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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL -MECANICA DE FLUIDOS II-
INTRODUCCIÓN En un p royecto de irrigación la pa rte que comprende eldiseño de los canales y ob ras de arte, si bien es cierto que son de vital importancia importancia en el costo de la obra, no es lo má s importante puesto que el caudal, factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de riego, es un parámetro que se ob tiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua ± suelo ± planta y la hid rología, de manera que cua ndo se trata de una planificación de canales, el diseña dor tendrá una visió n más amplia y será más eficient e, motivo por lo cual el ingeniero agrícola destaca y predomina en un proyecto de irrigación.
OBJETIVOS y y y
Entender los conceptos fundamentales del diseño de canales. Aplicar las formulas para diseño de canal en secciones de mínima infiltración. infiltración. Aprender a diseñar un canal, aplicando el método de las fuerzas tractivas.
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MÉ TODO DE
LAS FUERZAS TRACTIVAS
La fuerza tractiva
Este método se basa en la p remisa de que la fuerza tractiva desarrollada por el empuje del agua sobre el perímetro mojado debe ser menor que el valor de cierta fuerza tractiva permisible. El arrastre o fuerza tractiva es principalmente función de las variables del flujo hidráulico, y la fue rza tractiva permisible es primeramente determinada por las propieda des del material del suelo que forma el cuerpo del canal. Cuando el agua se m ueve en un can al, se crea en la dirección del flujo un arrastre o fuerza tractiva, F, que es igual a la comp onente efectiva de la gravedad en la dirección del movimiento.
F = A L sen
ó
F = A L So
Donde es el peso específico del agua, A es el á rea de la sección transversal, L es la longitud del volumen control y So es la pendiente del fondo del canal. La fuerza tractiva unitaria, t 0, es definida como la fuerza de arrastre por unidad de á rea mojada, así que,
Para muy anchos R = y, y la ecuación anterior se convierte en , unitario = y So Los valores de fuerza tractiva son dados y son prome dios para el fondo como lados del canal ya que esta fuerza no es uniformem ente distribuida a lo largo del perímetro mojado. Curvas mostrando el esfuerzo tractivo máximo unitario sobre el fondo y lados del canal son dadas en la las figuras. Como u na aproximación para canales trapezoidales
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talud = 0.76
fondo.
Distribución de la fuerza tractiva: Estudios minuciosos que se han realizado en torno de la f uerza tractiva unitaria revelan que esta no se desarrolla de modo uniforme en toda la sección; así para una sección trapezoidal su distribución es más o m enos como sigue:
En base a los estudios realizados se han confeccionado gráficas de las máximas fuerzas tractivas unitarias desarrolladas en las paredes y en el fondo de canale s rectangulares y trapezoidales.
Máxima fuerza unitaria desarrollada en términos de y S
Relación de la fuerzas tractivas en la pared y el fondo:
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL -MECANICA DE FLUIDOS IISobre una partícula de suelo de la pared del canal actúan dos fuerzas, la fuerza tractiva (a s) y la componente del peso (WS sen), siendo; a
: área efectiva de la partícula.
: fuerza tractiva unitaria en la pared.
Ws
: peso sumergido de la partícula.
: ángulo que forma la pared.
y cuya resultante es
2
W s sen
2
+
a
2
X 2 s
La fuerza que se opon e al movimiento es el producto de la fuerza normal por el coeficiente de f ricción, N = W s cos . tg ; siendo ángulo de reposo del material En el equilibrio N = Ws cos . tg , =
2
w s sen
+ a 2 M s2
2
De donde:
W ¡
¡
!
a
2
cos J .tg U
1
tg J 2
tg U
Análogamente, en el fondo del can al ( = 0 ), la 2.6 resulta Ws tg = a tL De donde:
X L
!
W s a
tg U
Dividiendo 2.7 entre 2.8
K
!
X s X L
2
!
cos J 1
tg J tg 2U
2
!
1
sen J sen 2U
Para obtener el ángulo de reposo () de suelos no co hesivos s puede usar la grafica del U.S. Bureau of Reclamation, en la que el tamaño de la p artícula se refiere a d=75, es decir el tamaño de la malla que deja pasar el 75% de granos (en peso).
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RESUMEN MÉTODO DE LAS FUERZAS TRACTIVAS
Este método se basa en la p remisa de que la fuerza tractiva desarrollada por el empuje del agua sobre el perímetro mojado debe ser menor que el valor de cierta fuerza tractiva permisible. El arrastre o fuerza tractiva es principalmente función de las variables del flujo hidráulico, y la fuerza tractiva permisible es primeramente determinada por las propieda des del material del suelo que forma el cuerpo del canal.
CONCLUSIONES y
El método de las fue rzas tractivas se basa en la premisa de que la fuerza tractiva desarrollada por el empuje del agua sobre el perímetro mojado debe ser menor que el valor de cierta fuerza tractiva permisible.
y
Cuando el agua se mueve en un canal, se crea en la dirección del flujo un arrastre o fuerza tractiva, F, que es igual a la comp onente efectiva de la gravedad en la d irección del movimiento.
y
Los valores de fuerza tractiva son dados y son prome dios para el fondo como lados del canal ya que esta fuerza no e s uniformemente distribuida a lo largo del perímetro mojado
F = A L sen
ó
F = A L So
BIBLIOGRAFÍA Web. y y
http://www.monografias.com/trabajos12/mecflui/mecflui.shtml http://www.monografias.com/trabajos19/canales/canales.shtml
y
http://www.uia.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/12Mecanicadefluidos.pdf
y
http://atenea.unicauca.edu.co/~hdulica/ayudas_flibre.pdf
LIBROS y Robert Mott- mecánica de fluidos.. primera edición y Schawn- mecánica de fluidos²quinta edición
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