Flujo confinado
El flujo confinado estudia aquellos casos de flujo donde la línea piezométrica está por fuera de la región de flujo. Sus resultados se aplican en el estudio, cálculo y diseño de conducciones, accesorios y controles para el manejo de flujos que ocurren por la acción de la mayor energía en la sección inicial de los conductos forzados.
Clasificación del flujo como confinado o libre
Cuando el fluido se mueve dentro de un conducto se pueden presentar dos circunstancias circunstancias diferentes:
Cuando el fluido llena totalmente el conducto, y se dice que el flujo es confinado. Cuando el fluido sólo llena parcialmente el conducto se dice que es flujo a superficie libre o libre
El flujo libre implica una cara superior en contaco con un gas, usualmente la atmósfera, y por esta circunstancia sólo es posible tener flujo libre en líquidos. En el flujo confinado confinado el conducto conducto debe debe ser cerrado, como ocurre con un tubo. En el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como como en un canal. En el flujo flujo confinado confinado un aumento o disminución disminución de la la presión presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante. constant e. En el flujo libre un aumento o disminución de presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda caracterizada por aumento o disminución en el área transversal del flujo y en su velocidad media. En el flujo confinado, cuando aumenta o disminuye el gradiente de la línea de energía, la velocidad aumenta o disminuye, pero el área transversal permanece constante. En el flujo libre, l ibre, cuando varía el gradiente de la línea de energía, varían las velocidades y el área transversal. transversa l. En ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento.
Ascenso capilar en suelos.
Los continuos espacios vacíos del suelo pueden comportarse en conjunto como tubos capilares con secciones transversales diferentes. En contraste con lo que ocurre en los tubos, los vacíos continuos del suelo se comunican entre si en toda dirección, constituyendo un enrejado de vacíos. En la Figura 4.6 se ha colocado suelo en un cilindro transparente. La parte inferior ha sido protegida para evitar que el suelo salga pero permitir el contacto con el agua, mientras que el extremo superior queda expuesto a la atmósfera. Algún tiempo después de poner en contacto la parte inferior del tubo con el agua, la Figura 4.6a muestra que el agua asciende capilarmente hasta una altura máxima h . A una altura h , la Figura 4.6b muestra que el suelo está completamente saturado, mientras la región de suelo comprendida entre h y h según la Figura 4.6b, está parcialmente saturada de agua. La Figura 4.6c, muestra que el ascenso capilar resulta ser más rápido mientras el grado de saturación disminuya. Hazen (1930) obtuvo una ecuación que permite determinar el máximo ascenso capilar de agua en el suelo, que es: c
cs
cs
c
Donde: hc = Máximo ascenso capilar en el suelo. e = Índice de vacíos. D10 = Tamaño efectivo. C = Constante que depende de la forma de las partículas.
Figura 4.6. Ascenso capilar en el suelo (Terzagui & Peck; Das,
1998). (a) Columna de suelo en contacto con el agua. (b) Variación del grado e saturación en la columna de suelo. (c) Variación de la velocidad del ascenso capilar en el suelo. La constante C , puede ser estimada según a la forma y estado de las partículas del suelo con la Tabla 4.1.
La Figura 4.7 muestra dos curvas que han sido determinadas experimentalmente de la observación del ascenso capilar en diversos suelos. A la altura hcs, se la llama altura de saturación capilar y puede ser determinada con la Figura 4.7. Para lo cual, debe ingresarse a la Figura con un valor del diámetro efectivo en milímetros, luego de interceptar a la curva deseada, entonces se tendrá una aproximación del ascenso capilar correspondiente al caso. En un perfil de suelo, el agua ascenderá capilarmente a partir del nivel freático y saturará todos los espacios vacíos hasta una altura hcs con respecto al nivel freático. El máximo ascenso capilar se registrará a una altura hc. Al igual que en los tubos, mientras más pequeñas sean las partículas del suelo, mayor será el ascenso capilar.
Figura 4.7. Relación aproximada entre el ascenso capilar y el tipo de
suelo (Whitlow, 1994).
La Tabla 4.2, muestra un rango aproximado del ascenso capilar para diversos suelos.
