8/18/2019 Diseño de Canales Parcialmente Llenos - 4

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DISEÑO DE CANALESCON FLUJO A TUBO

PARCIALMENTELLENOS

M.Sc. Freddy M. Franco AlvaradoProfesor del Curso

UNIVERSIDAD NACIONALSAN LUIS GONZAGA DE ICA

Facultad de Ingeniería Civil

Canales Parcialmente llenosEn algunas oportunidades los conductos cerrados,

transportan el fluido como conducciones libres, tal es

el caso de las tuberías del alcantarillado, los túneles

hidráulicos y tramos de un sistema de canales.

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Para considerarlas como libres se supone que el gastono fluye llenando la sección por completo, de manera

que hemos de considerar este tipo de sección con un

flujo parcialmente lleno.

La tubería que trabaja parcialmente llena se característica

por la posibilidad de tener una velocidad media y un

gasto mayor a los que corresponderían a tubo lleno.

Principales Características

Para tener velocidad

máxima en un tubo

parcialmente lleno:

y/D = 0.813

Para tener gasto

máximo:

y/D = 0.94

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Calculo de tubos circulares

parcialmente llenosPara ello utilizamos el grafico de elementos hidráulicos

proporcionales, en el que se muestra que para cada

relación de y/D0 existe una relación de Caudales (Q/Q0),

velocidades (V/V0), etc.

Se pueden observar dos curvas para cada valor una con la

rugosidad a tubo lleno (N) y la otra para el tubo parcialmente

lleno (n).

No conviene diseñar para condición de gasto máximo

porque la superficie libre esta tan cerca del extremo superior 

que cualquier eventualidad disminuiría la capacidad de

conducción. Es usual diseñar para un ángulo =240º

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Calculo para secciones en forma

abovedadasEstos cálculos se aplican

generalmente para

túneles hidráulicos con una

sección diferente de la

circular, la mas empleada es

en forma de herradura, para

ello utilizamos la tabla de

Propiedades Hidráulicas deconductos en herradura

(horse shoe).

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Ejemplo de Aplicación - Circular 

Diseñar un túnel de sección circular en roca, con unapendiente de 0.0016 a fin de que con la mínima área de

excavación conduzca un gasto de 10 m3/seg. ¿Con que

tirante y velocidad se producirá el flujo?

y = 0.94D

Para tener mínima área de

excavación, el gasto debe ser 

el máximo. Es decir y/D=0.94.

Si observamos la curva de

caudal para un “n” constante

en el grafico de elementos

proporcionales tiene un valor 

máximo cuando el tirante es 0.94D.

Con el valor de y/D = 0.94, entramos en el grafico de

características geométricas y obtenemos:

 A/A0 = 0.975 , Si A0 = (D2)/4  A = 0.766D2

R/R0= 1.15 , Si R0 = D/4 R = 0.2875D

Reemplazado estos datos en la formula de Manning:

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Ejemplo de Aplicación - Abovedado

Por una alcantarilla de 60 cm de diámetro en formaabovedada, fluye un caudal de 80 l/s. la pendiente es de0.0008. El coeficiente de Kutter (Manning) es de 0.015.calcular la velocidad.

Si el flujo fuera a tubo lleno se tendría que:

Q0 = (D2/4)*(R2/3)*S1/2 = *0.62/4)*(0.62/3)*(0.00081/2) = 0.1505 m3/s = 151 l/s

n 0.015

Luego: Q = 80 l/s = 0.53

Q0 151 l/s

Del grafico de elementos hidráulicos proporcionales, se obtiene:

y = 0.52 y = 0.31 mD

Para y/D, se obtiene:

V = 1.02V0

La velocidad a tubo lleno es:

V0 = Q = 0.15 * 4 = 0.53 m/s

 A *(0.6)

O bien (para verificar)

V0 = (0.15)2/3 * ( 0.0008)1/2 = 0.53 m/s

0.015

Luego:

V = 1.02 * 0.53 = 0.54 m/s

V = 0.54 m/s