UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES ESCUELA DE INGENIERIA OBRAS CIVILES HIDRAULICA EJERCICIOS PRUEBA
1. Para un canal trapezoidal de ancho basal b = 6 m y taludes (2/1) (H/V), pendiente 0,3%, coeficiente de rugosidad de Manning 0,014. calcular la altura crítica y la altura normal si el caudal es Q = 17 m3/s. ¿qué tipo de flujo se tiene en el canal?. Resp. hc = 0,847 m, hn = 0,785 m, supercrítico 2. Para el canal de sección rectangular y ancho variable esquematizado en la figura, si se sabe que Q = 6 [m3/s], se pide: a) Determinar si es posible tener altura h1 = 0,5 [m] en el tramo 1. Fundamente usando las curvas h - E. b) En función del análisis anterior determinar las alturas de escurrimiento del sistema, considerando despreciable la pérdida de energía solamente entre las secciones 1 y 2. b1 = 4,0 m
b2 = 2,5 m
b3 = 3,0 m
h1 h2
Q
h3
3. En un canal rectangular de hormigón (n=0,014), con pendiente i=0,04%, con 5,0 m de ancho que lleva 15 m3/s, se coloca una compuerta con una abertura de 66.7 cm de altura. El agua se represa aguas arriba de ella hasta una altura h1. Si el coeficiente de contracción de la compuerta es Cc=0,6 se pide: a) Despreciando las pérdidas de energía en la compuerta, calcular la altura (h1) del eje inmediatamente aguas arriba de la compuerta. (Resp. 3,22 m) b) Dibuje y caracterice el eje hidráulico tanto aguas arriba como aguas abajo de la compuerta. c) ¿Dónde se produce y cuales son las alturas del resalto hidráulico?. (Resp. 0,394 m y 1,969 m).
Compuerta Plana Vertical h1
Q
4. Un canal rectangular revestido de hormigón (n=0,014) de 5 m de ancho y 3m de altura, presenta tres tramos sucesivos con las siguientes características en cada uno: •
Tramo de varios kilómetros con pendiente i1 = 0,03.%
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Tramo con pendiente i2 = 12% y con longitud suficiente para alcanzar régimen uniforme.
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Tramo corto horizontal con caída libre (trampolín), lanzando el caudal a un estanque cuyo nivel se encuentra 20 m por debajo del borde de salida del chorro.
S1 = 0,0003 S2 = 0,12
20 m L
Calcular: a) El caudal máximo que puede transportar el canal con una revancha mínima de 50 cm. (Resp. 17,95 m3/s) b) El régimen en el primer tramo. (Resp. Fr2=0,08 => Régimen subcrítico o de río.) c) La altura de aguas al final del segundo tramo, la velocidad y el régimen del flujo, con el caudal máximo calculado. Resp. h=0,33m, V=10,88m/s, Fr2=36,56 => Régimen supercritico o de torrente). d) El alcance del salto, si la velocidad horizontal se conserva en el tercer tramo. (resp. considerando caída libre y = ½ g t2, d=21,97 m)
5. Analizar cualitativamente los perfiles de la lámina libre y dibujar el eje hidráulico para las condiciones que se esquematizan en la figura: Alturas Normales Alturas Críticas Compuerta Vertical Pendiente Suave Pendiente Fuerte Pendiente Suave
6. Se tiene un canal rectangular de hormigón con ancho b = 3 m, por el que circula un caudal Q = 10 m3/s y tiene una rugosidad de Manning n = 0,015. Este canal tiene un tramo con pendiente fuerte S1 y otro con pendiente suave S2. Se pide: a) Calcular la altura normal en el segundo tramo (S2 = 0,001), suponiendo que se desarrolle escurrimiento uniforme. (Resp. h=1,806m) b) Calcular la pendiente del primer tramo (S1) sabiendo que justo en la transición de los dos tramos se inicia un resalto hidráulico. . (Resp. S1=3,01%)
h1
h2
7. Un canal que debe transportar un caudal de 4 m3/s tiene dos tramos con la misma rugosidad de Manning de 0,016, pero de diferente forma y pendiente: − El primero, de sección trapecial, de 2 m de base, talud 1:1 y pendiente del 0, 05%. − El segundo, de sección rectangular, de 2 m de base y pendiente del 1%.
Suponiendo que en ambos tramos se desarrolla flujo uniforme se pide: a) Calcular la altura normal, la altura crítica y la energía específica en el primer tramo. (Resp. hn=1,16m, hc=0,661m, E=4,32m) b) Calcular la altura normal, la altura crítica y la energía específica en el segundo tramo. (Resp. hn=0,611m, hc=0.741m, E=2,00m) c) Elegir las curvas del eje hidráulico correspondientes y dibujar esquemáticamente el eje hidráulico resultante en la transición entre los dos tramos.
So = 0,0005 So = 0,01
8. PREGUNTAS Y CONCEPTOS DE TEORIA •
Indique en un gráfico E vs. h que ocurre con las alturas de agua de un canal rectangular cuando se tiene un resalto hidráulico.
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¿Cómo se diseña un canal de riego en tierra empleando el criterio de las velocidades límites?
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¿Cómo se determina el ángulo de talud de un canal revestido en asfalto?
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¿Qué se entiende por resalto hidráulico y cuándo se presenta en un flujo de canal?
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¿Qué son las alturas conjugadas?
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¿Qué se entiende por flujo gradualmente variado (FGV)?
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¿Qué se entiende por gradiente de energía?
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¿Cuándo el gradiente de energía es igual a la pendiente del canal?
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Indique en un esquema un ejemplo de los siguientes ejes hidráulicos: a) Una curva RDPS (M2) b) Una curva TDPF (S3) c) Una curva RDPH (H2) d) El paso de pendiente suave a pendiente fuerte e) El paso de pendiente fuerte a pendiente suave f) Una curva RPPS (M1)
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¿Qué se entiende por sección de control?
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¿Desde donde se comienza el cálculo del eje hidráulico en un flujo subcrítico?
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¿Desde donde se comienza el cálculo del eje hidráulico en un flujo supercrítico? ¿Por qué?
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Explique como se hace el cálculo del eje hidráulico empleando el Método de Pasos Fijos (Standard Step Method) en un canal de sección trapecial
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¿Cómo se hace el cálculo de un eje hidráulico en un tramo de un cauce natural (estero)?
