ejercicios completos estructuras hidraulicas.pdf

1)

En un tramo del perfil longitudinal de un canal que conduce 5 m 3/s, se tiene que

construir una transición de salida para unir un canal de sección rectangular con ancho de solera 3 m y n = 0.015, con un canal trapezoidal con talud 1.5 y ancho de solera 5m, el cual tiene una pendiente de 0.5% y coeficiente de rugosidad de 0.025; el desnivel de fondo entre ambos tramos es de 0.10 m, como se muestra en la siguiente figura. Considerando el coeficiente K=2, realizar el diseño de una transición: a.

Recta

b. Alabeada.

Línea de la superficie

Canal 3.00m

Canal

5.00m Línea de fondo

Δh=0.1

SOLUCION: a. TRANSICION RECTA: Longitud de la transición:

    =  SOLUCION

a) TRANSICION RECTA: Longitud De La Transición

−  = ∗  =  ∗ / ∗ / ∗  …

………………..(1)

Por la ecuación de manning : …(2)

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 =  = +++ ++   =  ∗ // ∗ /

………..(3)

Reemplazando la ecuación (3) en (2) Reemplazando

valores

tenemos:

5

Q=

1 0.025

5+1.5y y)3

*

5+2y 1+1.5

2 2 3

*0.00051/2

Hallando el tirante 2 tenemos:

T2==1.8.02.06m.

T2= b+2zyc T2=5+2*1.5*1.02

Reemplazando en la ecuacion (1)

...ºº  =  ∗∗ 

L = 6.10m.

b) TRANSICION ALABEADA:

Segun el metodo racional: L= 4.7b+1.65zc*yc = 4.7*1+1.65*1.5*1.02 =7.22m.

Por cuestiones constructivos:

 = −  = −  =          =     ...  =  ∗ ⌊    //⌋  = . ∗⌊ ∗⌊  1  .//⌋ Dónde:

L = 7.30m. b = 1.0m.

Calculpando el ancho de la solera fonto tenemos: reemplazamos valores en esta ecuación:

………………………(1) ………………………(1)

Calculo del talud en cada sección: Reemplazando valores tenemos:

……………………….(2)















Elaborando la tabla tenemos:

∆ℎ

x

B

Ecuación (1)

Ecuación (1)

0

3

0

0

1

3.137

0.107

0.0136

2

3.286

0.222

0.0273

3

3.450

0.349

0.0410

4

3.636

0.491

0.0547

5

3.854

0.658

0.0684

6

4.129

0.867

0.0821

7

4.571

1.196

0.0958

7.3

5

1.50

0.1000

Z

Ecuación (1)

Resumen: La sección se da en la tabla para tramos cada 1m. el bordo libre de transición será 0.3m RAPIDAS 2.- En un proyecto de ruego, se tiene un canal lateral que conduce un caudal de 0.35 m3/seg, trazado en tierra (n=0.025) de sección trapezoidal con un talud Z=1, ancho de solera b=0.75 m. y trazado con una pendiente de 0.5% 0. En un tramo de su perfil longitudinal tuene que atravesar un perfil como se muestra en la la figura. Diseñar una rápida de sección rectangular. 15.40

S=0.0005 12.90 106 m. S=0.0005

SOLUCION:















El diseño se hará siguiendo los criterios recomendados en los ítems descritos anteriormente















3.- en un proyecto de riego se tiene que construir un canal lateral que conduzca 0.5 m3/seg. De acuerdo a las condiciones topográficas el perfil longitudinal del canal tiene una topografía como se muestra en la figura. S=0.001

Elevación 100

S=0.001

Aprovechando de sus conocimientos en estructuras hidráulicas se le pide colaborar para:   

Diseñar para el canal de tierra. Diseñar las transiciones rectas (entradas y salidas). Diseñar una caída vertical que sirva para salvar las diferencias de elevación.































































4.- En un canal de 2 m. de ancho de solera y talud Z=1, con rugosidad 0.015 y pendiente 1 % 0 se ha construido un vertedero lateral de 6 m. de longitud, la altura de agua con que escurre el caudal ordinario es de 0.85 del fondo del canal. Se puede tolerar hasta 23.5 % del tirante del nivel ordinario, de manera que la profundidad después del vertedero puede llegar a ser de 1.05 m. la barrera tiene interiormente el talud 1:1 y un espesor del umbral de 0.1 m. Se desea saber cuánta agua evacua el vertedero cuando se produce esa altura máxima de 1.05 m. al final de él. DATOS: S=0.001 n=0.015 b=2 Z=1 SOLUCION: Valores calculados: Q2 = 2.5 m3/s. Y2 = 0.91 m (Profundidad normal) V2 = 1.38 m/s. Fr2 = 0.462 ( Flujo subcrítico ) E = 1.01 m ( igual a Y2 + V22/2g ) Valores de diseño: P = 0.60 m Z2 = 0.31 m. Cv = 1.925 ( Utilizando la corrección con k = 0.15. Factor de corrección = 0.88) X2 = 10 m ( Valor arbitrario ) C = 16.8442 ( de la fórmula de Di Marchi para X2, Y2, E, P ). En la aplicación de la fórmula los ángulos deben expresarse en Radianes. Aproximaciones sucesivas: Primera aproximación: Y1 = 0.85 m. X1 = 6.13 m (de la fórmula de Di Marchi para C, Y1, E, P ) L = 10 - 6.13 = 3.87 m. 2Zm = 0.31 + 0.25 = 0.56 m Ecuación del caudal: 0.500 = L (0.875) (0.56)3/2 / 1.27 L = 1.73 m. Como los valores de L no coinciden entonces se asigna otro valor a Y1 (mayor que 0.85 m) y se

















a).- la teoría simple de sedimentación. b).- el efecto retardador de la turbulencia. C).- realice los planos correspondientes. Datos: Peso específico del material a sedimentar: Ρw=1.03gr/cm^3.

DISEÑO DE DESARENADOR

El desarenador es un tanque construido con el propósito de sedimentar las partículas en suspensión por la acción de la gravedad.

TABLA N° 01

TABLA N° 02

C la las i fi fi ca cac ió ión del mater ia ial en s u s pe pens i ón ón s eg ún el tamaño tamaño Materi Materi al Gravilla: Gruesa Fina Arena: Gruesa

Di ámetro ámetro (mm) > 2.0 2.00 - 1.00 1 00 - 0 50

V is is c os os i da dad c in inemáti ca ca del ag u a Temperatura Viscosidad cinemática (°C) 0 2 4 6 8

2

(cm /s) 0.01792 0.01763 0.01567 0.01473 0.01386

















TABLA N° 03

Número de Hazen (Vs /Vo) Condiciones

87 . 5

80

75

70

65

60

55

50

n=1

7 . 00

4 . 00

3 . 00

2 . 30

1 .8 0

1 .50

1 . 30

1 . 00

n=3

2 . 75

1 . 66

0 . 76

n=4

2 . 37

1 . 52

0 . 73

Máx teórico

0 .88

0 .75

0 . 50

El desarenador es un tanque construido con el propósito de sedimentar las partículas en suspensión por la acción de la gravedad. 01.0 CONSIDERACIONES DE DISENO. ZONA 1: Cama de aquietamiento, debido a

la ampliacion de la seccion, se disipa el exceso de energia de velocidad en la tuberia de llegada. El paso de agua a la zona siguiente se puede hacer por medio de una canal de reparticion con orificios sumergidos.



















P ARAMETROS DE SEDIMENTACION. 03.0 CALCULOS DE LOS PARAMETROS 03.1 Velocidad Velocidad de sedimentacion sedimentacion de las particulas

Vs

g =

18.u

* ( ps p) * ds 2 -

ps : peso especifico de la particula= p : peso especifico del liquido= g : aceleracion de la gravedad= u : viscocidad cinematica del fluido= ds : diametro de la particula (arena muy fina) "ds" Vs : Velocidad de sedimentacion=

2.65 1 981 0.01172 0.006 0.276

gr/cm3 gr/cm3 cm/s2 cm2/s cm cm/s

Clic aquí>>> ver tabla 02 Clic aquí>>> ver tabla 01

03.2 Para un grado de desarenador (n=1), donde las pantallas deflectores son deficientes o no se cuenta con estas se

tiene: n (grado del desarenador)= Remocion (%) De la tabla del Número de Hazen para las dos condiciones: q

t

=

3

Ver tabla 03

1 75 %

Clic aquí >>>

El tiempo de demora de la partícula en llegar al fondo (t):

t

=

H

H: altura del sedimentador (ver grafico)

1.2 m



















03.3 El volumen volumen del tanque tanque (V) sera por consiguiente: V= V q * Q

=

03.4 El area superficial del tanque (As) es: V A s H 03.5 Las dimension dimensiones es del tanque tanque seran L:B L=5B A s B= B = L = 3 * B

1304.40

m3

1087.00

m2

14.74 2.00 29.48 6.00

m

=

3

Se considera

L= Se considera

m

03.6 La carga hidraulica para este tanque sera:

q =

Q

q= 0.0009 0.0009199 19963 63 m3/m2*s m3/m2*s q= 79.48 79.48 m3/m2.d m3/m2.dia ia NOTA:La carga hidraulica debe estar comprendida entre: entre: 15 y 80m3/m2.dia

A s

15m3 15m3/m /m2/d 2/dia ia< < 79.4 79.48m 8m3/ 3/m2 m2.d .dia ia < 80 m3/m m3/m2. 2.di dia a 03.7 Como se demostro anteriormente, la carga hidrauilica superficial es igual a la velocidad de sedimentacion de la partícula Vo=q 0.0009 0.0009199 19963 63 m/s Vo= 0.0919 0.0919963 9632 2 cm/s 03.8 Comprobando. (ds=do)

d o =

V o *18* m g * ( r s - r )

ps : ps : peso especifico de la particula= p : p : peso especifico del liquido= g : g : aceleracion de la gravedad=

2.65 2.65 gr/cm3 gr/cm3 1 gr/c gr/cm3 m3 981 981 cm/s cm/s2 2



















04.0 CALCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR 04.1 VERTEDER VERTEDERO O DE SALIDA. SALIDA. 2

æ Q ö 3 H v = ç ÷ è 1.84 * B ø V v =

Q

Hv=

0.11 0.1112 12 m

Vv=

0.61 0.6102 02 m/s m/s

B * H v

La velocidad de la cresta en teoria debe ser mayor de 0.30m/s para poder aplicar en rigor la ecuacion de alcance horizontal de la vena vertiente. 2

4

X s = 0.36(V v ) 3 + 0.60( H v ) 7

Xs=

0.43 m

04.2 PANTALLA PANTALLA DE SALIDA SALIDA

Profundidad ( H/2 )= Distancia al vertedor de salida ( 15Hv )=

04.3 PANTALL PANTALLAA DE ENTRADA ENTRADA Profundidad ( H/2 )=

Distancia a la cámara de aquietamiento ( L/4 )=

0.6 m 1.67 m

0.6 m 7.37 m



















4.6 REBOSE DE LA CAMARA DE AQUIETAMIENTO:

Qexcesos = Qll - Q 1.2 l/s 1.0 m 0.20000

Qll = Le = Q excesos =

æ Qexcesos ö H e = ç ç 1.84 L ÷÷ e ø è

2 3

0.75 m

He =

V e =

Qexcesos H e Le 0.27 m/s m/s

Ve = 2

4

X s = 0.36(V e ) 3 + 0.60( H e ) 7

0.66 m

Xs = Lr = (B-ancho)/2 = Se adopta

0.35 m -1. -1.457 m 0.70 m

05.0 PERFIL HIDRAULICO:

Se debe tener en consideración las pérdidas por ampliación de secciones y por el paso por debajo de las pantallas. Pérdidas a la entrada de la cámara de aquietamiento:

Tomando k = 0.1 debido a la disminución de velocidad h = k D

V 2



















PUENTE CANAL 6.- un canal como se observa en el perfil longitudinal de la figura, debe atravesar un rio. La depresión donde está ubicado el rio tiene una longitud de 25 m. el canal de sección trapezoidal, con talud 1.5, trazado en tierra con una pendiente del 0.5 % 0 debe conducir un caudal de 0.8 m3/seg. Se pide diseñar un puente canal que permita salvar la depresión. 25 m.

S=0.5 %0

Rio

SOLUCION:

SIFON INVERTIDO 7.- Un canal trapezoidal de ancho de solera de 1 m. m . talud 1, en tierra (n=0.025), esta trazado con una pendiente de 0.5 % 0 y conduce un caudal de 1 m3/seg. En cierto tramo de su perfil longitudinal como se muestra en la figura, se tiene que construir un sifón invertido.





































































































1.- Mediante la fórmula de Ven Te Chow, determine los tirantes conjugados poza de disipación de energía de una presa derivadora; considerando que se tienen los siguientes datos. P= 0.5m H=0.67m Hv=0.275m Q= 11.77m3/s B=9.5m SOLUCION























V 1 =

q1

19.050

16.675

16.463

16.262

115.875

15.841

16.127

15.926

15.96

15.886

15.845

15.841

Y 1

V 1 = 2 g ( Z + Hv - Y 1 ) =

SE OBTIENE: El tirante Y 1, y la velocidad V1: Y1 = 0.8418pie = 0.256m RESPUESTA





















Ab = 2.40m Construir la sección equivalente y el análisis estructural de la estructura SOLUCION: Ho = H+Hv = 0.67 0.257 = 0.945m CÁLCULO DEL PERFIL DE CREAGER: VALORES PARA H=1

VALORES PARA H=0.945





















PERFIL DE CREAGER - OZIFEROFF 0 0 -1

-2

0.5

1

1.5

2

2 .5

3

3.5

4

4.5









































g) CLACULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO DE SLIZAMIENTO (C.S.D)

C .S . D = C S D =

 FV xf  FH 4964.3

x0 5

RANGO: C.S.D (1.2-1.5)











































El resultado obtenido es permitido por que la capacidad portante





















Hallamos el caudal unitario:





















2

æ ö ç Vmxn ÷ S = ç .....1 2 ÷ ç ÷ è Rm 3 ø





















1.- calculamos la velocidad del rio.

























































































































































































































































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