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Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Carrera de Ingeniería Civil
Hidráulica II
1
TRABAJO FINAL
Tema: Diseño de un canal trapezoidal
Grupo Nº 11
Integrantes:
• Gonzáles Vinueza Michael Steven
• Martínez Muñoz Joseph Mateo
• Mejía Yugsi Alan Joshua
• Tatés Paspuel Antony Brayan
Semestre: Quinto
Paralelo: 001
Contenido
Introducción
Objetivos
Metodología y Procedimiento
Resultados
Conclusiones
Recomendaciones
Trazado en Civil 3D
Introducción
• Canal revestido con sección trapezoidal.
• Talud de 1.75.
• Caudal de 940 l/s
• Punto "A" 910 msnm
• Punto "B" 902 msnm.
• Incluye Canaleta Parshall para aforar el caudal.
• Canal debe ser estable y eficiente, manteniendo un flujo
subcrítico y velocidades admisibles para evitar erosión y asegurar
su durabilidad.
• El diseño se basa en la topografía proporcionada.
• Trazado en Civil 3D, definiendo parámetros de corte y relleno.
• Se ha validado mediante el software H-canales.
• Dada la importancia histórica de los canales se enfatiza en
concebir diseños eficientes y estables que cumplan con estándares
de operación y durabilidad.
Objetivos
Objetivo general
• Diseñar un canal trapezoidal trazado
sobre una determinada faja topográfica
que cumpla con condiciones de
estabilidad y máxima eficiencia a través
de cálculos estudiados en el curso de
hidráulica 2 y el uso de softwares como
Civil 3D y H-canales para la
determinación de parámetros geométricos
e hidráulicos que aseguren un diseño
óptimo y perenne en el tiempo.
Objetivos específicos
 Definir la pendiente requerida para el
diseño a través del software Civil 3D.
 Calcular la sección transversal del canal que
proporciona estabilidad y máxima
eficiencia.
 Detallar las dimensiones de la canaleta
Parshall para la aforación de caudales.
 Comparar los resultados con los obtenidos
en el software H-canales para determinar su
validez y efectividad.
TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal
Metodología y Procedimiento
DEDUCCIÓN DE CANAL DE MÁXIMA EFICIENCIA
DISEÑO DEL CANAL TRAPEZOIDAL
𝐀𝐦𝟓 − 𝐏𝐦𝟐 𝐐𝐧
𝐒
𝟏
𝟐
𝟑
= 𝟎
2y 1 + z2 − 2zy + zy y
5
− 2y 1 + z2 − 2zy + 2y 1 + z2
2 Qn
S
1
2
3
= 0
2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 1.75y y
5
− 2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 2y 1 + 1.752
2 0.94 × 0.0023
0.00905
1
2
3
= 0
𝐲 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟎𝟖 𝐦
Para canal de máxima eficiencia:
Se deja el ancho de solera en función del calado, por tanto, se tiene:
b = 2y 1 + z2 − 2zy
𝑏 = 2 × 0.5008 × 1 + 1.752 − 2 × 1.75 × 0.5008
𝐛 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟔𝟎 𝐦
Determinación del borde libre
Determinación del espesor del canal
Si un canal posee arenas o gravas limpias con poco material fino, debe ser revestido, el espesor del canal se determinará
dependiendo de la capacidad del canal de acuerdo con los valores recomendados por el USBR.
Determinación de la estabilidad del canal por medio
de la fluencia de los sedimentos
Datos generales
T = 18 °C
B = 0.27m
𝒀𝒏 = 0.5 𝑚
𝑺𝒐 = 0.00905
𝑹𝒉 = 0.25 m
𝑨 = 0.572 𝑚2
𝑷𝒎 = 2.285 m
Valores referenciales:
𝜸𝒔 = 2100 (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎)
𝑘𝑔
𝑚3
𝜸𝒔 = 2685 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎)
𝑘𝑔
𝑚3
D50 = 0.004 m (arena)
D50 = 0.006 m (grava)
v = 1.061*10-6 m2/s (a 18°C)
 Cortante
𝜏𝑜 = 𝛾𝑠 ∗ 𝑔 ∗ 𝑅ℎ ∗ 𝑆𝑜
𝜏𝑜 = 2100 ∗ 9.81 ∗ 0.25 ∗ 0.00905
𝜏𝑜 = 46.61
𝑁
𝑚2
 Esfuerzo cortante adimensional
𝜏𝑜 =
𝜏𝑜
𝛾𝑠 − 𝛾𝑙 ∗ 𝑔 ∗ 𝐷50
𝜏𝑜 =
32.83
2100 − 1000 ∗ 9.81 ∗ 0.004
𝜏𝑜 = 0.761
Arena
 Velocidad de corte
𝑢 =
𝜏𝑜
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑢 =
46.61
1000
𝑢 = 0.216 𝑚/𝑠
 Reynolds
𝑅𝑒 = 𝐷∗ =
𝑢 ∗ 𝐷50
𝑣
𝑅𝑒 = 𝐷∗
=
0.216 ∗ 0.004
1.061 ∗ 10−6
𝑅𝑒 = 𝐷∗ = 814.326
Diagrama
de Shields
Diseño final del canal
• Datos iniciales
Diseño de la canaleta Parshall
Diseño de la canaleta Parshall
Diseño de la canaleta Parshall
Vista superior
Vista lateral
TRAZADO DEL CANAL EN CIVIL 3D
Radio del trazado – Norma técnica
Radio del trazado – Norma técnica
Datos:
T = 2,0187 m
Rh = 0,2504 m
Radio mínimo para el trazado del canal:
R min 1 = 5 * 2,0187 m
R min 1 = 10,094 m
Por seguridad se elige el mayor:
R min = 10,094 m
R min 2 = 20 * 0,2504 m
R min 2 = 5,008 m
Perfil longitudinal
Perfiles transversales
Trazado del canal en Civil 3D
Gráfico
Conclusiones
• Para los diferentes cálculos realizados se utilizó diferentes fórmulas para obtener la máxima
eficiencia del canal, el cual permite tener una sección óptima y económica considerando que la
pendiente del canal a lo largo de su trayectoria será suficiente para evitar la acumulación de
materiales y vegetación que puede interrumpir el flujo del canal.
• Para el diseño del canal es importante considerar la topografía del terreno, puesto que desde ahi se
deberá realizar el trazado del canal con diferentes cortes y rellenos, que deben cumplir la normativa y
ser lo más eficientes y económicos posibles. Por otro lado, también es fundamental tener un diseño
del canal que cumpla con todas las especificaciones para cumplir con la vida útil del proyecto.
Recomendaciones
 Adquirir conocimientos sobre las funciones y herramientas
de programas vinculados al trazado y diseño de canales.
 Emplear una sección trapezoidal.
 Establecer una pendiente adecuada.
 Investigar normativas internacionales o estandarizadas.
TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal
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ATENCIÓN

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  • 1. Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Carrera de Ingeniería Civil Hidráulica II 1 TRABAJO FINAL Tema: Diseño de un canal trapezoidal Grupo Nº 11 Integrantes: • Gonzáles Vinueza Michael Steven • Martínez Muñoz Joseph Mateo • Mejía Yugsi Alan Joshua • Tatés Paspuel Antony Brayan Semestre: Quinto Paralelo: 001
  • 3. Introducción • Canal revestido con sección trapezoidal. • Talud de 1.75. • Caudal de 940 l/s • Punto "A" 910 msnm • Punto "B" 902 msnm. • Incluye Canaleta Parshall para aforar el caudal. • Canal debe ser estable y eficiente, manteniendo un flujo subcrítico y velocidades admisibles para evitar erosión y asegurar su durabilidad. • El diseño se basa en la topografía proporcionada. • Trazado en Civil 3D, definiendo parámetros de corte y relleno. • Se ha validado mediante el software H-canales. • Dada la importancia histórica de los canales se enfatiza en concebir diseños eficientes y estables que cumplan con estándares de operación y durabilidad.
  • 4. Objetivos Objetivo general • Diseñar un canal trapezoidal trazado sobre una determinada faja topográfica que cumpla con condiciones de estabilidad y máxima eficiencia a través de cálculos estudiados en el curso de hidráulica 2 y el uso de softwares como Civil 3D y H-canales para la determinación de parámetros geométricos e hidráulicos que aseguren un diseño óptimo y perenne en el tiempo. Objetivos específicos  Definir la pendiente requerida para el diseño a través del software Civil 3D.  Calcular la sección transversal del canal que proporciona estabilidad y máxima eficiencia.  Detallar las dimensiones de la canaleta Parshall para la aforación de caudales.  Comparar los resultados con los obtenidos en el software H-canales para determinar su validez y efectividad. TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal
  • 5. Metodología y Procedimiento DEDUCCIÓN DE CANAL DE MÁXIMA EFICIENCIA
  • 6. DISEÑO DEL CANAL TRAPEZOIDAL
  • 7. 𝐀𝐦𝟓 − 𝐏𝐦𝟐 𝐐𝐧 𝐒 𝟏 𝟐 𝟑 = 𝟎 2y 1 + z2 − 2zy + zy y 5 − 2y 1 + z2 − 2zy + 2y 1 + z2 2 Qn S 1 2 3 = 0 2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 1.75y y 5 − 2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 2y 1 + 1.752 2 0.94 × 0.0023 0.00905 1 2 3 = 0 𝐲 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟎𝟖 𝐦 Para canal de máxima eficiencia: Se deja el ancho de solera en función del calado, por tanto, se tiene: b = 2y 1 + z2 − 2zy 𝑏 = 2 × 0.5008 × 1 + 1.752 − 2 × 1.75 × 0.5008 𝐛 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟔𝟎 𝐦
  • 9. Determinación del espesor del canal Si un canal posee arenas o gravas limpias con poco material fino, debe ser revestido, el espesor del canal se determinará dependiendo de la capacidad del canal de acuerdo con los valores recomendados por el USBR.
  • 10. Determinación de la estabilidad del canal por medio de la fluencia de los sedimentos Datos generales T = 18 °C B = 0.27m 𝒀𝒏 = 0.5 𝑚 𝑺𝒐 = 0.00905 𝑹𝒉 = 0.25 m 𝑨 = 0.572 𝑚2 𝑷𝒎 = 2.285 m Valores referenciales: 𝜸𝒔 = 2100 (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎) 𝑘𝑔 𝑚3 𝜸𝒔 = 2685 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎) 𝑘𝑔 𝑚3 D50 = 0.004 m (arena) D50 = 0.006 m (grava) v = 1.061*10-6 m2/s (a 18°C)  Cortante 𝜏𝑜 = 𝛾𝑠 ∗ 𝑔 ∗ 𝑅ℎ ∗ 𝑆𝑜 𝜏𝑜 = 2100 ∗ 9.81 ∗ 0.25 ∗ 0.00905 𝜏𝑜 = 46.61 𝑁 𝑚2  Esfuerzo cortante adimensional 𝜏𝑜 = 𝜏𝑜 𝛾𝑠 − 𝛾𝑙 ∗ 𝑔 ∗ 𝐷50 𝜏𝑜 = 32.83 2100 − 1000 ∗ 9.81 ∗ 0.004 𝜏𝑜 = 0.761 Arena
  • 11.  Velocidad de corte 𝑢 = 𝜏𝑜 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑢 = 46.61 1000 𝑢 = 0.216 𝑚/𝑠  Reynolds 𝑅𝑒 = 𝐷∗ = 𝑢 ∗ 𝐷50 𝑣 𝑅𝑒 = 𝐷∗ = 0.216 ∗ 0.004 1.061 ∗ 10−6 𝑅𝑒 = 𝐷∗ = 814.326
  • 13.
  • 15. • Datos iniciales Diseño de la canaleta Parshall
  • 16. Diseño de la canaleta Parshall
  • 17. Diseño de la canaleta Parshall Vista superior Vista lateral
  • 18. TRAZADO DEL CANAL EN CIVIL 3D
  • 19. Radio del trazado – Norma técnica
  • 20. Radio del trazado – Norma técnica Datos: T = 2,0187 m Rh = 0,2504 m Radio mínimo para el trazado del canal: R min 1 = 5 * 2,0187 m R min 1 = 10,094 m Por seguridad se elige el mayor: R min = 10,094 m R min 2 = 20 * 0,2504 m R min 2 = 5,008 m
  • 23. Trazado del canal en Civil 3D
  • 25.
  • 26. Conclusiones • Para los diferentes cálculos realizados se utilizó diferentes fórmulas para obtener la máxima eficiencia del canal, el cual permite tener una sección óptima y económica considerando que la pendiente del canal a lo largo de su trayectoria será suficiente para evitar la acumulación de materiales y vegetación que puede interrumpir el flujo del canal. • Para el diseño del canal es importante considerar la topografía del terreno, puesto que desde ahi se deberá realizar el trazado del canal con diferentes cortes y rellenos, que deben cumplir la normativa y ser lo más eficientes y económicos posibles. Por otro lado, también es fundamental tener un diseño del canal que cumpla con todas las especificaciones para cumplir con la vida útil del proyecto.
  • 27. Recomendaciones  Adquirir conocimientos sobre las funciones y herramientas de programas vinculados al trazado y diseño de canales.  Emplear una sección trapezoidal.  Establecer una pendiente adecuada.  Investigar normativas internacionales o estandarizadas. TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal