DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS: Identificar los conceptos fundamentales de flujo uniforme y ecuación de manning.

1. Unidad de aprendizaje 2. Diseño de canales.
Mg Efrain Ordinola.
Escuela de Ingeniería Civil.
Curso: Hidráulica de Canales.
CICLO 7.

2. Logros de la unidad de aprendizaje.
Al finalizar la unidad, el estudiante diseña canales en condiciones normales
aplicando los parámetros hidráulicos según reglamento.

3. Logros de la sesión:
Al finalizar la sesión el estudiante será capaz de:
Identificar los conceptos fundamentales de flujo uniforme y ecuación de
manning.
Además:
Realizar los ensayos de laboratorio para determinar el coeficiente de
rugosidad de manning y tipo de flujo en un canal rectangular para
diferentes condiciones.

4. Logros de la sesión de clase.
Resuelve problemas de determinación de caudal y tirante de flujo
usando la ecuación de manning para diversas secciones transversales.

5. Recordemos los conceptos estudiados en la sesión
anterior y verifiquemos conceptos previos.

6. • ¿ Qué es un flujo
uniforme?
• ¿Qué es la ecuación de
manning?
• ¿Qué es la ecuación de
tirante crítico?
Recordemos lo estudiado en la sesión anterior:

7. • ¿Qué es un limnimetro?
Recolección de conocimientos previos.
¿Qué es un caudalímetro?

8. • UTILIDAD DEL TEMA:
• ¿Por qué es importante realizar ensayos de laboratorio?

9. Ecuación de tirante crítico
Partiendo de F = 1:
𝑉
𝑔𝐷
= 1, sustituyendo: 𝐷 = 𝐴
𝑇 y 𝑉 = 𝑄
𝐴, se tiene:
𝑄
𝐴
2
= 𝑔
𝐴
𝑇
→
𝑄2
𝐴2 = 𝑔
𝐴
𝑇
𝐴3
𝑇
=
𝑄2
𝑔
Ecuación de Flujo crítico
Flujo Velocidad de flujo (𝑽) Tirante de flujo (y)
Crítico 𝑉 = 𝑔𝐷 𝑦 = 𝑦𝑐
Subcrítico 𝑉 < 𝑔𝐷 𝑦𝑐 < 𝑦
Supercrítico 𝑉 > 𝑔𝐷 𝑦𝑐 > 𝑦

10. Régimen uniforme
Se utiliza la ecuación de
Manning:
𝐐 =
𝟏
𝐧
𝐀𝐑𝟐 𝟑
𝐒𝟏 𝟐
𝑛, coeficiente de manning
S, pendiente de fondo del
canal.
A, área transversal.
R, radio hidráulico.
El flujo se mantiene uniforme siempre que la pendiente, la sección transversal y la rugosidad del
canal no tengan algún cambio.
La profundidad del flujo en flujos uniformes se llama profundidad normal, la cual es un
parámetro característico importante para flujos en canales abiertos

11. Algunos valores del coeficiente de
manning
Fuente: MANUAL CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS
HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS
HIDRAULICOS, 2010. ANA.
Fuente: Cengel, Cimbala.

12. Sección típica del canal

13. Borde libre
Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se
pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la
superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.
La secretaría de Recursos Hidráulicos de México,
recomienda los siguientes valores en función del caudal:

14. Borde libre

16. EJEMPLO:
Para la sección mostrada, determine:
a. Profundidad normal.
b. Profundidad critica.
c. Tipo de flujo que se da en el canal.
d. Borde libre.
El caudal transportado es 3
m3/s.
Coeficiente de manning de
0,013.
Pendiente de fondo de 0,002.
Z = 1 m.

18. EJEMPLO:
Determine la descarga normal para
un drenaje con revestimiento de
arcilla común de 200 mm de
diámetro que opera a la mitad, si
se encuentra en una pendiente que
desciende 1 m de largo de un
recorrido de 1000 m. Coeficiente
de manning es de 0,013.

19. Usa la tabla de secciones transversales para resolver los
problemas propuestos.

20. Ensayos de laboratorio. Procedimiento.

23. CAUDALÍMETRO: instrumento que registra el caudal que
pasa por una sección transversal.
LIMNIMETRO: es un instrumento
que permite registrar y transmitir
la medida de la altura de agua o
de nieve

25. • VEAMOS EL SIGUIENTE VIDEO SOBRE EL
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
https://www.youtube.com/watch?v=9EtdfBoOev8
https://www.youtube.com/watch?v=Xpyz8GhBi6c

26. Ensayo 1. Determinación del coeficiente de
rugosidad de manning.
1. Se enciende el equipo y se estabiliza el flujo.
2. Una vez comprobada la existencia de flujo uniforme (tomando dos tirantes
de flujo en dos secciones diferentes del canal), se verifica la pendiente del
mismo, se corrige de ser necesario, para los cálculos pertinentes.
3. Se toman 2 mediciones diferentes para una misma pendiente, variando el
caudal, anotándose los siguientes valores: caudal, tirante de flujo.
Asimismo, se toma el ancho promedio del canal.
4. El proceso se repite para 2 (dos) pendientes diferentes.

27. Ensayo 1. Determinación del coeficiente de
rugosidad de manning.
Datos a tomar en laboratorio:
Pendiente (S): corresponde a la pendiente de fondo del canal.
Para cada pendiente (S) y variando el caudal, se mide el tirante de flujo, ancho
del canal.

28. Ensayo 1. Determinación del coeficiente de
rugosidad de manning.
Con los datos obtenidos en el laboratorio, se calcula:
1. Coeficiente de manning para cada caso.
2. Coeficiente promedio de manning.
3. Desviación estándar de los valores.
4. Se compara con la bibliografía y se establece el tipo de material del canal.

29. Ensayo 2. Tipo de flujo en el canal.
Con los datos obtenidos en laboratorio se calcula, para cada pendiente y
cada caudal:
1. Tirante crítico, número de Froude.
2. Se establece el tipo de flujo.

30. Tabla a usar
PENDIENTE 1.
SEQUIPO (%) Caudal (Lps) Tirante de flujo
Q1 y1
Q2 y2
Q3 y3
Q4 y4
Q5 y5
PENDIENTE 2.
SEQUIPO (%) Caudal (Lps) Tirante de flujo
Q1 y1
Q2 y2
Q3 y3
Q4 y4
Q5 y5
PENDIENTE 3.
SEQUIPO (%) Caudal (Lps) Tirante de flujo
Q1 y1
Q2 y2
Q3 y3
Q4 y4
Q5 y5
Ancho del canal

31. PRÁCTICA:
Completa los cálculos y genera el informe de laboratorio según las
indicaciones presentadas.

32. Conclusiones generales.
¿Qué aprendimos?

33. ¿Qué es un limnimetro?
¿Cuáles son las
características del canal
que se tiene en el
laboratorio?
1
¿Cómo se puede determinar el caudal a través del
canal?
2
3