trabajo final hidraulica

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PRACTICA FINAL AFORO DE UN CANAL NATURAL MEDIANTE EL METODO DEL MINI- MOLINETE Presentado por: Fergie Arenas Gallego 111002 Ana María Cardona 109507 Edson David Cifuentes 111008 Carlos Ortiz Vera 111037 Libey García Bohórquez 111015 Presentado a: Víctor Mauricio Aristizabal HIDRAULICA

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trabajo de hidraulica

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Page 1: Trabajo Final Hidraulica

PRACTICA FINAL

AFORO DE UN CANAL NATURAL MEDIANTE EL METODO DEL MINI-MOLINETE

Presentado por:

Fergie Arenas Gallego 111002Ana María Cardona 109507

Edson David Cifuentes 111008Carlos Ortiz Vera 111037

Libey García Bohórquez 111015

Presentado a:

Víctor Mauricio Aristizabal

HIDRAULICA

Universidad Nacional de Colombia

Sede Manizales

Ingeniería Civil

2013-A

Page 2: Trabajo Final Hidraulica

INDICE

INTRODUCCION

OBJETIVOS

PROCEDIMIENTOo PRACTICA PASO A PASO

CALCULOS DEL CAUDALo CUADRO DE CALCULOS PASO A PASO

ESTUDIO TOPOGRAFICO

PERFILES DE FLUJO

GRANULOMETRIAo CUADRO DE CALCULO GRANULOMETRICOo CURVA GRANULOMETRICAo CALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)

CONCLUSIONES

Page 3: Trabajo Final Hidraulica

INTRODUCCIÓN

En el estudio de la hidráulica a lo largo de los años se ha hecho cada vez más importante el estudiar los diferentes canales naturales (ríos, quebradas y riachuelos) que repercuten de alguna forma sobre una zona donde se ubica una comunidad ya establecida o una proyecto de infraestructura (puentes, vías, taludes, diques) que se ubican en la zona. Entre los varios estudios que se pueden realizar a un canal natural se encuentra el estudio de su caudal, el cual, en este caso es abarcado por este trabajo para la quebrada “La Albania” ubicada en zona rural de Villamaría, en el Departamento de Caldas, en límites con el municipio de Manizales. Nuestro trabajo abarca como objetivo principal el aforo del caudal, sin embargo este estudio viene acompañado de estudios de

mecánica de suelos y topografía para una mayor exactitud de los resultados del aforo. Estos estudios extras se realizan por la dificultad que se tiene al hacer el aforo por diferentes problemas presentes en el cauce natural de la quebrada como la irregularidad en la geometría de la sección del canal, los diferentes cambios en el lecho

debidos a problemas como la erosión que se ve acelerada por el proceso de transporte de materiales sólidos, entre otros. (Ver figura 1.)

En la figura 1, se observa la cantidad de bloques de roca de gran tamaño que se encuentran en la zona, en la parte superior de la imagen se observa un dique en piedra elaborado posiblemente por una retroexcavadora, para limpiar la zona en donde se observa la extracción de material para construcción, como lo es la arena.

Teniendo en cuenta los anteriores problemas se hace demasiado complicado medir un caudal de un canal natural por métodos como el aforo simple, por eso se usa el método del molinete, que consiste en dividir la sección transversal del

Figura 1: fotografía de la quebrada La Albania, en la zona donde se elaboró el aforo, aproximadamente a 1km de su desembocadura, en el rio Chinchiná.

Page 4: Trabajo Final Hidraulica

canal en áreas de la misma longitud y en cada una se hacen varias mediciones por medio del mini-molinete el cual nos da una lectura de la velocidad del fluido liquido en una base de 50 segundos, que pasa por esta parte de la sección, con esto se logra hallar un caudal por medio de la ecuación de continuidad donde Caudal es igual a la multiplicación del área por la velocidad, y como hemos explicado se conocen el área por métodos topográficos, y la velocidad por medio de las lecturas con el mini-molinete.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Calcular el caudal de un canal natural (rio o quebrada) por medio del método del mini-molinete.

Objetivos específicos:

Conocer más de fondo el uso del mini-molinete y su utilidad para realizar aforos de caudales en canales naturales, su utilidad en el campo de la ingeniería civil, su importancia para la consecución de datos concisos, al momento de crear una infraestructura.

Conocer y practicar los estudios complementarios que se deben realizar a la hora de aforar un caudal natural para una mejor lectura de los datos.

Encontrar las dificultades que se pueden tener al momento de realizar un aforo de un canal natural.

Figura 2: en la fotografía, se puede visualizar el tamaño de los bloques presentes en la corriente.

Page 5: Trabajo Final Hidraulica

Observar y entender como diferentes aspectos como la irregularidad de la sección y la rugosidad del lecho pueden afectar el caudal en un canal natural.

Realizar los cálculos matemáticos que nos llevan al caudal de un flujo por medio de la ecuación de continuidad.

PROCEDIMIENTO

Practica:

1. Localización del canal natural, para nuestro caso teniendo en cuenta que sea un canal con la menor turbulencia posible, bajo caudal de sólidos y con una baja profundidad para que permita la fácil toma de datos y de lecturas.

2. Al reconocer el canal y el punto de este establecido para realizar el estudio se ubican 2 jalones a las orillas del canal de manera que queden bien aferrados al suelo, luego se extiende una cuerda de jalón a jalón de forma que corte perpendicularmente el eje del canal y se busca que quede lo más estirada posible buscando que quede paralela a la lámina de agua del canal.

3. Al tener la cuerda se mide la longitud del canal y se divide de forma equitativa, de esta forma se obtienen las secciones para la facilidad en la toma de datos.

4. Al tener establecidas las secciones se procede a tomar medidas de altimetría en cada una de estas por medio de una mira y un nivel esto permite establecer la profundidad de cada una de las secciones, para después establecer un corte transversal del canal.

5. Al conocer las profundidad se procede a hacer las lecturas de velocidad por medio del mini-molinete, estas lecturas se realizan a una profundidad de 0,4 de la profundidad de la sección hallada anteriormente y en el punto medio de la sección y en 2 puntos aleatorios de la misma

Page 6: Trabajo Final Hidraulica

con esto se busca tomar una lectura más real de cada sección ya que los datos son más generales. Al final por cada sección se leen 3 datos de velocidad los cuales en los cálculos serán promediados.

6. Por último se recogen muestras del lecho en diferentes puntos del canal basándose en el recorrido de la cuerda, estas muestras se toman aleatoriamente.

CALCULO DEL CAUDAL

Cuadro de cálculos paso a paso:

SECCION NUMERO DE REV/SEG

VELOCIDAD DEL FLUJO

(m/s)

PROFUNDIDAD(m)

ANCHO(m)

AREA(m2)

CAUDAL(m3/s)

0,6 D 0,6 D

112250

11050

11550

0,5893 0,15 2 0,30 0,1768

217150

14950

14050

0,7789 0,26 2 0,52 0,4050

318250

13350

16950

0,8192 0,30 2 0,60 0,4915

413750

12550

12550

0,6564 0,25 2 0,50 0,3282

59650

10250

9250

0,4936 0,17 2 0,34 0,1678

614450

7950

12350

0,5876 0,20 2 0,40 0,2350

73750

2350

3250

0,4701 0,11 2 0,22 0,1034

Longitud total = 14m

NUMERO DEL MINIMOLINETE 3.

Si n<0,72 V=0,2282n+0,024

Si n>0,72 V=0,2517n+0,007

ESTUDIO TOPOGRAFICO

Page 7: Trabajo Final Hidraulica

Perfil transversal del canal:

PERFILES DEL FLUJO

Y=ProfundidadX=Velocidad

Page 8: Trabajo Final Hidraulica

GRANULOMETRIA

GRANULOMETRIA DEL LECHO DE LA QUEBRADA LA MARIA SECTOR RURAL DE VILLAMARIA, CALDAS

Tamiz Abertura (mm) Peso (g) Porcentaje que queda (%) Porcentaje que pasa (%)

2' 50,3 0 0 1001' 25,4 99,3 3,641631216 96,35836878

3/4' 19,05 22,8 0,836144932 95,522223851/2' 12,7 93,2 3,417925774 92,104298083/8' 9,525 67,6 2,479096377 89,6252017

4 4,76 126,13 4,625568432 84,999633278 2,36 133,31 4,888880739 80,11075253

16 1,18 144,11 5,284949391 74,8258031430 0,6 289,71 10,62454159 64,2012615550 0,3 1215,81 44,58742849 19,61383306

100 0,15 347,21 12,73324043 6,880592636200 0,075 119,71 4,390127622 2,490465014

fondo 0 67,91 2,490465014 0

Peso total de la muestra 2726,8 La tabla de granulometría fue posible hallada, puesto que fue extraído del suelo de la quebrada, y llevada al laboratorio de suelos donde fue cuarteada, secada y tamizada.

Page 9: Trabajo Final Hidraulica

0.01 0.1 1 10 1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

CURVA GRANULOMETRICA

TAMIZ (mms)

PORC

ENTA

JE Q

UE P

ASA

El estudio de la granulometría se realiza para encontrar el coeficiente de rugosidad de Manning (n) que se necesita para conocer la aproximación más alta a la velocidad real del flujo. La fórmula es:

n= 1V

∗R23∗s

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Primero obtenemos el valor de R*

Profundidad Ancho R 0,15 2 2,005617110,26 2 2,016829190,3 2 2,02237484

0,25 2 2,015564440,17 2 2,0072120,2 2 2,00997512

0,11 2 2,00302272

R*: radio hidráulico

La pendiente calculada en el tramo que se trabajo fue del 3%

S=3%

Page 10: Trabajo Final Hidraulica

Y las velocidades ya se tienen calculadas por lo tanto obtenemos las siguientes tabla para el cálculo del n de Manning para cada tramo del canal:

Tramo R S % V n

1 2,00561711 0,03 0,5893 0,46743677

2 2,01682919 0,03 0,7789 0,35497002

3 2,02237484 0,03 0,8192 0,33812591

4 2,01556444 0,03 0,6564 0,42103983

5 2,007212 0,03 0,4936 0,55836001

6 2,00997512 0,03 0,5876 0,46946796

7 2,00302272 0,03 0,4701 0,58545604

PROMEDIO 0,45640808

Con las siguiente formulas, utilizando el grafico de granulometría, hallamos distintos valores para el coeficiente de rugosidad de Manning.

Por la ecuación de Meyer- Peter-Muller de 1948

n= 0,0684

Por la ecuación de Bray

n= 0,044

Por la ecuación de Garde-Raju

n= 0,0416

Análisis de datos obtenidos y conclusiones:

Con la práctica de milinolinete hallamos que la quebrada la Albania tenía un caudal de 1,908 m³/s. El caudal obtenido debe ser mayor al caudal promedio de esta quebrada, dado que en días anteriores hubo precipitaciones en la parte alta y baja de la cuenca de la quebrada, dado que la temporada en la que se hizo el aforo pertenece al periodo de lluvias, lo que produce mayor movimiento de materiales sólidos, o sedimentos, lo que le da el color característico al agua, que es de color café (Ver figura 1), el volumen de agua también aumenta debido al proceso natural de la escorrentía.

De la granulometría del lecho de la quebrada, se puede decir que este está compuesto principalmente por arenas y que estas no son homogéneas en tamaño como se puede observar en la curva granulométrica, es decir es una arena mal gradada, que además contiene poco contenido de finos como limo y arcilla.

Page 11: Trabajo Final Hidraulica

Podemos decir que el caudal que presenta esta corriente no es suficientemente fuerte como para hacer procesos de socavación lateral pronunciada, puesto que el volumen de agua movilizado por este cauce no presenta mayores repercusiones en obras de ingeniería que se puedan efectuar aguas abajo del punto de aforo.

Como se puede observar en la figura 1, aguas arriba de donde se efectúa el aforo de caudal, se está extrayendo material para la construcción, principalmente arena, que es sacada por obreros con pala. Esto muy posiblemente trae consecuencias sobre el cauce, como lo son su contaminación, y reducción de su velocidad, además de afectar negativamente la biodiversidad del lecho de la quebrada.