UNIVERSIDAD DIEGO PORTALESESCUELA DE INGENIERIA OBRAS CIVILES

HIDRAULICA

EJERCICIOS PRUEBA SOLEMNE

1. Para un canal trapezoidal de ancho basal b = 6 m y taludes (2/1) (H/V), calcular la altura crítica si el caudal es Q = 17 m3/s.

2. En un canal rectangular de 3 m de ancho, la velocidad media del flujo es de

3 m/s y el calado de 3 m. Si existe un escalón de 0,61 m, ¿Qué expansión en ancho debe darse simultáneamente para que el flujo exista y sea posible? Despreciar pérdidas de energía en la transición.

3. En un canal de gran ancho (radio hidráulico ≈ altura de aguas) existe una elevación del fondo de 0,1 m. Si la velocidad de aproximación del flujo es de 1,5 m/s y el calado de 1 m:

a) Estimar la altura de aguas h2 sobre la elevación. b) Calcular la altura de la elevación que produciría un flujo crítico.

4. El caudal por unidad de ancho en un canal rectangular es q = 10 m2/s y la altura de aguas h1 = 1,25 m. Si en estas condiciones existe un resalto hidráulico, calcular:

a) La altura conjugada h2.b) La velocidad V2.c) El número de Froude aguas abajo del resalto.d) La pérdida de energía en el resalto.e) La disipación porcentual de energía.f) La potencia disipada por unidad de ancho.

5. Un canal trapezoidal de ancho basal de 3 m y taludes laterales 1,5H:1V, con pendiente longitudinal de 0,0016 y coeficiente de Manning n = 0,013, tiene una altura normal hn = 2,6 m. Determinar el caudal que escurre por el canal.

6. Para el problema anterior (5) calcule la altura normal para que por el canal escurran 70 m3/s.

7. Para un canal rectangular de ancho 6 m y n de Manning 0,02, se pide: a) Para hn = 1 m y Q = 11 m3/s, calcular la pendiente normal.b) Hallar la pendiente crítica y la altura crítica, para un caudal Q = 11 m3/s.c) Encontrar la pendiente crítica y el caudal correspondiente para hn = 1 m.

8. Un canal rectangular revestido de hormigón de 5 m de ancho y 3 m de altura, presenta tres tramos sucesivos con las siguientes características en cada uno:

Tramo de varios kilómetros con pendiente S1 = 0,0003. Tramo con pendiente S2 = 0,12 y con longitud suficiente para alcanzar

régimen uniforme. Tramo corto horizontal con caída libre (trampolín), lanzando el caudal

a una estanque cuyo nivel se encuentra 20 m por debajo del borde de salida del chorro.

S1 = 0 ,0003S2 = 0 ,12

20 m

L

Calcular:a) El caudal máximo que puede transportar el canal con un revancha mínima

de 0,5 m.b) El régimen en el primer tramo.c) La altura de aguas al final del segundo tramo (régimen uniforme), la

velocidad y el régimen del flujo, con el caudal máximo calculado.d) El alcance del salto, si la velocidad se conserva en el tercer tramo.

9. Analizar cualitativamente los perfiles de la lámina libre para las condiciones que se esquematizan en la figura:

Alturas Normales

Alturas Críticas

Pendiente Suave

Pendiente Suave

Pendiente Fuerte

Compuerta Vertical

10.Se tiene un canal rectangular con ancho constante 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 pronunciada S1 y otro con pendiente moderada S2. Se pide:

a) Calcular el calado normal en el segundo tramo (S2 = 0,001), suponiendo que se desarrolle movimiento uniforme.

b) Calcular la pendiente del primer tramo sabiendo que justo en la transición de los dos tramos se produce un resalto hidráulico.

h1

h2

11.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

0,0005. − El segundo, de sección rectangular, de 2 m de base y pendiente del 0,01.

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.

b) Calcular la altura normal, la altura crítica y la energía específica en el segundo tramo.

c) Elegir las curvas del eje hidráulico correspondientes y dibujar esquemáticamente el perfil de la lámina de agua resultante en la transición entre los dos tramos.

So = 0,0005

So = 0,01

12. PREGUNTAS Y CONCEPTOS DE TEORIA

¿Qué es el número de Froude y para qué se usa?

¿Qué se entiende por pendiente crítica y pendiente normal?

¿Qué es un vertedero de pared delgada y para qué sirve?

¿Cuándo un flujo de canal es subcrítico?

Escriba la ecuación de Manning e indique para qué sirve

Indique en un gráfico E vs. h que ocurre con las alturas de agua de un canal rectangular cuando se tiene una grada con altura “a”.

¿Cómo se diseña un canal de riego en tierra empleando el criterio de las velocidades límites?

¿Qué se entiende por energía específica?

¿Qué se entiende por resalto hidráulico y cuándo se presenta en un flujo de canal?

¿Qué son las alturas conjugadas?

Indique en un esquema un ejemplo de los siguientes ejes hidráulicos:

a) Una curva M2b) Una curva S3c) Una curva H2d) El paso de pendiente suave a pendiente fuertee) El paso de pendiente fuerte a pendiente suavef) Una curva M1

¿Qué se entiende por sección de control? ¿Desde donde se comienza el cálculo del eje hidráulico en

un flujo subcrítico?

¿Desde donde se comienza el cálculo del eje hidráulico en un flujo supercrítico? ¿Por qué?

Explique como se hace el cálculo del eje hidráulico empleando el Método de Pasos Fijos (Standard Step Method).