, y un tiempo de retorno asociado. Esto es, en base a las condiciones tanto geográficas del lugar (relieve), así como también las condiciones Hidrológicas (captadas por las estaciones climatológicas), y la naturaleza del área en la cual se procede hacer el análisis, se llega a la conclusión de que, la determinación de éste gasto es crucial para el diseño pertinente y/o estimado. Por lo tanto, la Ecuación de Escorrentía crítica (sin conversión de unidades), queda designada como sigue:

Donde:   

C= Coeficiente de escorrentía, asociado a un factor de corrección. Ai= Área de impluvio. I= Intensidad Máxima de precipitación, el tiempo para nuestro análisis será a una hora.

Cálculo del gasto de escorrentía Crítica. Para el fin del cálculo del gasto de escorrentía crítica, tomaremos en cuenta, en primer lugar el área en cuestión, la metodología será foto satelital a escala ofrecida por Google Earth; las condiciones físicas del lugar (relieve), bajo los principios del la obtención del Coeficiente de escorrentía con un factor de corrección asociado; y el registro de las precipitaciones máximas diarias ocurridas en diferentes periodos, por lo cual, tomaremos todos los datos de la carta de la estación climatológica Vallarta (la más cercana al área de impluvio), y tomaremos la Metodología de Mauco para la obtención de la Intensidad de Precipitación Máxima a una hora y un tiempo de retorno asociado.


 Coeficiente de Escorrentía. Lo determinamos por medio de una tabla de manual de carreteras, mediante el método relativamente fácil de la sumatoria de los 4 factores “k”, de la siguiente manera:

Y la tabla guía del manual de carreteras es:

Por lo que nuestra determinación queda dada, de la siguiente forma: 1. Relieve: Por ser un lugar montañoso con una gran pendiente se considera que tiene un relieve alto con un valor de 0.28. Clasificado como Alto casi extremo.


2. Infiltración: Debido a que el suelo es arcilloso con baja capacidad de infiltración se considera alto y se determina que su valor es de 0.08. Clasificado como Normal casi alto. 3. Cobertura vegetal: Por ser terrenos de cultivo y también tienen áreas boscosas se considera que tiene un valor de 0.10. Clasificado como alto. 4. Almacenamiento superficial: Como el sistema de cauces es bien definido y sin zona húmedas se cree que el rango de almacenamiento es alto con un valor de 0.09. Clasificado como alto. Por lo tanto nuestro factor de escorrentía es de: ∑k=0.55 Y como el canal está proyectado a tener una vida útil de 20 años el factor de corrección es de 1.1 (dado en la tabla), por ello nuestro Coeficiente de escorrentía es de: C=0.605

 Área

de Impluvio.

En éste aspecto la teoría es meramente empírica, ya que para tomar la medida exacta del área de impluvio se necesitaría de herramientas e instrumentos acordes con tal trabajo, básicamente trabajo topográfico; debido a ésta dificultad, nuestro Cálculo se estima de la siguiente manera: Con base a fotografías a escala del satélite de Google Earth, se considera que dicha área se aproxima a 100 hectáreas, según la imagen cada intervalo de línea en referencia al S.I. equivalen a 200 metros, basados en esta escala de dicha fotografía calculamos el área de impluvio de dicho lugar, (ver fotografía).


Área de impluvio (Ai) = 100 hectáreas


 Intensidad

de Precipitación Máxima.

Sin duda alguna, el cálculo más extenué y minucioso para el cálculo de , debido a que existen diferentes maneras de llegar a este resultado, por lo tanto, nuestro análisis se basa en la metodología de Mauco, que es una serie de fórmulas recobradas de diferentes autores y son usadas para llegar a una relación entre ellas y plasmarlos en un gráfico; como resultado de esto, se tomará el resultado de precipitación de acuerdo a las especificaciones anteriores, de Tiempo de retorno en relación con el tiempo o duración estimada de la Intensidad de precipitación, ya mencionados anteriormente, recordar: Tiempo de retorno (T)= 20 años, y duración de la precipitación de = 1 hr. (El estándar de duración para el análisis); de la explicación anterior, entonces: Para el cálculo de la intensidad máxima se procedió a la consulta de estaciones climatológicas que existen en Puerto Vallarta por parte de la CNA y se eligió la estación climatológica más cercana al lugar de estudio; los datos climatológicos de la estación más cercana al área de impluvio que se recobraron fueron los de las precipitaciones máximas diarias presentadas en 12 diferentes periodos (n), tal y como aparecen en la carta de la estación. Por lo cual se prosiguió a hacer los cálculos pertinentes con la metodología de MAUCO y de esta forma se obtuvo la intensidad de precipitación máxima a diferentes años de tiempo de retorno y a diferentes duraciones de precipitación. (Ver carta de la estación climatológica)

H i d r á u l i c a d e C a n a l e s ; D i s e ñ o d e C a n a l | 10

Por lo tanto, es indispensable para el cálculo de la Intensidad Máxima de precipitación, conocer el promedio (x) y la desviación estándar (s) de los datos obtenidos de la estación climatológica; y apoyados de una tabla de valores y , que van en relación al No. De periodos (n) de años con datos de la precipitación máxima en 24 hrs. menos una unidad, (n-1); entonces, se obtendrán valores de parámetros de referencia α y de Gumbel, los cuáles nos servirán para llegar a conocer la precipitación máxima (Pmax) en 24 hrs con un periodo de retorno asociado (T ó R; según el autor), y en función de esto, llegar a conocer la Intensidad Máxima (I) de precipitación en 1 hora. Entonces: 

Cálculo de los Parámetros de Gumbel.


La tabla de datos, haciendo los cálculos previamente nos queda como sigue: Años 1984 1978 1977 1986 1983 1972 1971 1980 1978 1986 1982 1974

P.max Diaria 98 22 8.7 11.5 89.5 152 180 145 241 101 76 92

α= 0.013810826 β= 65.21714692

0.4996 Promedio (X) Desv. Estándar (S)

0.9676 101.3916667 70.06097939

Para obtener “α”:

Para obtener



:

Cálculo de la Precipitación Máxima.

Ahora bien, Una vez obtenido α y se procede a calcular la Precipitación Máxima (Pmax) en 24 hrs, con un periodo de retorno asociado (T ó R, según el autor); mediante la siguiente fórmula, entonces:


Mediante la fórmula anterior se obtiene una tabla de datos, cabe mencionar que aquí el coeficiente de duración es meramente referencial, no afecta en los cálculos, debido a que lo que encontramos es la precipitación máxima en 24 hrs con un periodo de retorno asociado; entonces la tabla nos queda: Tiempo Coef. De Duración. Periodo de retorno 2 5 10 15 20 

24 horas 4.9 258.327082 311.044855 333.184975 343.405145 349.852673

Cálculo de la Magnitud de Precipitación Máxima.

Ahora bien: mediante lo anterior se procede a calcular la magnitud de precipitación máxima según un periodo de retorno asociado y una duración estimada mediante la siguiente fórmula:

Donde:

= Coeficiente de duración a un tiempo “t” (dado por tablas). = Coeficiente de duración a 24 hrs (dado por tablas).


Por lo tanto, los resultados que se vayan obteniendo de la relación de las precipitaciones máximas (Pmax) con un periodo de retorno asociado (T ó R), y un tiempo de duración de precipitación (dado en coeficiente por las tablas anteriores); la fórmula anterior ( ) va organizando los resultados de la siguiente manera: Magnitud de precipitación máxima en mm/hora. Según el periodo y duración estimada Tiempo 5 10 15 30 45 60 120 24 horas Coef. De Duracion. 0.26 0.4 0.53 0.7 0.86 1 1.4 4.9 Periodo de retorno 2 5.35551 8.239246 10.917 14.41868 17.71438 20.59811 28.83736 100.930759 5 10.1456 15.60862 20.68142 27.31508 33.55853 39.02155 54.63016 191.205574 10 13.31706 20.48778 27.14631 35.85362 44.04874 51.21946 71.70724 250.975357 15 15.10637 23.24057 30.79375 40.67099 49.96722 58.10142 81.34199 284.696963 20 16.3592 25.168 33.3476 44.044 54.11119 62.91999 88.08799 308.307968



Cálculo de la Intensidad de Precipitación Máxima.

Entonces, mediante los resultados anteriores. Para obtener la intensidad de la precipitación máxima en un tiempo “t” se procede a usar la siguiente fórmula:

Donde: 1=1hr=60min. (Esto porque 1 hora es el tiempo estándar de análisis para el diseño, y también, porque es el tiempo que nosotros tomaremos para el diseño de nuestro canal) “t”=dado en tiempo de minutos Por lo tanto, de la misma forma como se vayan tomando los datos del cuadro anterior, la fórmula anterior transforma los datos del cuadro anterior, en el siguiente cuadro: Intensidad de precipitación máxima en mm/hora. Tiempo 5 10 15 30 45 60 120 24 horas Coef. De Duracion. 0.26 0.4 0.53 0.7 0.86 1 1.4 4.9 Periodo de retorno 2 64.26612 49.43547 43.668 28.83736 23.61917 20.59811 14.41868 100.930759 5 121.7472 93.65171 82.72568 54.63016 44.74471 39.02155 27.31508 191.205574 10

159.8047 122.9267 108.5853 71.70724 58.73165 51.21946 35.85362 250.975357

15

181.2764 139.4434 123.175 81.34199 66.62296 58.10142 40.67099 284.696963

20

196.3104 151.008 133.3904 88.08799 72.14826 62.91999

44.044

308.307968


En base a los datos anteriores se puede obtener una gráfica de la Intensidad de precipitación, con relación a un determinado tiempo de Duración; y la gráfica nos queda:

Intensidad en mm/hora.

Calculo de la intensidad de precipitación Máxima 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

2 años 5 años 10 años 15 años 20 años

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120

Tiempo en minutos Nótese, que en la gráfica el punto resaltado en negrita, es el punto de nuestra Intensidad Máxima buscada, en una hora. Ya obtenida la grafica para nuestro cálculo tomaremos el valor de la precipitación a 60 minutos con un periodo de retorno a 20 años. Por lo cual, mediante los datos del cuadro anterior y la gráfica, nuestra intensidad buscada es de: I= 62.92


 Cálculo de Gasto de escorrentía crítica. En base a los datos obtenidos “C”, “A” e “I”, se deduce que el gasto de escorrentía crítica, acorde a las condiciones del lugar en análisis es:

Por lo tanto, Nuestro resultado es:

Consideraciones y/o Especificaciones de diseño. Si bien, para empezar a diseñar el canal acorde a , encontrado anteriormente, es de real importancia que se tengan bien claras las consideraciones y/o las especificaciones de diseño, las cuáles nos permitirán un margen de referencia disponible y garantizarán tales consideraciones; es muy importante que se tenga bien claro el material con el que se va a construir y el tiempo de retorno, ya que estos aspectos tienen que ver con el desgaste que sufre el canal con el paso de la velocidad de flujo y éste a su vez con una determinada pendiente, algo que no se nos debe el olvidar es que el canal, será construido cerca de una zona urbana por lo que el flujo no tiene que ser supercrítico debido a la alta peligrosidad de esta.  Primera condición general: El Área de Diseño “A” tiene que ser mayor al área mínima “ ”.  Segunda condición general: El gasto de Diseño “Q” tiene que ser mayor al gasto crítico de escorrentía “ ”.  Tercera condición general: La Velocidad de Diseño que cumpla con la restricción del gasto (segunda condición general), tiene que ser menor a las máximas velocidades permitidas para el tipo de material de construcción, velocidades dadas por las tablas de Suárez de castro (1978).


 Primera especificación particular: Sólo se tienen disponibles en su totalidad para la construcción del canal, alrededor de 7m2 de sección transversal.  Segunda especificación particular: El flujo debe ser subcrítico, por lo cual, que mantenga una pendiente estable y mínima y por ende que satisfaga las tres condiciones generales. Por sugerencias de especialistas la pendiente debe andar alrededor de los 0.001-0.004

Análisis de Diseño. Teniendo en cuenta las consideraciones y/o especificaciones de Diseño siempre en mente, se prosigue a buscar los datos que harán que se satisfagan mis restricciones (consideraciones generales y/o especificaciones), por lo tanto: 

Cálculo del Área Mínima.

Una vez calculado el Gasto de Escorrentía Crítica, se procede a obtener el área mínima de diseño, aplicando la siguiente fórmula:

Donde: es la velocidad máxima permitida para el tipo de material a utilizar en la construcción del canal; como nuestro canal está diseñado para ser construido de concreto, entonces, este valor está dado por las tablas de Suárez de Castro (1978). (Ver tabla de Máximas Velocidades permitidas), Por lo tanto:


Observando el tipo de velocidad que nos corresponde en relación al tipo de material de construcción; así pues, aplicando la fórmula anterior, obtenemos el valor del Área mínima de diseño:



Análisis de datos.

Ahora bien, para calcular el gasto de diseño, en el diseño del canal se satisfacerá la restricción de que el área diseño sea mayor que el área mínima (2.35m2); entonces, bajo que en las condiciones del terreno en cuestión no se cuenta con mucho espacio libre (alrededor de los 7m2 de sección transversal); se propuso el Área: A = 4m2 Entonces, como el gasto de diseño tiene que ser mayor al gasto de escorrentía, y el gasto es igual a la velocidad por área; la velocidad a tomar, mínima, que satisfaga la consideración del gasto sería: con un área de 4m2:

Y nuestra “Q” sería: ; este gasto satisfacería la condición y también satisfacería una pendiente estable dándome un flujo subcrítico. Pero, “para que hacer un canal de concreto con mayor margen de Velocidad permitida, si ni siquiera se aprovecha al máximo”. Por ende al enunciado anterior, se buscará una velocidad aún mayor que la Velocidad mínima y que satisfaga la especificación de la pendiente, de cuidar un flujo subcrítico. La velocidad es arbitraria y tiene mucha relación con la pendiente del canal, por lo cual, recordar que la 2a especificación es cuidar que nuestro flujo sea subcrítico. Por deducción lógica, la velocidad de diseño no puede ser mayor que las velocidades máximas permitidas (4.5-6) estas velocidades máximas permitidas, varían en cuestiones del tipo de hormigón y del terminado de este.


Recordar que por ser una zona urbana el canal no puede tener condiciones supercríticas (turbulentas) debido a su alta peligrosidad y se tiene que cuidar que el flujo siempre permanezca subcritico. Por ende la pendiente no debe ser muy grande dentro del rango de 0.001 a 0.004. Concluyendo, nuestra velocidad de diseño bajo varios cálculos en excel y tomando en cuenta que se garantiza por 20 años la vida útil del canal, la velocidad que satisface las condiciones y no se sale de las especificaciones particulares anteriores será de: V= 3.2m/s.

En resumen: Control Comprobación de condiciones técnicas. Aceptado Área mínima < Área de diseño Aceptado Escorrentía Critica(mínima) < Q Caudal estimado Aceptado Máxima velocidad.(V.max) > V: velocidad estimada

Control

Comprobación de condiciones técnicas.

Aceptado

2.35 m2

<

4 m2

Aceptado

10.57 m3/s

<

12.81 m3/s

Aceptado

4.5 m/s

>

3.2

Nota: No se le puede aumentar más área de estimación, porque al final del diseño del canal, éste tendrá que llevar unas especificaciones de dimensiones de construcción de revancha por motivos de seguridad; por lo tanto, el área de construcción casi será de 6m2, satisfaciendo la especificación del Área transversal disponible ( ).


Datos de diseño. Aparte, de los datos ya obtenidos y que satisfacen todas las condiciones y/o especificaciones, de “Q”, “A” y “V”; tenemos que ingresar, otros aspectos que son parte del diseño, tales son: “n” rugosidad de Manning; y el ángulo “α” del talud del canal (el ángulo “α” se recomienda no ser menor a 20º, ver la figura). “n” rugosidad de Manning = 0.013 (sugerido para el diseño; tablas de rugosidad de Manning). “α” ángulo del talud = 30º (propuesto).

Ya aceptando y validando los datos de diseño del canal, se prosigue a hacer una tabla de datos encontrados. Dimensiones del canal A= 4 V= 3.2 Q= 12.8 n= 0.013 Ángulo “α” 30


 Cálculos de las Dimensiones del Canal, faltantes. Determinar: “z”.

; Determina: “y” (altura).

;

;

;

Determina: “b” (base).

;

Determina: “l” (longitud del talud).

;

Determinar: “R” (Radio Hidráulico).

;

;

Determinar: “T” (ancho superficial).

;

;

Determinar: “s” (pendiente). ;

;


Los datos de las dimensiones del diseño del canal, faltantes; quedan: Dimensiones del canal A= 4 Y= 1.519671371 B= 1.754765351 Talud= 1.754765351 T= 3.509530701 Z= 0.577350269 s= 0.0025 n= 0.013 R2/3= 0.832683178 Ángulo α 30

 Dimensiones de Flujo Crítico. Siempre es muy necesario que el flujo Crítico se conozca, y por ende las dimensiones para el flujo crítico, tales son: “Yc”, “Sc”, y todo lo que de esos datos arrojen, como la “Vc” (velocidad crítica), en relación con el gasto de diseño “Q”. El conocimiento del flujo crítico no sirve para tener en cuenta en que momento se tendrán o se podría tener un cambio en las variaciones del tipo de flujo; es por eso, que se tiene que dejar un cálculo de revancha para las especificaciones de construcción, por aspectos importantísimos de seguridad. Calculo de, “Yc”

Por lo tanto, usando el método de prueba y error: Yc=1.483


Cálculo de Velocidad crítica, “Vc”

; Cálculo de la Pendiente Crítica, “Sc”

;

;

Conocimiento del Perfil del Canal. Para el conocimiento del Perfil del Canal diseñado, se necesitará y utilizará el valor resultante “Yn”, y la “Yembalse” será en ésta ocasión la “Y+revancha” denominada “Y´” (recordar que la “Y+revancha” será la especificación de construcción), el cálculo de “Yc”, está de más volverlo a poner, ya que está descrito en la parte del conocimiento del flujo crítico de la sección anterior. Calculo de, “Yn”

Por lo tanto usando el método de prueba y error, Yn=1.52


Los valores consecuentes a cada determinada operación, para la obtención de la tabla de valores de (x) y de (y), en la cual se graficará el perfil del canal, quedan omitidos en este trabajo debido a que ya se tiene que tener conocimiento previo de la Metodología. Por lo tanto la Tabla se muestra: En base a todos los datos anteriores necesarios para éste canal y un valor “α”=1.1:

Conjunto de Datos

z=

0.577350269

B=

1.75476535

Q=

12.81051044

α=

1.1

g=

9.81

n=

0.013

So=

0.0025

Yn

1.51967149

Yc

1.482617508

Y el conocimiento de la “Y de embalse” es:

Mediante una Determinada: “r” (revancha).

;

;

Por lo tanto, Y + revancha = Y´ = 1.52+0.51 = 2.03m


En

base

a

todos

los

datos

anteriores.

Y la gráfica queda:

PERFIL DEL CANAL 2.8

Profundidades

2.4 2 1.6 1.2 0.8 0.4 0 0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

Distancias

80.0

90.0

100.0 110.0 120.0


Energía específica. Un dato interesante e importantísimo, es ver la Energía específica que el diseño del canal ofrece, esto para la determinación quizás de opciones de utilidades externas del canal, de ahí los molinos de agua, o las presas hidroeléctricas que se ubican, basándose en esta determinación (Energía Específica); y/o de igual manera, poder generar defensas que eviten la ruptura de materiales expuestos a tal energía, por ejemplo las turbinas (me refiero a las “aspas”) que sean resistentes y no sufran deformaciones a tal magnitud vectorial. Es para el cálculo de la Energía específica del canal, la siguiente fórmula:

Los datos que se ocupan para este cálculo, serán los mismos que en la sección anterior, sólo que en “y” se harán variaciones para notar la diferencia de Energía específica a diferentes profundidades, denotando a la energía específica Crítica. Recordar Cálculos de la Energía específica del Capítulo 4 según el programa visto en clases. Ahora bien, sólo para denotar a la Energía específica que tendremos en la (y) de diseño (1.52m); esta será:

Comprobando que aquí el flujo será subcrítico; Mediante en No. De Froude: Si F=1: Flujo Crítico; Si F<1: Flujo Subcrítico; Si F>1: Flujo Supercrítico.

Hago notar que la profundidad hidráulica, será la misma que la “y” que hemos estado anotando (1.52m), ya que en el diseño del canal se ha estado haciendo hasta ahorita el puro diseño de la altura del agua, y falta la revancha, que es lo que se le va a especificar en las dimensiones de construcción. Por lo tanto: ;

F<1= flujo Subcrítico.


Tabla de Valores De la Energía específica a diferentes profundidades:

Grafica de la energia especifica Gasto 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81 12.81

Velocidad 5.49 4.36 3.31 3.20 2.55 2.20 1.92 1.70 1.51 1.36

Area 2.33 2.94 3.87 4.00 5.03 5.82 6.65 7.54 8.47 9.44

Profundidad 1.00 1.20 1.48 1.52 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80

base 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755 1.755

Z 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577

Energia 2.537920 2.169607 2.040886 2.042473 2.130702 2.247029 2.388867 2.547245 2.716722 2.893867

Mediante los valores anteriores, La gráfica Resulta ser:

Grafica de la Energia especifica 3.00 2.89, 2.80

2.72, 2.60

2.50

2.55, 2.40 2.39, 2.20

Profundidad

2.00

2.25, 2.00 2.13, 1.80 2.06, 1.60 2.04, 1.48

1.50

2.17, 1.20

Energia Crítica

1.00

2.54, 1.00

0.50

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

Energia Especifica

4.00

5.00


Sección Transversal del Canal de Diseño “Trapezoidal”, hasta una profundidad hidráulica y con la revancha de seguridad Recordar el Cálculo de la revancha (r) en la sección anterior del perfil del canal:


La determinación de la revancha en los taludes, es mera Trigonometría de Triángulos.

Especificaciones de Construcción Mediante una Determinada: “r” (revancha).

;

;

Los datos finales con “r” de revancha quedan: Dimensiones Del Canal Con Revancha A=

5.925925926

Y=

2.026228495

B=

1.754765351

Talud= 2.339687134 T= 4.094452485 Z= 0.577350269 s=

0.0025

n=

0.013

R= 0.921012952 Nótese que el Área de sección Transversal no viola la especificación de los 7m2


Por lo que las especificaciones de Construcción Quedan Para las dimensiones del Canal. Y

2.1

b

1.8

taludes 2.4 ángulo de talud 30 Concreto 350 Kg/cm2

CONCLUSIONES Este canal teóricamente diseñado, aproximado a la realidad debido a la falta de más visita de Campo e Instrumentos necesarios para la medición de ciertos factores, ubicado enfrente de la colonia de villa de Guadalupe en Puerto Vallarta, Jalisco, México, fue toda una aventura; su importancia es vital para habitantes de la zona; el hecho de diseñar el canal de desagüe conlleva hacer diversos estudios acerca de la topografía del lugar y tomar datos climatológicos para diversos cálculos; estos factores de datos, climatológicos, geológicos y geográficos, se irán desarrollando conforme avanza el proyecto y este te lo permita; Algo muy importante es que, este tema en particular, el aprendizaje se vuelve todo un buffet de Comidas, de las cuales de todas probamos. Ahora bien, si se realizara la construcción real de este proyecto los habitantes vecinos de esta zona verán resuelto el problema que cada año llevan consigo las inundaciones de la falda de cerros. Más haría falta apoyo de personal e instrumentos capacitados para tal trabajo. Con este canal se pretende canalizar el agua hacia otro punto donde sea aprovechada, además de brindar trabajo temporal mientras se construye el canal. Además gracias al trabajo realizado ensamblamos y retomamos los temas vistos en el transcurso de la materia de hidráulica II recapacitando y reafirmando los conocimientos adquiridos. No Obstante una de las Conclusiones de esto, es: La importancia del estudio de la Hidráulica de Canales, ya que al igual que otras áreas de la Ingeniería, ésta ahí está haciéndose presente de una forma tan espectacular, ya que aparte, de también algunos canales ser diseñados para soportar la sismicidad, ésta trabaja con una de las fuerzas más impredecibles de la Naturaleza el “Agua”, lo que realmente no se compara con otras cargas normales que se pudiesen imaginar. La Hidráulica de Canales abre las puertas a grandes cosas para los futuros


prospectos a Ingenieros; temas como canales, carreteras, construcción, son el pan de cada día, y, sin bufets como éste proyecto no se reafirmara lo aprendido, y por tal motivo, el desconocimiento de las cosas.

Diseño de un canal pluvial (Hidraulica)

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