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.

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 | 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 disponibles del terreno

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.


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)


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 P.max Diaria

1984 98

1978 22

1977 8.7

1986 11.5

1983 89.5

1972 152 α= 0.013810826

1971 180 β= 65.21714692

1980 145

1978 241

1986 101

1982 76 0.4996 0.9676

1974 92

Promedio (X) 101.3916667

Desv. Estándar (S) 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 24 horas

Coef. De Duración. 4.9

Periodo de retorno

2 258.327082

5 311.044855

10 333.184975

15 343.405145

20 349.852673

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:

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

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Inte

nsi

dad

en

mm

/ho

ra.

Tiempo en minutos

Calculo de la intensidad de precipitación Máxima

2 años

5 años

10 años

15 años

20 años


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:

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

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

Conjunto de Datos


En base a todos los datos anteriores.

Y la gráfica queda:

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 120.0

Pro

fun

did

ades

Distancias

PERFIL DEL CANAL


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:

Mediante los valores anteriores, La gráfica Resulta ser:

Gasto Velocidad Area Profundidad base Z Energia

12.81 5.49 2.33 1.00 1.755 0.577 2.537920

12.81 4.36 2.94 1.20 1.755 0.577 2.169607

12.81 3.31 3.87 1.48 1.755 0.577 2.040886

12.81 3.20 4.00 1.52 1.755 0.577 2.042473

12.81 2.55 5.03 1.80 1.755 0.577 2.130702

12.81 2.20 5.82 2.00 1.755 0.577 2.247029

12.81 1.92 6.65 2.20 1.755 0.577 2.388867

12.81 1.70 7.54 2.40 1.755 0.577 2.547245

12.81 1.51 8.47 2.60 1.755 0.577 2.716722

12.81 1.36 9.44 2.80 1.755 0.577 2.893867

Grafica de la energia especifica

2.54, 1.00

2.17, 1.20

2.04, 1.482.06, 1.60

2.13, 1.80

2.25, 2.00

2.39, 2.20

2.55, 2.40

2.72, 2.60

2.89, 2.80

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Pro

fun

did

ad

Energia Especifica

Grafica de la Energia especifica

Energia Crítica


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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