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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPICINGENIERÍA CIVIL
CLASE DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS
sep 2008
MODELO MATEMÁTICO: ANALISIS MATEMÁTICO PARA DEFINIR LOS TIRANTES QUE SE PRESENTAN EN UN TRAMO DE CAUCE O CANAL, DADO EL TRÁNSITO DE UNA AVENIDA DE TIPO ORDINARIO O EXTRAORDINARIO, EMPLEANDO DOS DE LAS ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA HIDRÁULICA, CONTINUIDAD,ENERGÍA Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO, ASÍ COMO LA FÓRMULA DE MANNIG.
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ANÁLISIS HIDRÁULICO Empleando los estudios topográficos, batimétricos, fotogramétricos, e hidrológicos, se hace posible la definición de los métodos empleados para simulación hidráulica con el objeto de conocer el comportamiento de cualquier cauce.
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Como primer término se tiene que para cualquier análisis hidráulico es necesario definir las ecuaciones a usar que par el caso son las siguientes: Ecuación de continuidad
0
x
Q
t
A
Ecuación de cantidad de movimiento
21
2
)( gISSgAgIA
Q
xt
Qfo
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Este par de ecuaciones conforman las así llamadas ecuaciones de Saint-Venant, donde para su desarrollo se efectúan las siguientes hipótesis: Flujo unidimensional: la velocidad es uniforme en la sección transversal, además el nivel del agua en dirección normal al flujo es horizontal.
La curvatura de las líneas de corriente y las aceleraciones verticales son pequeñas, la distribución de presiones, por tanto, es hidrostática.
Pendiente pequeña: la pendiente del fondo del cauce es pequeña.
Pérdidas de energía: semejantes a las del flujo uniforme, esto implica que es válido utilizar cualquiera de las fórmulas para flujo uniforme.
La densidad del agua es constante.
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CUANDO HABLAMOS DE FLUJO ORDINARIO, SE ENTENDERÁ POR LA ASOCIACIÓN A PERIODOS DE RETORNO BAJOS O PEQUEÑOS.
SI SE HABLA DE EXTRAORDINARIO, ASOCIAREMOS ENTÓNCES A PERIODOS DE RETORNO ALTOS.
ESTO CONFIRMANDO LOS GASTOS QUE VAN A REPRESENTAR LAS AVENIDAS A TRANSITAR Y QUE DEFINIRAN LOS NIVELES QUE ALCANZA EL RÍO EN LAS DIFERENTES SECCIONES TRANSVERSALES.
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LO ANTERIORMENTE EXPLICADO ES EL FUNDAMENTO DE UN MODELO HIDRÁULICO, ANALÍTICO, Y SU CONSTRUCCION DEMANDA LA REALIZACIÓN DE LOS SIGUIENTES TRABAJOS DE CAMPO QUE EL INGENIERO CIVIL DEBERÁ REALIZAR.
i.- OBTENER TOPOGRAFÍA.
ii.- OBTENER EL PERFIL DEL CAUCE O TRAMO A ANALIZAR.
iii.- OBTENER SECCIONES TRANSVERSALES @ 20.00 m O 10.00 m
iv.- OBTENER LOS PARES ORDENADOS PARA CADA SECCIÓN TRANSVERSAL, X E Y.v.- DEFINIR LAS CONDICIONES DE FRONTERA EN EL PERFIL, ESTO SE ENTENDERÁ MEJOR EN LA GRÁFICA SIGUIENTE:
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COTAS
CADENAMIENTOS
PERFIL GENERAL
Δy
ESTE VALOR ES UN TIRANTE CONOCIDO A PARTIR DEL CUAL SE INICIA EL CALCULO DE LOS DEMÁS TIRANTES BAJO CONDICIONES CONTROLADAS DE FLUJO.
PERFIL TERRENO NATURAL
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vi.- UBICAR LAS SECCIONES TRANSVERSALES ORDENADAS DE AGUAS ABAJO HACIA AGUAS ARRIBA (EL CERO ESTA AGUAS ABAJO Y LA ÚLTIA SECCIÓN TRANSVERSAL ESTARÁ AGUAS ARRIBA), ESTO SE EXPLICA EN EL GRÁFICO SIGUIENTE:
COTAS
CADENAMIENTOS
0+
000
0+02
0
0+04
0
n+nn
n
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UN DETALLE IMPORTANTE QUE HAY QUE DESTACAR ES LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA n DE MANNING QUE DEBERÁ OSCILAR ENTRE
0.035 Y 0.045, CUANDO SE TRATE DE CAUCES NATURALES, Y
DE 0.013 A 0.018 CUANDO TENGAMOS CORRIENTES REVESTIDAS POR CONCRETO O ALGUN IMPERMEABILIZANTE.
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EL TRABAJO ANTERIORMENTE DESCRITO SE DEBERÁ PROCESAR, EN EL MODELO HIDRÁULICO HEC- RAS. LA VERSIÓN A PRESENTAR EN ESTE CURSO ESLA 3.1.1.
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FIN DE PRESENTACIÓN