Mecanica de fluidos II

1. ACUEDUCTO

2. El acueducto es un conducto,
que fluye como canal encima de
un puente diseñado, para
resistir la carga de agua y su
propio peso
DEFINICION

4. Por lo general se usa
construcciones de concreto
armado para este fin.
FINALIDAD
La finalidad de un acueducto es
pasar agua de un canal de riego
por encima de otro canal de
riego.

5. Acueducto subterráneo Acueducto semienterrado Acueducto descubierto
TIPOS DE ACUEDUCTOS:

6. ACUEDUCTO POR GRAVEDAD
Tipo de abastecimiento de agua
en la que el agua cae por su
propio peso desde una fuente
elevada hasta los consumidores
situados más abajo.

7. ACUEDUCTO POR BOMBEO
Cuando la comunidad se ubica en un
nivel más alto que la fuente es
necesario utilizar bombas para elevar
el agua. Estas bombas impulsan el
agua hacia los tanques de
almacenamiento y distribución.

8. Para el diseño hidráulico de esta
estructura es suficiente cambiar la
sección de canal por un canal de sección
rectangular y para disminuir su sección
aumentar la pendiente hidráulica.
DISEÑO HIDRAULICO
Un acueducto se diseña
para las condiciones del
flujo subcrítico (aunque
también se puede diseñar
para flujo supercrítico).

9. Los cálculos se efectuarían desde 1 hacia aguas abajo,
hacia la sección 4. En el diseño hidráulico del acueducto
se puede distinguir las siguientes componentes:
La transición aguas arriba y abajo del acueducto.
- El tramo elevado.
DISEÑO EN FLUJO SUPERCRÍTICO:
sección de
control

10. La transicion aguas arriba y abajo del
acueducto debe producir en cambio gradual
de la velocidad del agua en el canal mismo,
hacia el tramo elevado, cambiando tambien la
seccion trapezoidal del canal rectangular si
esta fuera el caso.
TRANSICION

11. Para un canal de seccion rectangular se puede determinar
la longitud de la transicion con la ecuacion:

12. Por lo general las velocidades del agua son
mas altas en le acueducto que en el canal,
resultando en una aceleracion del flujo en la
transicion de entrada y una disminucion del
pelo de agua en una altura suficiente para
producir el incremento de la velocidad
necesario y para superar las perdida de cargas
por friccion y transicion.
ENTRADA

13. La elevacion A1 en el inicio de la transicion
de entrada, coincide con la elevacion del
fondo del canal en esta progresiva. La
elevacion B1 la final de la transicion de
entrada, o el inicio del acueducto, se
determina segun la expresion:

14. Para estructuras de salida, la velocidad
se reduce, por lo menos en parte, a los
efectos de elevar la superficie del agua.
SALIDA:

15. La velocidad C, en el inicio de la
transicion de salida, coincide con la
elevacion del fondo final del acueducto.
La elevacion D, al final de la transicion de
salida, o el inicio del canal aguas abajo
del acueducto, se determina segun:
Los coeficientes recomendados de
CI y Co para usar en los calculos se
dan en el siguiente cuadro 1:

16. BORDE LIBRE:
El borde libre para la transicion en la parte adyacente
al canal, debe ser igual al bordo del revestimiento
del canal en el caso de un canal en el caso de un
canal revestido, en el caso de un canal en tierra el
borde libre de la transicion sera.
- 0.15 m, para tirantes de agua hasta 0.40 m
- 0.25 m, para tirantes de agua desde 0.40 m hasta
0.60 m
- 0.30 m, para tirantes de agua desde 0.60 m, hasta
a1.50 mts

17. TRAMO ELEVADO
La seccion mas economica del acueducto tendra una velocidad de agua mas
alta que la velocidad de agua en un canal en tierra y consecuentemente la
pendiente del acueducto sera tambien mayor que la pendiente del canal.
La seccion hidraulica mas eficiente es aquella cuya relacion entre
el ancho (b) y el tirante (y) esa entre 1.0 y 3.0.
Desde el punto de vista constructivo, la seccion mas
apropiada en concreto armado es una seccion rectangular.

18. Estudio realizadas muestran que, con una relacion b/y igual a
1, 2 o 3, la pendiente del acueducto no debe ser mayor de
0.002 para evitar un flujo supercritico. Usando un valor para
el factor de rugosidad (n), reducido en un 20%, se recomienda
verificar si el flujo no se acerca mucho al flujo supercritico,
para evitar un flujo inestable en el acueducto.

19. La pendiente calculada con la formula (7)
deberia ser menor de 0.002; caso contrario
habra que modificar el diseño.
El calculo hidraulico se hace con la conocida
formula de MANNING:
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗ (
𝐴
𝑃𝑚
)
2
3 ∗ 𝑆0.5
Donde:
Q=Caudal (m3/s)
A=Area (m2)
Pm= Perimetro Mojado (m)
S= Pendiente (m/m)
n= Rugosidad (adimensional)

20. El diseño estructural del acueducto
comprende en tres elementos que forman la
estructura, como son:
- La caja que conduce el agua o el acueducto.
- Las columnas.
- Las zapatas.
DISEÑO ESTRUCTURAL

21. El calculo de la caja se hace en dos
etapas, considerando primero las
cargas en la sección transversal y luego
las cargas que actúan sobre las vigas en
el sentido longitudinal.
LA CAJA DEL ACUEDUCTO:
La caja consiste de una losa
soportada por dos vigas
laterales, formando así una
canaleta de sección rectangular
para transportar el agua.

22. La columna transmite las cargas
de caja hacia la zapata, y cuenta
con una viga en la parte superior,
la cual forma el soporte para la
caja.
LA COLUMNAS
Las cargas que actúan sobre la columna son:
- Las reacciones de las vigas de la caja.
- El peso propio.

23. La zapata debe transmitir todas las cargas de la
estructura hacia el terreno, sin aceptar asentamientos
inaceptables.
LA ZAPATA:

25. EJEMPLO:
LONGITUD DEL ACUEDUCTO: 30m.
COTA DEL FONDO DEL CANAL AL INICIO DE LA TRANSICION AGUAS ARRIBA: 120.50m.s.n.m

26. SECCION TRAPEZOIDAL:
𝑄 = 3 𝑚3
/𝑠
𝑛 = 0.014
𝑍 = 2𝑚.
𝑆 = 0.002
𝑏 = 1.20𝑚.
Según MANNING:
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗
𝐴
𝑃𝑚
2
3
∗ 𝑠0.5
Donde:
𝐴 = 𝑦𝑧 + 𝑏 ∗ 𝑦
𝐴 = 2𝑦 + 1.2 ∗ 𝑦
𝐴 = 2𝑦2
+ 1.2𝑦
𝑃𝑚 = 2𝑦 𝑍2 + 1 + 𝑏
𝑃𝑚 = 2𝑦 22 + 1 + 1.2
𝑃𝑚 = 2 5𝑦 + 1.2
Reemplazando en la ecuación:
3 =
1
0.014
∗ 2𝑦2
+ 1.2𝑦 ∗
2𝑦2
+ 1.2𝑦
2 5𝑦 + 1.2
2
3
∗ 0.0020.5
Despejando:
𝑦 = 0.6723𝑚.
Hallamos el perímetro mojado:
𝑃𝑚 = 2 5(0.6723) + 1.2
𝑃𝑚 = 4.2066𝑚𝑙.
CALCULAMOS LA VELOCIDAD:
𝑉𝑐 =
1
𝑛
∗
𝐴
𝑃𝑚
2
3
∗ 𝑠0.5
𝑉𝑐 =
1
0.014
∗
4.2066
1.7107
2
3
∗ 0.0020.5
𝑉𝑐 = 1.7534𝑚/𝑠
Hallamos el área:
𝐴 = 2(0.6723)2
+ 1.2(0.6723)
𝐴 = 1.7107𝑚2

27. Analizamos el acueducto para una
máxima eficiencia hidráulica:
𝑄 = 3 𝑚3/𝑠
𝑛 = 0.014
𝑆 = 0.002
𝑚 = 2
2 =
𝑏
𝑦
⇒ 2𝑦 = 𝑏
Calculamos el caudal:
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗
𝐴
𝑃𝑚
2
3
∗ 𝑠0.5
Donde:
𝐴 = 𝑏 ∗ 𝑦
𝐴 = 2𝑦2
𝑃𝑚 = 2𝑦 + 𝑏
𝑃𝑚 = 4𝑦
3 =
1
0.014
∗ 2𝑦2
∗
2𝑦2
4𝑦
2
3
∗ 0.0020.5
Despejando:
𝑦 = 0.8957𝑚.
𝑏 = 1.7914𝑚.
Hallamos el perímetro mojado:
𝑃𝑚 = 4𝑦
𝑃𝑚 = 3.5828𝑚𝑙.
Hallamos el área:
𝐴 = 2𝑦2
𝐴 = 1.6045𝑚2
CALCULAMOS LA VELOCIDAD:
𝑉𝑎 =
1
𝑛
∗
𝐴
𝑃𝑚
2
3
∗ 𝑠0.5
𝑉𝑎 =
1
0.014
∗
1.6045
3.5828
2
3
∗ 0.0020.5
𝑉𝑎 = 1.7534𝑚/𝑠

28. Las transiciones:
𝐿 =
1.2
2 + 2 ∗ 0.6723 − (
1.7914
2 )
tan(12°30′)
𝐿 = 4.79 ≅ 4.75𝑚.
En la entrada:
∆𝑦 = 1 + 𝐶𝐼 ∗ ∆ℎ𝑣
∆𝑦 = 1 + 0.30 ∗
1.872
+ 1.752
2 9.81
∆𝑦 = 0.03𝑚.
Calculamos la cota:
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 = 𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐴 + 𝑌𝑐 − (𝑌𝑎 − ∆𝑦)
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 = 120.5 + 0.67 − 0.90 + 0.03
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 = 120.24𝑚.
En la salida:
∆𝑦 = 1 + 𝐶𝑜 ∗ ∆ℎ𝑣
∆𝑦 = 1 + 0.50 ∗
1.872
+ 1.752
2 9.81
∆𝑦 = 0.01𝑚.
Calculamos la cota:
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐶 = 𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 + 𝐿 ∗ 𝑆
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐶 = 120.24 + 30 ∗ 0.002
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐶 = 120.18𝑚. 𝑠. 𝑛. 𝑚
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐷 = 𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐶 + 𝑌𝑎 − (𝑌𝑐 − ∆𝑦)
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 = 120.18 + 0.90 − 0.67 + 0.01
𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐵 = 120.42𝑚.
La perdida de carga de la carga hidráulica:
∆= 𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐴 − 𝐶𝑂𝑇𝐴 𝐷
∆= 120.5 − 120.42
∆= 0.08𝑚.

29. Se verifica el acueducto con el valor de n
reducido en un 20%
𝑄 = 3 𝑚3
/𝑠
𝑛 = 0.012
𝑆 = 0.002
𝑏 = 1.80𝑚
𝑦 = 0.76𝑚
𝑚 = 2.385
𝑉𝑎 = 2.21𝑚/𝑠

30. MECÁNICA DE FLUIDOS 2
PUENTES Y CANOAS:

31. ¿QUÉ ES UN PUENTE O CANOA?
• Una canoa o puente canal es una estructura que
permite el cruce de un canal atraves de depresiones
poco profundas del terreno, ríos o arroyos y consiste
esencialmente en un tramo de conducto soportado
por encima del terreno mediante pilas o caballetes.

33. PUENTE CANAL ABIERTO

34. PUENTE CANAL CERRADO

35. ES FACTIBLE

36. PARTES DE UN PUENTE CANAL

40. PARTES GEOMETRICAS DE UN CANAL

41. CLASIFICACIÓN DE UN PUENTE CANAL
• Se pueden clasificar en:
- Puente canal
- Acueducto
• Por su material:
- Madera
- Metálico
- Concreto

42. Puente canal de Madera

43. Puente canal Metálico

44. Puente canal de Concreto

45. CALCULO HIDRAULICO DE UN PUENTE CANAL
• Cálculo dimensiones Transversales
• Cálculo de la longitud de las transiciones
• Cálculo de la sobreelevación del agua
• Cálculo de las perdidas de carga

46. EJERCICIO PRACTICO
• Calculemos una sección rectangular de concreto
para un puente canal que deba conducir 1.5
m3/seg con una pendiente S=0.007

51. • Perdida de carga por transición.
Se estima entre 0.1 y 0.2 de la diferencia de cargas de la velocidad en
el conducto y en el canal
• Perdida de carga por fricción.
• Se calcula con la formula derivada de la de Manning