DISEÑO DE CANALES CON FLUJO A TUBO

PARCIALMENTE LLENOS

M.Sc. Freddy M. Franco AlvaradoProfesor del Curso

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

Facultad de Ingeniería Civil

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Canales Parcialmente llenosEn algunas oportunidades los conductos cerrados,transportan el fluido como conducciones libres, tal esel caso de las tuberías del alcantarillado, los túneleshidráulicos y tramos de un sistema de canales.

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Para considerarlas como libres se supone que el gastono fluye llenando la sección por completo, de maneraque hemos de considerar este tipo de sección con unflujo parcialmente lleno.

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La tubería que trabaja parcialmente llena se característicapor la posibilidad de tener una velocidad media y ungasto mayor a los que corresponderían a tubo lleno.

Principales Características

Para tener velocidadmáxima en un tuboparcialmente lleno:

y/D = 0.813

Para tener gastomáximo:

y/D = 0.94

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Calculo de tubos circulares parcialmente llenos

Para ello utilizamos el grafico de elementos hidráulicosproporcionales, en el que se muestra que para cadarelación de y/D0 existe una relación de Caudales (Q/Q0),velocidades (V/V0), etc.Se pueden observar dos curvas para cada valor una con larugosidad a tubo lleno (N) y la otra para el tubo parcialmentelleno (n).No conviene diseñar para condición de gasto máximoporque la superficie libre esta tan cerca del extremo superiorque cualquier eventualidad disminuiría la capacidad deconducción. Es usual diseñar para un ángulo =240º

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Calculo para secciones en forma abovedadas

Estos cálculos se aplicangeneralmente paratúneles hidráulicos con unasección diferente de lacircular, la mas empleada esen forma de herradura, paraello utilizamos la tabla dePropiedades Hidráulicas deconductos en herradura(horse shoe).

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Ejemplo de Aplicación - CircularDiseñar un túnel de sección circular en roca, con unapendiente de 0.0016 a fin de que con la mínima área deexcavación conduzca un gasto de 10 m3/seg. ¿Con quetirante y velocidad se producirá el flujo?

y = 0.94D

Para tener mínima área deexcavación, el gasto debe serel máximo. Es decir y/D=0.94.Si observamos la curva decaudal para un “n” constante en el grafico de elementosproporcionales tiene un valormáximo cuando el tirante es 0.94D.

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Con el valor de y/D = 0.94, entramos en el grafico decaracterísticas geométricas y obtenemos:A/A0 = 0.975 , Si A0 = (D2)/4 A = 0.766D2

R/R0= 1.15 , Si R0 = D/4 R = 0.2875D

Reemplazado estos datos en la formula de Manning:

nSRAQ

2/13/2 ** 035.0

)0016.0(*)2875.0(*766.0102/13/22 DD

3.2604.0*435.0*766.0

035.0*103/8 D mD 40.3

220 85.8)4.3(*766.0 mA segmAQV /13.1/

mDy 20.3196.34.3*94.094.0

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Ejemplo de Aplicación - AbovedadoPor una alcantarilla de 60 cm de diámetro en forma abovedada, fluye un caudal de 80 l/s. la pendiente es de 0.0008. El coeficiente de Kutter (Manning) es de 0.015. calcular la velocidad.Si el flujo fuera a tubo lleno se tendría que:

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