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Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Durango
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo gradualmente Variado
Flujo Gradualmente Variado (FGV).
• Ciencias de la Tierra – Ingeniería Civil
• Discípulos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania
Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne :
• Durango Dgo. – Junio 2017
1 Sinopsis y Palabras Clave.
2 Introducción.
3 Fundamento Teórico
4 Aplicación a Ingeniería Civil.
6 Referencias.
Flujo Gradualmente Variado
Índice
2
2
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 2
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Flujo Gradualmente Variado
Sinopsis y Palabras Clave
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión
3
3
ITD Ingeniería Civil
3
Sinopsis
Se evaluara el calculo de tirantes en un flujo gradualmente
variado mediante múltiples métodos.
Palabras Clave
Flujo Gradualmente Variado.
Remanso Hidráulico.
Método Directo por Tramos.
Método de Bresse
Método de Integración Grafica
Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne
• El flujo gradualmente variado constituye una clase especial del
flujo permanente no uniforme, y se caracteriza por una variación
continua del tirante a lo largo del canal.
• Para el estudio práctico de este tipo de flujo se suelen adoptar algunas
hipótesis como las siguientes:
 El flujo es permanente; es decir, las características hidráulicas de flujo
permanecen constantes para el intervalo de tiempo bajo consideración..
 La perdida de energía más importante es la de fricción.
 La pendiente del fondo del canal es uniforme y pequeña, de tal manera
que el tirante del flujo es el mismo, cuando la vertical o normal se toma
como referencia al fondo del canal.
 El canal es prismático, lo que significa que la forma y la alineación del
canal son constantes.
Flujo Gradualmente Variado
Fundamento técnico.
4
4
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 4
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Flujo Gradualmente Variado
Fundamento técnico.
5
5
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 5
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Ecuación Dinámica de FGV
• Cualquiera que sea el método que se va a utilizar, el cálculo de la
curva de remanso se hace a partir de la ecuación dinámica del
Flujo Gradualmente Variado (FGV).
𝑑𝑦
𝑑𝑥
=
𝑆0 − 𝑆𝑒
1 − 𝐹𝑟2
• Donde:
 𝑆0= Pendiente de fondo
 𝑆𝑒= Pendiente de energía
 𝐹𝑟= Numero de Froude
Flujo Gradualmente Variado
Fundamento técnico.
6
6
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 6
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Donde 𝐹𝑟=
𝐹𝑟 =
𝑉
𝑔𝑌ℎ
• Donde 𝑌ℎ :
𝑌ℎ =
𝐴
𝐵
 𝐴= Área de la sección hidráulica.
 𝐵= Ancho de la superficie libre del agua
Flujo Gradualmente Variado
Sinopsis y Palabras Clave
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión
7
7
ITD Ingeniería Civil
7
Tipos de perfil
Perfil tipo M: los perfiles en canales con pendientes menores que la
crítica, se denominan perfiles de pendiente suave
Perfil tipo S: los perfiles en canales de pendiente mayor que la
crítica se denominan de pendiente fuerte.
Perfil tipo C: los perfiles en canales con pendiente igual a la
pendiente crítica.
Perfil tipo A: los perfiles en canales con pendiente negativa se
denominan adversos.
Perfil tipo H: los perfiles en canales horizontales.
Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne
Flujo Gradualmente Variado
Introducción.
8
8
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Perfil tipo A o de Pendiente Adversa
 Es aquella en la cual el líquido trabaja en contra de la
gravedad, ya que el fondo del canal (en comparación con un
plano horizontal) aumenta en el sentido del flujo, es decir la
pendiente es negativa. El tirante normal yn no existe en este
tipo de pendiente por no tener significado físico, lo cual se
observa al sustituir el valor negativo de So en la ecuación.
𝑄 =
1
𝑛
𝐴 × 𝑅
2
3 × 𝑆
1
2
Si So es negativo:
→ 𝑆𝑜 = 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑜
Flujo Gradualmente Variado
Introducción.
9
9
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 9
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Perfil tipo A o de Pendiente Adversa
 Los perfiles tipo A no ocurren frecuentemente, pues la
pendiente So negativa es rara. El perfil A1 es imposible, ya que
el valor de yn no es real y los perfiles A2 y A3 son similares a
los perfiles H2 y H3, respectivamente.
Flujo Gradualmente Variado
Introducción.
10
10
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Método de Bresse
Es una variación al método de Integración
Directa.
Puede decirse que es un caso particular de
canales de sección rectangular y muy anchos.
Considera el efecto de cambio en la energía
cinética.
Usa la formula de Chezy para la velocidad.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
12
12
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Formulas
𝑥 =
𝑦𝑛
𝑆0
𝑍 − 𝑦𝑛
1
𝑆0
−
𝐶2
𝑔
𝜃 𝑧 + 𝑐𝑡𝑒
Donde:
x=distancia de una sección considerada, desde un origen arbitrario
𝑦𝑛=tirante normal
Z=
𝑦
𝑦𝑛
= relación entre el tirante de una sección cualquiera y el tirante normal
𝑆0=pendiente del fondo del canal
(z)= función del flujo gradualmente variado de Bresse
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
13
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Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
14
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Ejemplo:
• Un rio rectangular, con ancho de 10m, pendiente de
0.4‰, y un coeficiente de rugosidad de 0.025, conduce
un caudal de 15 𝑚3
𝑠. Determinar la curva de remanso
producida por una presa la cual origina un tirante de 4 m.
inmediatamente aguas arriba de la presa, hasta un tirante
final igual que el normal.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
15
15
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠
𝑄 = 15 𝑚3
𝑠 𝑏 = 10𝑚 𝑛 = 0.025 𝑠 = 0.0003
Calculo del Tirante normal
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
16
16
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Tirante inicial y1=4 mts
Tirante final y2
El tirante final será yn = 1.7973
Numero de tramos
nt=15
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
17
17
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
y Z=y/yn Sx1 F(Z) Sx2 deltax x
4 2.2256 13333.33 0.1048 584.23 12749.1 0
3.8532 2.1439 12843.84 0.1135 632.57 12211.27 537.83
3.7063 2.0622 12354.36 0.1234 687.48 11666.87 1082.23
3.5595 1.9804 11864.87 0.1346 750.29 11114.58 1634.52
3.4126 1.8987 11375.38 0.1476 822.69 10552.69 2196.42
3.2658 1.817 10885.89 0.1627 906.94 9978.95 2770.15
3.1189 1.7353 10396.4 0.1805 1006.01 9390.39 3358.72
2.9721 1.6536 9906.91 0.2017 1124.05 8782.86 3966.24
2.8252 1.5719 9417.42 0.2273 1266.93 8150.49 4598.61
2.6784 1.4902 8927.93 0.259 1443.34 7484.59 5264.51
2.5315 1.4085 8438.44 0.2991 1666.96 6771.49 5977.61
2.3847 1.3268 7948.96 0.3518 1960.86 5988.09 6761.01
2.2378 1.2451 7459.47 0.425 2368.67 5090.8 7658.3
2.091 1.1634 6969.98 0.5363 2988.79 3981.19 8767.91
1.9441 1.0817 6480.49 0.7422 4136.3 2344.19 10404.91
1.7973 1 5991 11.394 63499.16 -57508.16 70257.26
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
18
18
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 18
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
-16000 -14000 -12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0
Tirant
e de
la
curva
y Z=y/yn Sx1 F(Z)
4 2.2256 13333.33 0.1048
3.8532 2.1439 12843.84 0.1135
3.7063 2.0622 12354.36 0.1234
3.5595 1.9804 11864.87 0.1346
3.4126 1.8987 11375.38 0.1476
3.2658 1.817 10885.89 0.1627
3.1189 1.7353 10396.4 0.1805
2.9721 1.6536 9906.91 0.2017
2.8252 1.5719 9417.42 0.2273
2.6784 1.4902 8927.93 0.259
2.5315 1.4085 8438.44 0.2991
2.3847 1.3268 7948.96 0.3518
2.2378 1.2451 7459.47 0.425
2.091 1.1634 6969.98 0.5363
1.9441 1.0817 6480.49 0.7422
1.7973 1 5991 11.394
y Z=y/yn Sx1 F(Z) Sx2 deltax x
4 2.2256 13333.33 0.1048 584.23 12749.1 0
3.8532 2.1439 12843.84 0.1135 632.57 12211.27 537.83
3.7063 2.0622 12354.36 0.1234 687.48 11666.87 1082.23
3.5595 1.9804 11864.87 0.1346 750.29 11114.58 1634.52
3.4126 1.8987 11375.38 0.1476 822.69 10552.69 2196.42
3.2658 1.817 10885.89 0.1627 906.94 9978.95 2770.15
3.1189 1.7353 10396.4 0.1805 1006.01 9390.39 3358.72
2.9721 1.6536 9906.91 0.2017 1124.05 8782.86 3966.24
2.8252 1.5719 9417.42 0.2273 1266.93 8150.49 4598.61
2.6784 1.4902 8927.93 0.259 1443.34 7484.59 5264.51
2.5315 1.4085 8438.44 0.2991 1666.96 6771.49 5977.61
2.3847 1.3268 7948.96 0.3518 1960.86 5988.09 6761.01
2.2378 1.2451 7459.47 0.425 2368.67 5090.8 7658.3
2.091 1.1634 6969.98 0.5363 2988.79 3981.19 8767.91
1.9441 1.0817 6480.49 0.7422 4136.3 2344.19 10404.91
1.7973 1 5991 11.394 63499.16 -57508.16 70257.26
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• Método Directo por Tramos
 Este es un método sencillo, aplicable a canales prismáticos.
Divide el canal en tramos cortos y desarrolla los cálculos para
cada sección comenzando por una seccion conocida (la
sección de control por ejemplo). Si el flujo es subcrítico los
cálculos se inician desde aguas abajo y se desarrollan hacia
aguas arriba y si es supercrítico se parte de aguas arriba
continuándose hacia aguas abajo.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
20
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
∆𝑋 =
∆𝐸
𝑆𝑂 − 𝑆𝑓
𝑆𝑓 =
𝑆𝑓1 + 𝑆𝑓2
2
𝑆𝑓 =
𝑉 ∙ 𝑛
𝑅
2
3
2
∆𝐸 = ∆𝑦(1 − 𝐹𝑚
2)
𝐹𝑚 =
𝐹1 + 𝐹2
2
𝐹𝑟 =
𝑉
𝑔 ∙ 𝐴
𝑇
x = distancia del tramo desde una sección (1)
de características conocidas hasta otra
en que se produce un tirante y2.
E1, E2 = energía específica para los tramos (1)
y (2)
So = pendiente del fondo del canal
𝑆𝑓= pendiente promedio de la línea de energía.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
• EJEMPLO
Se tiene un canal rectangular, cuyo ancho de solera es 2m,
coeficiente de rugosidad 0.015 y pendiente del 0.1 %. Se tiene una
compuerta que libera un caudal de 2.5 m3/s, con una abertura
a = 0.30 m.
Considerando que la altura de la vena contraída en la compuerta es:
y = Cc × a, donde Cc (Coeficiente de contraccion) = 0.62 ubicado
aguas abajo de la compuerta, se pide calcular la curva de remanso,
desde la vena contraída hacia aguas abajo.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
22
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠
𝑄 = 2.5 𝑚3
𝑠 𝑏 = 2𝑚 𝑛 = 0.015 𝑠 = 0.001
Calculo del tirante normal
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
23
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Tirante inicial (y1):
El tirante inicial es el tirante de la vena contraída, es decir:
y1 = Cc × a = 0.62x0.30 = 0.186
Tirante final (y2)
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
24
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Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
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Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
y A p R R^2/3 v v^2/2g E deltaE Se SeP So-Sep deltax x
0.186 0.372 2.372 0.1568 0.2908 6.7204 2.3019 2.4879 --- 0.12015 --- --- --- 0
0.1917 0.3834 2.3834 0.1609 0.2958 6.5204 2.1669 2.3586 -0.1293 0.10934 0.11475 -0.11375 1.137 1.14
0.1974 0.3948 2.3948 0.1649 0.3007 6.3319 2.0435 2.2409 -0.1178 0.09979 0.10456 -0.10356 1.137 2.27
0.2031 0.4062 2.4062 0.1688 0.3055 6.154 1.9303 2.1334 -0.1075 0.09132 0.09555 -0.09455 1.137 3.41
0.2088 0.4177 2.4177 0.1728 0.3102 5.9858 1.8262 2.035 -0.0983 0.08379 0.08756 -0.08656 1.136 4.55
0.2145 0.4291 2.4291 0.1766 0.3148 5.8266 1.7303 1.9449 -0.0902 0.07707 0.08043 -0.07943 1.135 5.68
0.2202 0.4405 2.4405 0.1805 0.3194 5.6756 1.6418 1.8621 -0.0828 0.07106 0.07406 -0.07306 1.133 6.82
0.2259 0.4519 2.4519 0.1843 0.3239 5.5323 1.5599 1.7859 -0.0762 0.06566 0.06836 -0.06736 1.131 7.95
0.2317 0.4633 2.4633 0.1881 0.3283 5.396 1.484 1.7157 -0.0702 0.06079 0.06323 -0.06223 1.128 9.07
0.2374 0.4747 2.4747 0.1918 0.3326 5.2663 1.4135 1.6509 -0.0648 0.0564 0.0586 -0.0576 1.125 10.2
0.2431 0.4861 2.4861 0.1955 0.3369 5.1426 1.3479 1.591 -0.0599 0.05243 0.05442 -0.05342 1.121 11.32
0.2488 0.4975 2.4975 0.1992 0.3411 5.0247 1.2868 1.5356 -0.0554 0.04882 0.05063 -0.04963 1.117 12.44
0.2545 0.509 2.509 0.2029 0.3452 4.912 1.2297 1.4842 -0.0514 0.04555 0.04718 -0.04618 1.112 13.55
0.2602 0.5204 2.5204 0.2065 0.3493 4.8042 1.1764 1.4366 -0.0476 0.04256 0.04405 -0.04305 1.107 14.66
0.2659 0.5318 2.5318 0.21 0.3534 4.7011 1.1264 1.3923 -0.0442 0.03983 0.04119 -0.04019 1.101 15.76
0.2716 0.5432 2.5432 0.2136 0.3573 4.6024 1.0796 1.3512 -0.0411 0.03733 0.03858 -0.03758 1.095 16.85
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
26
26
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 26
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Tirante de la curva
y A p R R^2/3 v v^2/2g E deltaE Se SeP So-Sep deltax x
0.186 0.372 2.372 0.1568 0.2908 6.7204 2.3019 2.4879 --- 0.12015 --- --- --- 0
0.1917 0.3834 2.3834 0.1609 0.2958 6.5204 2.1669 2.3586 -0.1293 0.10934 0.11475 -0.11375 1.137 1.14
0.1974 0.3948 2.3948 0.1649 0.3007 6.3319 2.0435 2.2409 -0.1178 0.09979 0.10456 -0.10356 1.137 2.27
0.2031 0.4062 2.4062 0.1688 0.3055 6.154 1.9303 2.1334 -0.1075 0.09132 0.09555 -0.09455 1.137 3.41
0.2088 0.4177 2.4177 0.1728 0.3102 5.9858 1.8262 2.035 -0.0983 0.08379 0.08756 -0.08656 1.136 4.55
0.2145 0.4291 2.4291 0.1766 0.3148 5.8266 1.7303 1.9449 -0.0902 0.07707 0.08043 -0.07943 1.135 5.68
0.2202 0.4405 2.4405 0.1805 0.3194 5.6756 1.6418 1.8621 -0.0828 0.07106 0.07406 -0.07306 1.133 6.82
0.2259 0.4519 2.4519 0.1843 0.3239 5.5323 1.5599 1.7859 -0.0762 0.06566 0.06836 -0.06736 1.131 7.95
0.2317 0.4633 2.4633 0.1881 0.3283 5.396 1.484 1.7157 -0.0702 0.06079 0.06323 -0.06223 1.128 9.07
0.2374 0.4747 2.4747 0.1918 0.3326 5.2663 1.4135 1.6509 -0.0648 0.0564 0.0586 -0.0576 1.125 10.2
0.2431 0.4861 2.4861 0.1955 0.3369 5.1426 1.3479 1.591 -0.0599 0.05243 0.05442 -0.05342 1.121 11.32
0.2488 0.4975 2.4975 0.1992 0.3411 5.0247 1.2868 1.5356 -0.0554 0.04882 0.05063 -0.04963 1.117 12.44
0.2545 0.509 2.509 0.2029 0.3452 4.912 1.2297 1.4842 -0.0514 0.04555 0.04718 -0.04618 1.112 13.55
0.2602 0.5204 2.5204 0.2065 0.3493 4.8042 1.1764 1.4366 -0.0476 0.04256 0.04405 -0.04305 1.107 14.66
0.2659 0.5318 2.5318 0.21 0.3534 4.7011 1.1264 1.3923 -0.0442 0.03983 0.04119 -0.04019 1.101 15.76
0.2716 0.5432 2.5432 0.2136 0.3573 4.6024 1.0796 1.3512 -0.0411 0.03733 0.03858 -0.03758 1.095 16.85
y A p R
0.186 0.372 2.372 0.156
0.1917 0.3834 2.3834 0.160
0.1974 0.3948 2.3948 0.164
0.2031 0.4062 2.4062 0.168
0.2088 0.4177 2.4177 0.172
0.2145 0.4291 2.4291 0.176
0.2202 0.4405 2.4405 0.180
0.2259 0.4519 2.4519 0.184
0.2317 0.4633 2.4633 0.188
0.2374 0.4747 2.4747 0.191
0.2431 0.4861 2.4861 0.195
0.2488 0.4975 2.4975 0.199
0.2545 0.509 2.509 0.202
0.2602 0.5204 2.5204 0.206
0.2659 0.5318 2.5318 0.21
0.2716 0.5432 2.5432 0.213
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
27
27
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 27
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Método de Integración Grafica
 Este método es válido únicamente para canales prismáticos. Se recomienda
cuando se requiere conocer solo unos cuantos tirantes del perfil y no el perfil
completo, o cuando se desea saber la distancia hasta la que hay influencia notoria
del control en estudio.
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
28
28
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 28
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Problema
Un canal trapezoidal con talud Z=1, ancho de solera de 3m, coeficiente de rugosidad de
0.014 y con una pendiente de 0.0004, conduce un caudal de 3 m3/s. El canal tiene una
pendiente prolongada del 1.5%. Se requiere calcular el perfil del flujo en el tramo de menor
pendiente, desde la sección donde se produce el cambio de pendiente hasta una sección
aguas arriba donde el tirante es igual al normal
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
29
29
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 29
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠
𝑄 = 3 𝑚3
𝑠
𝑧 = 1
𝑏 = 3𝑚
𝑛 = 0.015
𝑠 = 0.0004
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
30
30
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 30
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
31
31
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 31
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Tirante inicial (Y1):
En el cambio de pendiente se tiene una sección de control, donde el
tirante real es igual al tirante crítico, este tirante representa el tirante
inicial de cálculo, es decir Y1 = Yc = 0.4437.
Tirante final (Y2):
El tirante final, será Yn = 0.8305
Número de tramos (nt):
Para el ejemplo se tomará nt = 15
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
32
32
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 32
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
33
33
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 33
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
y A p R T v Se 1-Q2T/gA3 So-Se f(y) deltax x
0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.8874 1.9634 0.003398 0.0003 -0.002998 -0.09 --- ---
0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.939 1.8418 0.002809 0.1638 -0.002409 -68.02 -0.88 0.88
0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.9905 1.733 0.002345 0.2943 -0.001945 -151.34 -2.83 3.71
0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.0421 1.6352 0.001974 0.3995 -0.001574 -253.75 -5.22 8.93
0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.0937 1.5467 0.001676 0.4853 -0.001276 -380.26 -8.17 17.1
0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.1453 1.4664 0.001433 0.5558 -0.001033 -537.91 -11.84 28.94
0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.1968 1.3932 0.001234 0.6144 -0.000834 -736.85 -16.44 45.38
0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.2484 1.3261 0.001068 0.6634 -0.000668 -992.32 -22.29 67.67
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0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.4031 1.1552 0.000716 0.7693 -0.000316 -2432.85 -54.38 192.1
0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.4547 1.1066 0.000633 0.7949 -0.000233 -3416.83 -75.42 267.52
0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.5063 1.0613 0.000561 0.8169 -0.000161 -5071.22 -109.44 376.96
0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.5579 1.0192 0.0005 0.836 -0.0001 -8399.84 -173.69 550.65
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0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.661 0.943 0.0004 0.8672 0 -11901923.6 -153692.9 154589.28
Flujo Gradualmente Variado
Aplicación en la Ingeniería Civil
34
34
ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 34
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
-2000 -1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0
Tirante de la curva
y A p R T
0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.88
0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.9
0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.99
0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.04
0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.09
0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.14
0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.19
0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.24
0.65 2.3725 4.8385 0.4903 4
0.6758 2.484 4.9114 0.5058 4.35
0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.40
0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.45
0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.50
0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.55
0.8047 3.0617 5.2761 0.5803 4.60
0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.6
y A p R T v Se 1-Q2T/gA3 So-Se f(y) deltax x
0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.8874 1.9634 0.003398 0.0003 -0.002998 -0.09 --- ---
0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.939 1.8418 0.002809 0.1638 -0.002409 -68.02 -0.88 0.88
0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.9905 1.733 0.002345 0.2943 -0.001945 -151.34 -2.83 3.71
0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.0421 1.6352 0.001974 0.3995 -0.001574 -253.75 -5.22 8.93
0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.0937 1.5467 0.001676 0.4853 -0.001276 -380.26 -8.17 17.1
0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.1453 1.4664 0.001433 0.5558 -0.001033 -537.91 -11.84 28.94
0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.1968 1.3932 0.001234 0.6144 -0.000834 -736.85 -16.44 45.38
0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.2484 1.3261 0.001068 0.6634 -0.000668 -992.32 -22.29 67.67
0.65 2.3725 4.8385 0.4903 4.3 1.2645 0.00093 0.7046 -0.00053 -1328.25 -29.92 97.59
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0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.4031 1.1552 0.000716 0.7693 -0.000316 -2432.85 -54.38 192.1
0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.4547 1.1066 0.000633 0.7949 -0.000233 -3416.83 -75.42 267.52
0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.5063 1.0613 0.000561 0.8169 -0.000161 -5071.22 -109.44 376.96
0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.5579 1.0192 0.0005 0.836 -0.0001 -8399.84 -173.69 550.65
0.8047 3.0617 5.2761 0.5803 4.6094 0.9798 0.000446 0.8527 -0.000046 -18415.06 -345.73 896.38
0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.661 0.943 0.0004 0.8672 0 -11901923.6 -153692.9 154589.28
Flujo Gradualmente Variado
Referencias
Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión
35
35
ITD Ingeniería Civil
35
Bibliográficas
Titulo: Hidráulica de Canales - 2ª Ed
Capítulos: 2 Flujo Uniforme, 3 Energía Específica y Régimen Crítico,
4 Flujo Rápidamente Variado Resalto Hidráulico, 5 Flujo Gradualmente Variado,
Autor: Villón, Béjar. M.
Editorial: ITCR
Titulo: Manual de HCANALES
Capítulos: 2 Energía Específica, 3 Fuerza Específica, 4 Flujo Gradualmente Variado
Autor: Máximo Villon Béjar
Editorial: Tecnológica del Instituto Tecnológico de Costa Rica
Titulo: MODERNIZACIÓN DE LA ENSEÑANZA APRENDIZAJE EN LA ASIGNATURA DE HIDRÁULICA II
(CIV 230)
Capítulos: 8 Flujo Gradualmente Variado
Autores: HECTOR ERNESTO GÁLVEZ RIBERIN y WILDE ROBERTO CAMACHO SALAZAR
Editorial:UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE
INGENIERÍA CIVIL
Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne

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  • 1. Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Durango Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo gradualmente Variado Flujo Gradualmente Variado (FGV). • Ciencias de la Tierra – Ingeniería Civil • Discípulos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne : • Durango Dgo. – Junio 2017
  • 2. 1 Sinopsis y Palabras Clave. 2 Introducción. 3 Fundamento Teórico 4 Aplicación a Ingeniería Civil. 6 Referencias. Flujo Gradualmente Variado Índice 2 2 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 2 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 3. Flujo Gradualmente Variado Sinopsis y Palabras Clave Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión 3 3 ITD Ingeniería Civil 3 Sinopsis Se evaluara el calculo de tirantes en un flujo gradualmente variado mediante múltiples métodos. Palabras Clave Flujo Gradualmente Variado. Remanso Hidráulico. Método Directo por Tramos. Método de Bresse Método de Integración Grafica Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne
  • 4. • El flujo gradualmente variado constituye una clase especial del flujo permanente no uniforme, y se caracteriza por una variación continua del tirante a lo largo del canal. • Para el estudio práctico de este tipo de flujo se suelen adoptar algunas hipótesis como las siguientes:  El flujo es permanente; es decir, las características hidráulicas de flujo permanecen constantes para el intervalo de tiempo bajo consideración..  La perdida de energía más importante es la de fricción.  La pendiente del fondo del canal es uniforme y pequeña, de tal manera que el tirante del flujo es el mismo, cuando la vertical o normal se toma como referencia al fondo del canal.  El canal es prismático, lo que significa que la forma y la alineación del canal son constantes. Flujo Gradualmente Variado Fundamento técnico. 4 4 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 4 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 5. Flujo Gradualmente Variado Fundamento técnico. 5 5 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 5 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Ecuación Dinámica de FGV • Cualquiera que sea el método que se va a utilizar, el cálculo de la curva de remanso se hace a partir de la ecuación dinámica del Flujo Gradualmente Variado (FGV). 𝑑𝑦 𝑑𝑥 = 𝑆0 − 𝑆𝑒 1 − 𝐹𝑟2 • Donde:  𝑆0= Pendiente de fondo  𝑆𝑒= Pendiente de energía  𝐹𝑟= Numero de Froude
  • 6. Flujo Gradualmente Variado Fundamento técnico. 6 6 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 6 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Donde 𝐹𝑟= 𝐹𝑟 = 𝑉 𝑔𝑌ℎ • Donde 𝑌ℎ : 𝑌ℎ = 𝐴 𝐵  𝐴= Área de la sección hidráulica.  𝐵= Ancho de la superficie libre del agua
  • 7. Flujo Gradualmente Variado Sinopsis y Palabras Clave Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión 7 7 ITD Ingeniería Civil 7 Tipos de perfil Perfil tipo M: los perfiles en canales con pendientes menores que la crítica, se denominan perfiles de pendiente suave Perfil tipo S: los perfiles en canales de pendiente mayor que la crítica se denominan de pendiente fuerte. Perfil tipo C: los perfiles en canales con pendiente igual a la pendiente crítica. Perfil tipo A: los perfiles en canales con pendiente negativa se denominan adversos. Perfil tipo H: los perfiles en canales horizontales. Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne
  • 8. Flujo Gradualmente Variado Introducción. 8 8 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 8 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Perfil tipo A o de Pendiente Adversa  Es aquella en la cual el líquido trabaja en contra de la gravedad, ya que el fondo del canal (en comparación con un plano horizontal) aumenta en el sentido del flujo, es decir la pendiente es negativa. El tirante normal yn no existe en este tipo de pendiente por no tener significado físico, lo cual se observa al sustituir el valor negativo de So en la ecuación. 𝑄 = 1 𝑛 𝐴 × 𝑅 2 3 × 𝑆 1 2 Si So es negativo: → 𝑆𝑜 = 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑜
  • 9. Flujo Gradualmente Variado Introducción. 9 9 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 9 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Perfil tipo A o de Pendiente Adversa  Los perfiles tipo A no ocurren frecuentemente, pues la pendiente So negativa es rara. El perfil A1 es imposible, ya que el valor de yn no es real y los perfiles A2 y A3 son similares a los perfiles H2 y H3, respectivamente.
  • 10. Flujo Gradualmente Variado Introducción. 10 10 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 10 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 11. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 11 11 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 11 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Método de Bresse Es una variación al método de Integración Directa. Puede decirse que es un caso particular de canales de sección rectangular y muy anchos. Considera el efecto de cambio en la energía cinética. Usa la formula de Chezy para la velocidad.
  • 12. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 12 12 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 12 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Formulas 𝑥 = 𝑦𝑛 𝑆0 𝑍 − 𝑦𝑛 1 𝑆0 − 𝐶2 𝑔 𝜃 𝑧 + 𝑐𝑡𝑒 Donde: x=distancia de una sección considerada, desde un origen arbitrario 𝑦𝑛=tirante normal Z= 𝑦 𝑦𝑛 = relación entre el tirante de una sección cualquiera y el tirante normal 𝑆0=pendiente del fondo del canal (z)= función del flujo gradualmente variado de Bresse
  • 13. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 13 13 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 13 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 14. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 14 14 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 14 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Ejemplo: • Un rio rectangular, con ancho de 10m, pendiente de 0.4‰, y un coeficiente de rugosidad de 0.025, conduce un caudal de 15 𝑚3 𝑠. Determinar la curva de remanso producida por una presa la cual origina un tirante de 4 m. inmediatamente aguas arriba de la presa, hasta un tirante final igual que el normal.
  • 15. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 15 15 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 15 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑄 = 15 𝑚3 𝑠 𝑏 = 10𝑚 𝑛 = 0.025 𝑠 = 0.0003 Calculo del Tirante normal
  • 16. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 16 16 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 16 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Tirante inicial y1=4 mts Tirante final y2 El tirante final será yn = 1.7973 Numero de tramos nt=15
  • 17. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 17 17 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 17 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) y Z=y/yn Sx1 F(Z) Sx2 deltax x 4 2.2256 13333.33 0.1048 584.23 12749.1 0 3.8532 2.1439 12843.84 0.1135 632.57 12211.27 537.83 3.7063 2.0622 12354.36 0.1234 687.48 11666.87 1082.23 3.5595 1.9804 11864.87 0.1346 750.29 11114.58 1634.52 3.4126 1.8987 11375.38 0.1476 822.69 10552.69 2196.42 3.2658 1.817 10885.89 0.1627 906.94 9978.95 2770.15 3.1189 1.7353 10396.4 0.1805 1006.01 9390.39 3358.72 2.9721 1.6536 9906.91 0.2017 1124.05 8782.86 3966.24 2.8252 1.5719 9417.42 0.2273 1266.93 8150.49 4598.61 2.6784 1.4902 8927.93 0.259 1443.34 7484.59 5264.51 2.5315 1.4085 8438.44 0.2991 1666.96 6771.49 5977.61 2.3847 1.3268 7948.96 0.3518 1960.86 5988.09 6761.01 2.2378 1.2451 7459.47 0.425 2368.67 5090.8 7658.3 2.091 1.1634 6969.98 0.5363 2988.79 3981.19 8767.91 1.9441 1.0817 6480.49 0.7422 4136.3 2344.19 10404.91 1.7973 1 5991 11.394 63499.16 -57508.16 70257.26
  • 18. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 18 18 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 18 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 -16000 -14000 -12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 Tirant e de la curva y Z=y/yn Sx1 F(Z) 4 2.2256 13333.33 0.1048 3.8532 2.1439 12843.84 0.1135 3.7063 2.0622 12354.36 0.1234 3.5595 1.9804 11864.87 0.1346 3.4126 1.8987 11375.38 0.1476 3.2658 1.817 10885.89 0.1627 3.1189 1.7353 10396.4 0.1805 2.9721 1.6536 9906.91 0.2017 2.8252 1.5719 9417.42 0.2273 2.6784 1.4902 8927.93 0.259 2.5315 1.4085 8438.44 0.2991 2.3847 1.3268 7948.96 0.3518 2.2378 1.2451 7459.47 0.425 2.091 1.1634 6969.98 0.5363 1.9441 1.0817 6480.49 0.7422 1.7973 1 5991 11.394 y Z=y/yn Sx1 F(Z) Sx2 deltax x 4 2.2256 13333.33 0.1048 584.23 12749.1 0 3.8532 2.1439 12843.84 0.1135 632.57 12211.27 537.83 3.7063 2.0622 12354.36 0.1234 687.48 11666.87 1082.23 3.5595 1.9804 11864.87 0.1346 750.29 11114.58 1634.52 3.4126 1.8987 11375.38 0.1476 822.69 10552.69 2196.42 3.2658 1.817 10885.89 0.1627 906.94 9978.95 2770.15 3.1189 1.7353 10396.4 0.1805 1006.01 9390.39 3358.72 2.9721 1.6536 9906.91 0.2017 1124.05 8782.86 3966.24 2.8252 1.5719 9417.42 0.2273 1266.93 8150.49 4598.61 2.6784 1.4902 8927.93 0.259 1443.34 7484.59 5264.51 2.5315 1.4085 8438.44 0.2991 1666.96 6771.49 5977.61 2.3847 1.3268 7948.96 0.3518 1960.86 5988.09 6761.01 2.2378 1.2451 7459.47 0.425 2368.67 5090.8 7658.3 2.091 1.1634 6969.98 0.5363 2988.79 3981.19 8767.91 1.9441 1.0817 6480.49 0.7422 4136.3 2344.19 10404.91 1.7973 1 5991 11.394 63499.16 -57508.16 70257.26
  • 19. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 19 19 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 19 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • Método Directo por Tramos  Este es un método sencillo, aplicable a canales prismáticos. Divide el canal en tramos cortos y desarrolla los cálculos para cada sección comenzando por una seccion conocida (la sección de control por ejemplo). Si el flujo es subcrítico los cálculos se inician desde aguas abajo y se desarrollan hacia aguas arriba y si es supercrítico se parte de aguas arriba continuándose hacia aguas abajo.
  • 20. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 20 20 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 20 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) ∆𝑋 = ∆𝐸 𝑆𝑂 − 𝑆𝑓 𝑆𝑓 = 𝑆𝑓1 + 𝑆𝑓2 2 𝑆𝑓 = 𝑉 ∙ 𝑛 𝑅 2 3 2 ∆𝐸 = ∆𝑦(1 − 𝐹𝑚 2) 𝐹𝑚 = 𝐹1 + 𝐹2 2 𝐹𝑟 = 𝑉 𝑔 ∙ 𝐴 𝑇 x = distancia del tramo desde una sección (1) de características conocidas hasta otra en que se produce un tirante y2. E1, E2 = energía específica para los tramos (1) y (2) So = pendiente del fondo del canal 𝑆𝑓= pendiente promedio de la línea de energía.
  • 21. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 21 21 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 21 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) • EJEMPLO Se tiene un canal rectangular, cuyo ancho de solera es 2m, coeficiente de rugosidad 0.015 y pendiente del 0.1 %. Se tiene una compuerta que libera un caudal de 2.5 m3/s, con una abertura a = 0.30 m. Considerando que la altura de la vena contraída en la compuerta es: y = Cc × a, donde Cc (Coeficiente de contraccion) = 0.62 ubicado aguas abajo de la compuerta, se pide calcular la curva de remanso, desde la vena contraída hacia aguas abajo.
  • 22. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 22 22 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 22 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑄 = 2.5 𝑚3 𝑠 𝑏 = 2𝑚 𝑛 = 0.015 𝑠 = 0.001 Calculo del tirante normal
  • 23. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 23 23 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 23 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Tirante inicial (y1): El tirante inicial es el tirante de la vena contraída, es decir: y1 = Cc × a = 0.62x0.30 = 0.186 Tirante final (y2)
  • 24. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 24 24 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 24 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 25. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 25 25 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 25 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) y A p R R^2/3 v v^2/2g E deltaE Se SeP So-Sep deltax x 0.186 0.372 2.372 0.1568 0.2908 6.7204 2.3019 2.4879 --- 0.12015 --- --- --- 0 0.1917 0.3834 2.3834 0.1609 0.2958 6.5204 2.1669 2.3586 -0.1293 0.10934 0.11475 -0.11375 1.137 1.14 0.1974 0.3948 2.3948 0.1649 0.3007 6.3319 2.0435 2.2409 -0.1178 0.09979 0.10456 -0.10356 1.137 2.27 0.2031 0.4062 2.4062 0.1688 0.3055 6.154 1.9303 2.1334 -0.1075 0.09132 0.09555 -0.09455 1.137 3.41 0.2088 0.4177 2.4177 0.1728 0.3102 5.9858 1.8262 2.035 -0.0983 0.08379 0.08756 -0.08656 1.136 4.55 0.2145 0.4291 2.4291 0.1766 0.3148 5.8266 1.7303 1.9449 -0.0902 0.07707 0.08043 -0.07943 1.135 5.68 0.2202 0.4405 2.4405 0.1805 0.3194 5.6756 1.6418 1.8621 -0.0828 0.07106 0.07406 -0.07306 1.133 6.82 0.2259 0.4519 2.4519 0.1843 0.3239 5.5323 1.5599 1.7859 -0.0762 0.06566 0.06836 -0.06736 1.131 7.95 0.2317 0.4633 2.4633 0.1881 0.3283 5.396 1.484 1.7157 -0.0702 0.06079 0.06323 -0.06223 1.128 9.07 0.2374 0.4747 2.4747 0.1918 0.3326 5.2663 1.4135 1.6509 -0.0648 0.0564 0.0586 -0.0576 1.125 10.2 0.2431 0.4861 2.4861 0.1955 0.3369 5.1426 1.3479 1.591 -0.0599 0.05243 0.05442 -0.05342 1.121 11.32 0.2488 0.4975 2.4975 0.1992 0.3411 5.0247 1.2868 1.5356 -0.0554 0.04882 0.05063 -0.04963 1.117 12.44 0.2545 0.509 2.509 0.2029 0.3452 4.912 1.2297 1.4842 -0.0514 0.04555 0.04718 -0.04618 1.112 13.55 0.2602 0.5204 2.5204 0.2065 0.3493 4.8042 1.1764 1.4366 -0.0476 0.04256 0.04405 -0.04305 1.107 14.66 0.2659 0.5318 2.5318 0.21 0.3534 4.7011 1.1264 1.3923 -0.0442 0.03983 0.04119 -0.04019 1.101 15.76 0.2716 0.5432 2.5432 0.2136 0.3573 4.6024 1.0796 1.3512 -0.0411 0.03733 0.03858 -0.03758 1.095 16.85
  • 26. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 26 26 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 26 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tirante de la curva y A p R R^2/3 v v^2/2g E deltaE Se SeP So-Sep deltax x 0.186 0.372 2.372 0.1568 0.2908 6.7204 2.3019 2.4879 --- 0.12015 --- --- --- 0 0.1917 0.3834 2.3834 0.1609 0.2958 6.5204 2.1669 2.3586 -0.1293 0.10934 0.11475 -0.11375 1.137 1.14 0.1974 0.3948 2.3948 0.1649 0.3007 6.3319 2.0435 2.2409 -0.1178 0.09979 0.10456 -0.10356 1.137 2.27 0.2031 0.4062 2.4062 0.1688 0.3055 6.154 1.9303 2.1334 -0.1075 0.09132 0.09555 -0.09455 1.137 3.41 0.2088 0.4177 2.4177 0.1728 0.3102 5.9858 1.8262 2.035 -0.0983 0.08379 0.08756 -0.08656 1.136 4.55 0.2145 0.4291 2.4291 0.1766 0.3148 5.8266 1.7303 1.9449 -0.0902 0.07707 0.08043 -0.07943 1.135 5.68 0.2202 0.4405 2.4405 0.1805 0.3194 5.6756 1.6418 1.8621 -0.0828 0.07106 0.07406 -0.07306 1.133 6.82 0.2259 0.4519 2.4519 0.1843 0.3239 5.5323 1.5599 1.7859 -0.0762 0.06566 0.06836 -0.06736 1.131 7.95 0.2317 0.4633 2.4633 0.1881 0.3283 5.396 1.484 1.7157 -0.0702 0.06079 0.06323 -0.06223 1.128 9.07 0.2374 0.4747 2.4747 0.1918 0.3326 5.2663 1.4135 1.6509 -0.0648 0.0564 0.0586 -0.0576 1.125 10.2 0.2431 0.4861 2.4861 0.1955 0.3369 5.1426 1.3479 1.591 -0.0599 0.05243 0.05442 -0.05342 1.121 11.32 0.2488 0.4975 2.4975 0.1992 0.3411 5.0247 1.2868 1.5356 -0.0554 0.04882 0.05063 -0.04963 1.117 12.44 0.2545 0.509 2.509 0.2029 0.3452 4.912 1.2297 1.4842 -0.0514 0.04555 0.04718 -0.04618 1.112 13.55 0.2602 0.5204 2.5204 0.2065 0.3493 4.8042 1.1764 1.4366 -0.0476 0.04256 0.04405 -0.04305 1.107 14.66 0.2659 0.5318 2.5318 0.21 0.3534 4.7011 1.1264 1.3923 -0.0442 0.03983 0.04119 -0.04019 1.101 15.76 0.2716 0.5432 2.5432 0.2136 0.3573 4.6024 1.0796 1.3512 -0.0411 0.03733 0.03858 -0.03758 1.095 16.85 y A p R 0.186 0.372 2.372 0.156 0.1917 0.3834 2.3834 0.160 0.1974 0.3948 2.3948 0.164 0.2031 0.4062 2.4062 0.168 0.2088 0.4177 2.4177 0.172 0.2145 0.4291 2.4291 0.176 0.2202 0.4405 2.4405 0.180 0.2259 0.4519 2.4519 0.184 0.2317 0.4633 2.4633 0.188 0.2374 0.4747 2.4747 0.191 0.2431 0.4861 2.4861 0.195 0.2488 0.4975 2.4975 0.199 0.2545 0.509 2.509 0.202 0.2602 0.5204 2.5204 0.206 0.2659 0.5318 2.5318 0.21 0.2716 0.5432 2.5432 0.213
  • 27. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 27 27 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 27 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Método de Integración Grafica  Este método es válido únicamente para canales prismáticos. Se recomienda cuando se requiere conocer solo unos cuantos tirantes del perfil y no el perfil completo, o cuando se desea saber la distancia hasta la que hay influencia notoria del control en estudio.
  • 28. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 28 28 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 28 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Problema Un canal trapezoidal con talud Z=1, ancho de solera de 3m, coeficiente de rugosidad de 0.014 y con una pendiente de 0.0004, conduce un caudal de 3 m3/s. El canal tiene una pendiente prolongada del 1.5%. Se requiere calcular el perfil del flujo en el tramo de menor pendiente, desde la sección donde se produce el cambio de pendiente hasta una sección aguas arriba donde el tirante es igual al normal
  • 29. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 29 29 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 29 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑄 = 3 𝑚3 𝑠 𝑧 = 1 𝑏 = 3𝑚 𝑛 = 0.015 𝑠 = 0.0004
  • 30. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 30 30 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 30 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 31. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 31 31 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 31 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) Tirante inicial (Y1): En el cambio de pendiente se tiene una sección de control, donde el tirante real es igual al tirante crítico, este tirante representa el tirante inicial de cálculo, es decir Y1 = Yc = 0.4437. Tirante final (Y2): El tirante final, será Yn = 0.8305 Número de tramos (nt): Para el ejemplo se tomará nt = 15
  • 32. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 32 32 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 32 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV)
  • 33. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 33 33 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 33 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) y A p R T v Se 1-Q2T/gA3 So-Se f(y) deltax x 0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.8874 1.9634 0.003398 0.0003 -0.002998 -0.09 --- --- 0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.939 1.8418 0.002809 0.1638 -0.002409 -68.02 -0.88 0.88 0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.9905 1.733 0.002345 0.2943 -0.001945 -151.34 -2.83 3.71 0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.0421 1.6352 0.001974 0.3995 -0.001574 -253.75 -5.22 8.93 0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.0937 1.5467 0.001676 0.4853 -0.001276 -380.26 -8.17 17.1 0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.1453 1.4664 0.001433 0.5558 -0.001033 -537.91 -11.84 28.94 0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.1968 1.3932 0.001234 0.6144 -0.000834 -736.85 -16.44 45.38 0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.2484 1.3261 0.001068 0.6634 -0.000668 -992.32 -22.29 67.67 0.65 2.3725 4.8385 0.4903 4.3 1.2645 0.00093 0.7046 -0.00053 -1328.25 -29.92 97.59 0.6758 2.484 4.9114 0.5058 4.3516 1.2077 0.000814 0.7395 -0.000414 -1784.5 -40.13 137.73 0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.4031 1.1552 0.000716 0.7693 -0.000316 -2432.85 -54.38 192.1 0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.4547 1.1066 0.000633 0.7949 -0.000233 -3416.83 -75.42 267.52 0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.5063 1.0613 0.000561 0.8169 -0.000161 -5071.22 -109.44 376.96 0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.5579 1.0192 0.0005 0.836 -0.0001 -8399.84 -173.69 550.65 0.8047 3.0617 5.2761 0.5803 4.6094 0.9798 0.000446 0.8527 -0.000046 -18415.06 -345.73 896.38 0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.661 0.943 0.0004 0.8672 0 -11901923.6 -153692.9 154589.28
  • 34. Flujo Gradualmente Variado Aplicación en la Ingeniería Civil 34 34 ITD Ingeniería Civil Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne 34 Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo Gradualmente Variado (FGV) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 -2000 -1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 Tirante de la curva y A p R T 0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.88 0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.9 0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.99 0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.04 0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.09 0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.14 0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.19 0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.24 0.65 2.3725 4.8385 0.4903 4 0.6758 2.484 4.9114 0.5058 4.35 0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.40 0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.45 0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.50 0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.55 0.8047 3.0617 5.2761 0.5803 4.60 0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.6 y A p R T v Se 1-Q2T/gA3 So-Se f(y) deltax x 0.4437 1.528 4.255 0.3591 3.8874 1.9634 0.003398 0.0003 -0.002998 -0.09 --- --- 0.4695 1.6289 4.3279 0.3764 3.939 1.8418 0.002809 0.1638 -0.002409 -68.02 -0.88 0.88 0.4953 1.7311 4.4008 0.3934 3.9905 1.733 0.002345 0.2943 -0.001945 -151.34 -2.83 3.71 0.5211 1.8347 4.4738 0.4101 4.0421 1.6352 0.001974 0.3995 -0.001574 -253.75 -5.22 8.93 0.5468 1.9396 4.5467 0.4266 4.0937 1.5467 0.001676 0.4853 -0.001276 -380.26 -8.17 17.1 0.5726 2.0458 4.6197 0.4428 4.1453 1.4664 0.001433 0.5558 -0.001033 -537.91 -11.84 28.94 0.5984 2.1534 4.6926 0.4589 4.1968 1.3932 0.001234 0.6144 -0.000834 -736.85 -16.44 45.38 0.6242 2.2623 4.7655 0.4747 4.2484 1.3261 0.001068 0.6634 -0.000668 -992.32 -22.29 67.67 0.65 2.3725 4.8385 0.4903 4.3 1.2645 0.00093 0.7046 -0.00053 -1328.25 -29.92 97.59 0.6758 2.484 4.9114 0.5058 4.3516 1.2077 0.000814 0.7395 -0.000414 -1784.5 -40.13 137.73 0.7016 2.5969 4.9843 0.521 4.4031 1.1552 0.000716 0.7693 -0.000316 -2432.85 -54.38 192.1 0.7274 2.7111 5.0573 0.5361 4.4547 1.1066 0.000633 0.7949 -0.000233 -3416.83 -75.42 267.52 0.7531 2.8266 5.1302 0.551 4.5063 1.0613 0.000561 0.8169 -0.000161 -5071.22 -109.44 376.96 0.7789 2.9435 5.2031 0.5657 4.5579 1.0192 0.0005 0.836 -0.0001 -8399.84 -173.69 550.65 0.8047 3.0617 5.2761 0.5803 4.6094 0.9798 0.000446 0.8527 -0.000046 -18415.06 -345.73 896.38 0.8305 3.1812 5.349 0.5947 4.661 0.943 0.0004 0.8672 0 -11901923.6 -153692.9 154589.28
  • 35. Flujo Gradualmente Variado Referencias Asignatura: Hidráulica de Canales - U4 Flujo en Conductos a Presión 35 35 ITD Ingeniería Civil 35 Bibliográficas Titulo: Hidráulica de Canales - 2ª Ed Capítulos: 2 Flujo Uniforme, 3 Energía Específica y Régimen Crítico, 4 Flujo Rápidamente Variado Resalto Hidráulico, 5 Flujo Gradualmente Variado, Autor: Villón, Béjar. M. Editorial: ITCR Titulo: Manual de HCANALES Capítulos: 2 Energía Específica, 3 Fuerza Específica, 4 Flujo Gradualmente Variado Autor: Máximo Villon Béjar Editorial: Tecnológica del Instituto Tecnológico de Costa Rica Titulo: MODERNIZACIÓN DE LA ENSEÑANZA APRENDIZAJE EN LA ASIGNATURA DE HIDRÁULICA II (CIV 230) Capítulos: 8 Flujo Gradualmente Variado Autores: HECTOR ERNESTO GÁLVEZ RIBERIN y WILDE ROBERTO CAMACHO SALAZAR Editorial:UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Alumnos: Antonio Rivas Gurrola, Mariana Najera Meraz, Tania Samantha Ochoa, Martin Chávez Campagne