Canales Abiertos

SOFTWAREPARAELDISEODECANALESABIERTOS

JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZAANDRESRICARDOREYESCARRILLOLUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ

UNIVERSIDADDELASALLEFACULTADDEINGENIERACIVIL

BOGOTD.C.2007

SOFTWAREPARAELDISEODECANALESABIERTOS

JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZAANDRESRICARDOREYESCARRILLOLUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ

TrabajodegradopresentadocomorequisitoparcialparaoptaralttulodeIngenieroCivil

Directortemtico

Ing.RobertoVsquezMadero

Asesorametodolgica

Mag.RosaAmparoRuizSaray

UNIVERSIDADDELASALLEFACULTADDEINGENIERACIVIL

BOGOTD.C.2007

Notadeaceptacin:

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________________________________

Firmadelpresidentedejurado

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Firmadeljurado

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Firmadeljurado

BogotD.C.20defebreroao2007

DEDICATORIA

Lacartaquedenominandedicatoria,quehaserbreveysucinta,conpropsitoy

espacio, llenadeverdadynodilatarseenlamemoriadehazaasdequienes le

pertenece, motivo por el cual de la manera mas humilde les presento esta

dedicatoriacomountesoroyunaofrenda.

Este trabajo representael frutodelesfuerzogeneradoduranteunprocesoenmi

vida,deboagradecerestelogrodemivida,noporcompromiso,ninecesidad,sino

pornoblezaylealtadatodoslaspersonasquemehanpermitidoaprenderyvivir

conellas.

Gracias a mi padre, que me enseo el significado de la perseverancia y me

entregolosvaloresquemehanpermitidoculminaresteproceso.

A mi madre, que me enseo el valor de los sacrificios y me enseo que de la

austeridadseaprendeysevaloralostesorosdelavida.

A mis hermanos Harold, quien siempre estuvo presente cuando necesite un

amigofielysinceroJair,quienconsunoblezayvirtud,siemprefueunmotivopara

seguiradelante.

Amis grandes amigos con quienes crec yme forme la gente del Inner Circle,

Freddy Prieto el mago Oscuro, Nidia Camargo La Tia, Alejandro Mogolln la

gente de la universidad y a todas aquellas personas que deuna u otramanera

hicieronunaportepositivoparamiproyectodevida.

A mis padres que me brindaron la solidez para lograrlo y me ensearon los

valoresparaconseguirelttulodeIngenieroCivil.

A mis compaeros de proyecto, Ricardo Reyes Lord Hariman y Lus Acosta

Luchini.DeRicardoReyesporserungranamigoquemehabrindadoconsejoy

conocimiento, a LusAcostapor brindarme su amistad, y conpues con ellos se

realizoestesueo.

AlasfamiliasMendoza,Rubio,Carrillo,Dazquemebrindaronsusinceraamistad.

Amisamigosdelauniversidad,FerleyDaz,JavierRubio,WilsonPatio,Edinson

Carreo,FernandoCastao,HelberthTorresydemsamigosquemebrindaron

suamistad,untesoroincunable.

AmimentorJ.R,quienmebrindalosconocimientosnecesariosparaalcanzarla

tananheladasabidura.Porlaconfianzaentregadaysuvaliosaamistad.

Amismaestrosquieneshanformadoenmelespritudeunhombre,lamentede

uningenieroyelcorazndeunpatriota.

A Friedrich Nietzsche, por ensearme la luz en medio de la penumbra y las

tinieblas.

ASir IsaacNewton,pordemostrarquese lograngrandescosassi teapoyasen

hombrosdegigantes.

A los ingenieros Antoine de Chzy y Robert Manning, por demostrar que los

ingenierostrasciendeneneltiempo.

Alahumanidadparalacualseentreganlosfrutosdeesteprocesopersonal,para

que los conocimientos entregados sean para el bienestar y prosperidad de la

humanidadengeneral.

AColombiayBogota,quienessonmicasaymi identidad,poradoptarmecomo

hijoydarmetodaslasherramientasparaserelmejor.

No pido a quienes les pertenece esta dedicatoria reciban este escrito bajo su

tutela, por que s que si no es buena, aunque lo ponga bajo la custodia de

Cerbero, y al cuidado de Sigfrido, no dejaran las lenguas maldicientes y

murmuradorasdemorderlaylacerarla,singuardarrespetoanadie.Sololespido,

comoquiennodicenada,estaesunaobraquefuelabradapormientendimiento,

presumieran ponerla al lado de las mas pintadas. Tal es, que yo quedo aqu

contentsimoporparecermeenalgoeldeseoquetengodeserviralaHumanidad,

amipasyamiprofesin.

Lapotenciaintelectualdeunhombresemideporladosisdehumorqueescapaz

deutilizarFriedrichNietzsche.

JAIROALEXANDERBARRAGANMENDOZA

DEDICATORIA

Larealizacindeesteproyecto,reflejalosprimerosfrutosdeunarduocaminoque

herecorrido,yqueanfaltaporrecorrer.Convirtindoseesteproyectoenelpunto

departidademividaprofesional.

Amimam,quienconsuesfuerzo,dedicacin,apoyo,confianzaysabidura,supo

guiarmeporelcaminocorrectoyhoylogroconvertirunhijoenunprofesionaldela

ingeniera.Tedoygraciasmamporhabermedadoelregalomsgrandequeme

hayaspodidodaryquenadiemeloquitara,elestudio.

A mi pap, que con sus consejos supo orientarme en el momento que lo

necesitabaysusejemplosmehicieronver,yentendermuchascosasdelavida.

Amisabuelos,puessuapoyoincondicional,atencinyamor,fueronimportantes

para la formacin comoprofesional, ademsdarles gracias por su compaa en

estosltimosaosquehemosvividoyaesaspequeascomidasqueladierona

conocerenlauniversidad.

AmihermanoMauricio,queesmimotivodeseguiradelanteydejarleuncamino

labradoyconpuertasabiertasparaquesaquesumayorprovecho.

AmihermanaMnica,porsuspalabrasyconfidenciasquedeunauotramanera

hansidounaporteamiproyectodevida.

A mi familia, quien me apoy cuando mas lo necesite y gracias a ellos logre

alcanzarunametams.

A mis compaeros de proyecto, Jairo Barragn y Lus Acosta, pues con la

realizacindeesteproyectopudimoscompartirmuchascosas.

A mis amigos de la universidad, Carlos Porras, Alfonso Correa,Wilson Patio,

FerleyDaz,ClaudiaGamez,EdinsonCarreo,JavierRubio,FernandoCastao,

DianaHilarin,DiegoLozano,CamiloCastro,MarioRodrguez,CarlosBallesteros

ydemsamigosquenoscolaborarondirectaoindirectamenteenlarealizacinde

esteproyecto.

A todas aquellas personas que estuvieron cerca y que a pesar de la distancia

aportaronsugranitodearena,yhanhechodem, lapersonaquesoy,yaestar

dondeestoy.

ANDRSRICARDOREYESCARRILLO

DEDICATORIA

Este trabajo representa la obtencindemi titulo de IngenieroCivil no conantes

agradecerlesatodaslaspersonasquehicieronpresenciadeunayotraformaen

laobtencindeeste.

AmiPadrequemeguisiempreporelcaminodelbienyestuvoconmigoenlas

buenasylasmalas.

AmiMadrequeaunquenoesteacompandomeencuerposiempreloestuvoen

alma para ella el mas grande de mis agradecimientos donde quiera que este

porquesoloellasabecuantolaextraoytodoloquesoygraciasaella.

AmishermanitasNoraLilianayJuliethMarcelaquelasamocontodomicorazn,

ygraciaspor todoeseapoyo incondicionalquesiempremedieronyqueespero

seguirrecibindolo.

A toda mi familia mi abuela Amaita , mi abuela Ceferina , mis tos Orlando

VelsquezyOrlandoAcostaymistasAmanda,CeciliaYolandaycarmenamis

primos Hernn Daro el gran Buche de puerco, jorgeMario, Karen Liseth, Gina

Paola,OlgaLucia,DiegofranciscoySandra.

AmisamigosycompaerodetesisJairoyRichiquesinellosnadadeestoseria

posible y por supuesto que no se pierdan y esta amistad no quede solo aqu

aprendyquieroseguiraprendiendomuchodeellosypormuchotiempomas.

AmisamigosdelbarrioJuanCarlos,Quito,Lalo,Pachito,Pacheco,Nando,Leo,y

amigranamigoDanielBohrquezquelastimosamentesenosfuedeestemundo

peroparadondeesteesparaelestatesisconmuchoaprecioycariomicerdito,y

como no a mi gran amigo o hermanazo Andrs Villate que gracias a el que es

comomipadreymihermanoalavezelquemeaconsejayacompaaentodas

lascosasdelavidaunseorentodoelsentidodelapalabraperomequedocorto

conpalabrasporesolasdejoaquyselasestardiciendosiemprepersonalmente

hastaquelavidamelopermitayatodasufamiliaespecialmenteadoaMiriammi

segundamadresisepuededecirasporqueaslosientoylaquierocontodomi

corazn y adems que a sido mi gran apoyo desde todos los buenos y

especialmente losmalosmomentos les podra decirmi segunda familia y como

sacaraJuancascoyaMiqueridoJulioVillatequeestnypertenecenamigran

familia.

Amisamigosdelauniversidadalgunosqueaunquelosconocmuy tarde tienen

ungranespacioenmicoraznGermanCubillos ,OmarEduardo,elPaisa,caro,

Pinky,germanRomero,Yesid,pacho,Daniela,ytodoslosdemsqueestuvieron

engrandesychicosmomentosconmigo,ycomovoyaolvidaraunadelasmas

importantemividaalejaalamujerqueamocontodomicoraznylaqueespero

seguir amando toda mi vida y claro si dios me lo permite estar con ella

acompandolaelrestodesuvidacomoungrancompaeroporquesiesdedecir

esunadelasquemasmehasoportadotodasmiscagadasplantadasydemaste

amoyteamocontodomicoraznasufamiliaenlacualtambinsentsiempre

ungranapoyosumadreGladisaJuanchoyasushermanosluisitaporsupuesto

consubellahijaMariaJosasuhermanodiegohijoyfamilia.

Graciasdeantemanoatodasesaspersonasquedeprontoestnyestuvieroncon

unoen esteuotromomentoyno loshaycitadoenestas letrasestas perode

verdadesquesonmuchosylalistaseriademasiadagrandedetodasmanerasa

ellostambinlasmismasgraciasylosquieromucho.

LUISEDUARDOACOSTAVELASQUEZ

AGRADECIMIENTOS

Losautoresexpresanelreconocimiento:

AlIngenieroHECTORVEGA,porelapoyoyladedicacinqueprestoduranteeste

procesoylaamistadquebrind.

AROSAAMPARORUIZSARAY,porelapoyoyladedicacinqueprestodurante

esteprocesoylaamistadquebrind.

A ROBERTO VASQUEZ MADERO, por el apoyo y la dedicacin que presto

duranteesteprocesoylaamistadquebrind.

A todos los educadores que aportaron enseanza y valores representados en

estelargoprocesodeaprendizajeyformacin.

ATuxstoneTechnologies,porsusasesoriasydedicacionenespecialalIngeniero

JuanFajardo.

AC.O.E.C,porladedicacionylasherramientaspuestasanuestroservicio,unade

lasgrandescompaasdeingenieraenColombia.

A TODAS, aquellas personas que de una u otra forma colaboraron en la

realizacindelpresentetrabajo.

CONTENIDO

CONTENIDO 14

LISTADECUADROS 20

LISTADEECUACIONES 21

LISTADEFIGURAS 27

LISTADEFIGURAS 27

LISTADEIMGENES 30

LISTADETABLAS 32

GLOSARIO 33

GLOSARIO 33

INTRODUCCIN 46

1. ELPROBLEMA 49

1.1 LNEA 49

1.2 TTULO 49

1.3 DESCRPCIN DEL PROBLEMA 49

1.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA 51

1.5 JUSTIFICACIN 51

1.6 OBJETIVOS 52

1.6.1 OBJETIVOGENERAL 52

1.6.2 OBJETIVOSESPECFICOS: 52

2. MARCOREFERENCIAL 54

2.1 MARCO TEORICO 54

2.1.1 FLUJOENCANALESABIERTOS, 55

2.1.1.1 TIPOSDEFLUJO 56

2.1.1.1.1 FLUJOUNIFORME 57

2.1.1.1.2 FLUJOVARIADO 58

2.1.1.1.3 FLUJOPERMANENTE 59

2.1.1.1.4 FLUJONOPERMANENTE 60

2.1.1.1.5 FLUJOUNIFORMEPERMANENTE 61

2.1.1.1.6 FLUJOUNIFORMENOPERMANENTE 62

2.1.1.1.7 FLUJOVARIADOPERMANENTE 63

2.1.1.1.8 FLUJOVARIADONOPERMANENTEOINESTABLEOFLUJONOPERMANENTE 64

2.1.1.1.9 FLUJOESPACIALMENTEVARIADO 65

2.1.2. INFLUENCIADELAVISCOSIDAD,LADENSIDADYLAGRAVEDADSOBREELFLUJO 65

2.1.2.1 EFECTODELAVISCOSIDADSOBREELFLUJO 66

2.1.2.2 EFECTODELADENSIDADDELLQUIDOSOBREELFLUJO 68

2.1.2.3 EFECTODELAGRAVEDADSOBREELFLUJO 68

2.1.2.3.1 FLUJOSUBCRTICO 69

2.1.2.3.2 FLUJOCRITICO 69

2.1.2.3.3 FLUJOSUPERCRTICO 69

2.1.3 CLASESDECANALESYSUSPROPIEDADES 69

2.1.3.1 CANALESNATURALES 69

2.1.3.2 CANALESARTIFICIALES 70

2.1.4 LASECCINTRANSVERSALENLOSCANALESABIERTOS 74

2.1.4.1 ELEMENTOSGEOMTRICOSDELASECCINDEUNCANAL 76

2.1.4.1.1 PROFUNDIDADDELAGUA 76

2.1.4.1.2 REAMOJADA 78

2.1.4.1.3 PERMETROMOJADO 78

2.1.4.1.4 RADIOHIDRULICO 78

2.1.4.1.5 ANCHOSUPERFICIAL 78

2.1.4.1.6 PROFUNDIDADHIDRULICA 78

2.1.4.1.7 TALUDDELAPAREDLATERALDELCANAL 78

2.1.4.1.8 ANCHODELFONDODELCANAL 78

2.1.4.1.9 FACTORDESECCINPARAELCLCULODELFLUJOCRITICO 79

2.1.4.1.10 FACTORDESECCINPARAELCLCULODEFLUJOUNIFORME 79

2.1.4.1.11 ELEMENTOSGEOMTRICOSDESECCIONESDECANALES 79

2.1.5 CARACTERSTICASDELFLUJOENLASSECCIONESMSUSADAS 80

2.1.5.1 FLUJOENUNCANALDESECCINCIRCULAR, 80

2.1.5.2 FLUJOENCANALESRECTANGULARESMUYANCHOS 80

2.1.6 DISTRIBUCINDELAVELOCIDADENLASECCINDEUNCANAL 81

2.1.6.1 MEDICINDELAVELOCIDADENUNCANALABIERTO 84

2.1.6.1.1 MTODO0.6Y 84

2.1.6.1.2 MTODO0.2Y 0.8Y 84

2.1.6.1.3 CONDICIONESGENERALESDELOSMTODOSPARAMEDIRLAVELOCIDAD 84

2.1.6.2 COEFICIENTESDEDISTRIBUCINDEVELOCIDAD 86

2.1.6.2.1 COEFICIENTEDEENERGA 86

2.1.6.2.2 COEFICIENTEDEMOMENTUM 87

2.1.7 DISTRIBUCINDEPRESIONESENLASECCINDEUNCANAL 88

2.1.7.1 FLUJOPARALELO 89

2.1.7.2 FLUJOCURVILNEO 89

2.1.7.2.1 FLUJOCONVEXO 89

2.1.7.2.2 FLUJOCNCAVO 89

2.1.7.3 EFECTODELAPENDIENTEDELCANALSOBRELADISTRIBUCINDEPRESIONES 90

2.1.8 ENERGAYMOMENTUM 92

2.1.8.1 ENERGAESPECIFICA 95

2.1.8.1.1 CURVADEENERGAESPECIFICA 98

2.1.8.1.2 CARACTERSTICASDELACURVADEENERGA 98

2.1.8.2 CLASIFICACINDELFLUJO 100

2.1.8.2.1 FLUJOSUBCRTICO 101

2.1.8.2.2 FLUJOCRITICO 101

2.1.8.2.3 FLUJOSUPERCRTICO 102

2.1.8.3 DETERMINACINDELFLUJOCRITICO 104

2.1.8.3.1 PROPIEDADESGENERALESDELFLUJOCRTICO 106

2.1.8.3.2 FLUJOCRTICOENUNASECCINRECTANGULAR 108

2.1.8.4 FENMENOSLOCALES 109

2.1.8.4.1 CADAHIDRULICA 109

2.1.8.4.2 SALTOHIDRULICO 110

2.1.8.4.3 PROFUNDIDADESALTERNAS 112

2.1.8.5 MOMENTUM 113

2.1.8.5.1 VOLUMENDECONTROL 113

2.1.8.5.2 ECUACINDEFUERZAESPECIFICA 115

2.1.8.5.3 FUERZAESPECIFICAENUNCANALDESECCINRECTANGULAR 115

2.1.8.5.4 CURVADEFUERZAESPECIFICA 118

2.1.8.5.5 PROFUNDIDADESSECUENTES 120

2.1.8.6 PRDIDADEENERGAENUNRESALTOHIDRULICO 123

2.1.8.6.1 LALONGITUDDELRESALTO 126

2.1.8.6.2 POTENCIADISIPADA 128

2.1.8.7 FUERZASOBRELAESTRUCTURAENELRESALTO 129

2.1.9 FLUJOUNIFORME 131

2.1.9.1 TIPOSDEFLUJOUNIFORME 132

2.1.9.2 ECUACIONESDEVELOCIDADDEFLUJO 133

2.1.9.3 ECUACINDECHZY 134

2.1.9.4 EXPRESIONESPARAELFACTORDERESISTENCIACENLAECUACINDECHZY 137

2.1.9.4.1 FRMULADEKUTTER GANGUILLET 137

2.1.9.4.2 FRMULADEKUTTER, 138

2.1.9.4.3 FRMULADEMANNING 138

2.1.9.4.4 FRMULADEBAZIN 145

2.1.9.4.5 FRMULALOGARTMICA 146

2.1.9.4.6 ECUACINDEDARCYWEISBACH 148

2.1.9.5 CANALESCONRUGOSIDADESCOMPUESTAS 150

2.1.9.5.1 PRINCIPIODESUPERPOSICIN 150

2.1.9.5.2 DIVIDIRLASECCINTRANSVERSAL 152

2.1.9.6 PRDIDASDEENERGAENUNCANAL 153

2.1.10 DISEODECANALESENFLUJOUNIFORME 154

2.1.10.1 CRITERIOSPARAELDISEODECANALES 154

2.1.10.2 INFORMACINBSICADEDISEO 155

2.1.10.3 PARMETROSDEDISE 156

2.1.10.4 ESTUDIOAMBIENTALYECOLGICO 157

2.1.10.5 CASOSDEDISEO 159

2.1.10.5.1 CANALESREVESTIDOSONOEROSIONABLES 159

2.1.10.5.2 CANALESNOREVESTIDOSOEROSIONABLES 159

2.1.10.6 DISEODECANALESREVESTIDOSONOEROSIONABLES 160

2.1.10.6.1 SECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 160

2.1.10.7 DISEODECANALESNOREVESTIDOSOEROSIONABLES 172

2.1.10.7.1 MTODODELAVELOCIDADMXIMAPERMISIBLE 173

2.1.10.7.3 MTODODELASECCINHIDRULICAMENTEESTABLE 193

2.1.10.8 PRDIDASPORINFILTRACINENCANALES 204

2.1.10.9 DISEODETRANSICIONES 207

2.2 MARCO CONCEPTUAL 212

2.2.1 CANAL 212

2.2.2 DISEODECANALES 213

2.2.3 SOFTWARE 213

2.3 MARCO LEGAL 213

2.3.1 NORMAS 213

2.3.2 NORMASTCNICASCOLOMBIANAS 213

2.3.3 NORMASTCNICASISO 214

3. METODOLOGA 214

3.1 DISEO DE LA INVESTIGACIN 215

3.2 OBJETODEESTUDIO 217

3.3 VARIABLES 218

4. TRABAJOINGENIERIL 218

4.1 DESARROLLO 219

4.1.1 IDENTIFICACINDELLENGUAJEDEPROGRAMACIN 219

4.1.2 IDENTIFICACINDELOSPRINCIPIOSFSICOSYDEFINICIONESQUEINTERVIENENENEL

DISEO. 219

4.1.3 IDENTIFICACINDELOSPRINCIPALESMTODOSDEDISEODECANALES 221

4.2 SOFTWARE 222

4.2.1 EJEMPLOPARAELCALCULODELAFUERZAESPECIFICAENUNASECCINRECTANGULAR.

223

4.2.2 EJEMPLOPARAELDESARROLLODEUNAPRACTICADELABORATORIO. 226

4.3 MANUAL DE USUARIO OPEN FLOWUNISALLE 232

4.4 DOCUMENTO ESCRITO DIGITALIZADO 232

4.5 CODIGO FUENTE 232

5. COSTOSTOTALESDELAINVESTIGACIN 233

5.1 RECURSOS MATERIALES 233

5.2 RECURSOS INSTITUCIONALES 234

5.3 RECURSOS TECNOLGICOS 234

5.4 RECURSOS HUMANOS 235

5.5 RECURSOS FINANCIEROS 235

6. CONCLUSIONES 237

7. RECOMENDACIONES 245

BIBLIOGRAFA 247

ANEXOS 250

ANEXO 1 SOFTWARE OPEN FLOWUNISALLE 250

ANEXO 2 MANUAL DE USUARIO OPEN FLOWUNISALLE 251

ANEXO 3 DOCUMENTO ESCRITO DIGITAL 344

ANEXO 4 CODIGO FUENTE 345

LISTADECUADROS

CUADRO1.ANLISISDELASVARIABLES 218

LISTADEECUACIONES

ECUACIN1DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALALONGITUD 57

ECUACIN2DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALA

LONGITUD 57

ECUACIN3DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALALONGITUD 57

ECUACIN4DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALALONGITUD 58

ECUACIN5DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALA

LONGITUD 58

ECUACIN6DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALTIEMPO 60

ECUACIN7DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOALTIEMPO

60

ECUACIN8DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALTIEMPO 60

ECUACIN9DERIVADAPARCIALDELAVELOCIDADRESPECTOALTIEMPO. 61

ECUACIN10DERIVADAPARCIALDELAPROFUNDIDADDELFLUJORESPECTOAL

TIEMPO. 61

ECUACIN11DERIVADAPARCIALDELCAUDALRESPECTOALALONGITUD. 65

ECUACIN12NUMERODEREYNOLDS 66

ECUACIN13NUMERODEREYNOLDSPARACANALESABIERTOS 67

ECUACIN14NUMERODEREYNOLDSPARAUNALONGITUDCARACTERSTICADE

CUATROVECESELRADIOHIDRULICO 67

ECUACIN15NUMERODEFROUDE 68

ECUACIN16RELACINENTRELAPROFUNDIDADDELAGUAYELNGULODELA

PENDIENTEDELFONDODELCANAL. 77

ECUACIN17DEFINICINDELRADIOHIDRULICO 78

ECUACIN18DEFINICINDELAPROFUNDIDADHIDRULICA. 78

ECUACIN19DEFINICINDEFACTORDESECCIN 79

ECUACIN20RADIOHIDRULICOPARAUNCANALDESECCINRECTANGULAR. 81

ECUACIN21APROXIMACINDELRADIOHIDRULICOENUNCANALDESECCIN

RECTANGULAR 81

ECUACIN22VELOCIDADMEDIAENUNCAUSEDIVIDIDOPORFRANJAS 85

ECUACIN23COEFICIENTEDEENERGA 87

ECUACIN24COEFICIENTEDEMOMENTUM. 88

ECUACIN25ALTURAPIEZOMTRICAENFUNCINDELAPROFUNDIDADMEDIDA

VERTICALMENTE 90

ECUACIN26ALTURAPIEZOMTRICAENFUNCINDELASPROFUNDIDADMEDIDA

PERPENDICULARMENTE 90

ECUACIN27ENERGATOTALPARAENUNCANALABIERTOCONFLUJOGRADUALMENTE

VARIADO 92

ECUACIN28ENERGATOTALENUNCANAL 93

ECUACIN29ENERGATOTALPARACANALESCONPENDIENTESBAJAS 93

ECUACIN30ENERGATOTALENTREDOSPUNTOSENUNCANAL 94

ECUACIN31ENERGATOTALENTREDOSPUNTOSENUNCANALDEPENDIENTE

PEQUEA 95

ECUACIN32ECUACINDEENERGADEBERNOULLI 95

ECUACIN33ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELAALTURA

PIEZOMTRICA. 95

ECUACIN34ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELA

PROFUNDIDADPERPENDICULARALFONDODELCANALDESDELASUPERFICIEDEL

LIQUIDO 95

ECUACIN35ENERGAESPECIFICAENUNCANALABIERTO,ENFUNCINDELA

PROFUNDIDADVERTICALDELLIQUIDOALFONDODELCANAL. 95

ECUACIN36ENERGAESPECIFICAPARAUNCANALDEBAJAPENDIENTE,ENFUNCIN

DELAPROFUNDIDADVERTICALDELLIQUIDO 95

ECUACIN37ECUACINDECONTINUIDAD 97

ECUACIN38VELOCIDADENFUNCINDELCAUDAL 97

ECUACIN39ECUACINGENERALDEENERGAESPECIFICA 97

ECUACIN40ENERGAESPECIFICAENUNCANALENFUNCINDEUNCAUDALUNITARIO

97

ECUACIN41ECUACINDIFERENCIADELFLUJOCRITICO 104

ECUACIN42ENERGAESPECIFICA 104

ECUACIN43ECUACINGENERALDELFLUJOCRTICO 105

ECUACIN44ESTADOCRTICODEFLUJO 106

ECUACIN45CONDICINGENERALDELFLUJOCRTICO 106

ECUACIN46CAUDALTOTALENUNCANALRECTANGULAR,ENFUNCINDELCAUDAL

UNITARIO. 108

ECUACIN47PROFUNDIDADCRTICAPARAUNA SECCINRECTANGULAR. 108

ECUACIN48ENERGAMNIMAENUNCANALRECTANGULAR,ENFUNCINDELA

PROFUNDIDADCRITICA. 109

ECUACIN49RELACINDEENERGAESPECIFICA,PARADETERMINARLASALTURAS

ALTERNAS 113

ECUACIN50ECUACINPARAELCLCULODELASPROFUNDIDADESALTERNAS 113

ECUACIN51ECUACINDEAPLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUM 114

ECUACIN52ECUACINDEAPLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUMPARACANALES

LISOSYDEBAJAPENDIENTE. 114

ECUACIN53DEFINICINDELAFUERZAHIDROSTTICA. 115

ECUACIN54FUERZAESPECIFICAPORUNIDADDEANCHO. 115

ECUACIN55ECUACINDEFUERZAESPECIFICA. 115

ECUACIN56ECUACINDEFUERZAESPECIFICA 116

ECUACIN57ECUACINDEFUERZAESPECIFICAPARALASSECCIONES(1)Y(2),

FIGURAS32Y33. 117

ECUACIN58ECUACINDEFUERZAESPECFICAPARAUNCANALDESECCIN

RECTANGULAR. 117

ECUACIN59FUERZAESPECIFICAPORUNIDADDEANCHO 118

ECUACIN60PROFUNDIDADCRITICADEFLUJODEUNCANAL,ENFUNCINDELCAUDAL

UNITARIO. 119

ECUACIN61FUERZAESPECIFICAMNIMAPARAELFLUJOENUNCANALABIERTO. 119

ECUACIN62NUMERODEFROUDEENFUNCINDELCAUDALUNITARIO 122

ECUACIN63RELACINENTRELASPROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS 123

ECUACIN64PRDIDASDEENERGAENUNRESALTOHIDRULICO. 124

ECUACIN65RELACIN 1yLj PARACANALESPRISMTICOSDECUALQUIERFORMA. 127

ECUACIN66RELACIN 1yLr PARACANALESANCHOS 128

ECUACIN67POTENCIADISIPADAENUNRESALTO 129

ECUACIN68ECUACINDEAPLICACINDEMOMENTUMPARADETERMINARLAFUERZA

SOBREUNAESTRUCTURA 130

ECUACIN69ECUACINDEAPLICACINDEMOMENTUMPARADETERMINARLAFUERZA

SOBREUNAESTRUCTURAENUNCANALDEBAJAPENDIENTEYLISO. 130

ECUACIN70ECUACINGENERALPARADETERMINARLAFUERZASOBREUNA

ESTRUCTURA. 131

ECUACIN71FORMAGENERALDELASECUACIONESDEVELOCIDADENFLUJO

UNIFORME. 134

ECUACIN72ECUACINDECHZY 134

ECUACIN73ECUACINDECHZYPARAFLUJOUNIFORME 134

ECUACIN74FUERZATOTALRESISTENTEALFLUJOENUNCANALCONFLUJO

UNIFORME 135

ECUACIN75FRMULADEKUTTERGANGUILLET,PARAUNIDADESDELSISTEMA

INTERNACIONAL 138

ECUACIN76FRMULADEKUTTER,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL 138

ECUACIN77FRMULADEMANNING,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL139

ECUACIN78ECUACINDEMANNINGPARAFLUJOUNIFORMEENUNIDADESDEL

SISTEMAINTERNACIONAL 139

ECUACIN79ECUACINDEMANNINGPARACAUDALENUNIDADESDELSISTEMA

INTERNACIONAL 139

ECUACIN80ECUACINGENERALDEMANNING 139

ECUACIN81FRMULADEBAZIN,PARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL. 146

ECUACIN82FRMULALOGARTMICAPARAUNIDADESDELSISTEMAINTERNACIONAL.

147

ECUACIN83FRMULALOGARTMICAGENERALIZADAPARAUNIDADESDELSISTEMA

INTERNACIONAL. 147

ECUACIN84ESFUERZOCORTANTEENELFONDODELCANAL 148

ECUACIN85COEFICIENTEDERESISTENCIAALFLUJO,SEGNLAECUACINDEDARCY

WEISBACH 148

ECUACIN86ECUACINDEDARCYWEISBACH 149

ECUACIN87ECUACINDECOLEBROOKYWHITE 149

ECUACIN88COEFICIENTEDERESISTENCIAALFLUJO,SEGNLAECUACINDEDARCY

WEISBACH 149

ECUACIN89COEFICIENTEDERUGOSIDADEQUIVALENTEPARACANALESDESECCIN

COMPUESTA 151


COMPUESTA 151


COMPUESTA 152

ECUACIN92PRDIDASPORFRICCINENCANALES 153

ECUACIN93BORDELIBREPARACANALES 157

ECUACIN94READELASECCINTRAPEZOIDAL 164

ECUACIN95PERMETROMOJADODELASECCINTRAPEZOIDAL 164

ECUACIN96PERMETROMOJADODEUNASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDEL

REAYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165

ECUACIN97READELASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDELAPENDIENTE

LATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165

ECUACIN98ANCHODEFONDODEUNCANALTRAPEZOIDALENFUNCINDELA

PENDIENTELATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 165

ECUACIN99PERMETROMOJADODEUNASECCINTRAPEZOIDALENFUNCINDELA

PENDIENTELATERALYLAPROFUNDIDADDELFLUJO 166

ECUACIN100PENDIENTELATERALPARALACUALSEOBTIENEELMNIMOPERMETRO

MOJADOENUNCANALTRAPEZOIDECUALQUIERA 167

ECUACIN101REAENUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCINHIDRULICAPTIMA

167

ECUACIN102PERMETROMOJADOPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN

HIDRULICAPTIMA 167

ECUACIN103RADIOHIDRULICOPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN

HIDRULICAPTIMA 167

ECUACIN104ANCHOSUPERFICIALPARAUNASECCINTRAPEZOIDALCONSECCIN

HIDRULICAPTIMA 167

ECUACIN105PROFUNDIDADDELFLUJOPARAELDISEODEUNCANALREVESTIDO

CONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA. 169

ECUACIN106ANCHODEFONDODECANAL,ELDISEODEUNCANALREVESTIDOCON

SECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 169

ECUACIN107ANCHODEFONDODECANALAMEDIOESPESORELDISEODEUNCANAL

REVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 169

ECUACIN108ANCHODEFONDOTOTALDECANAL,ELDISEODEUNCANAL


ECUACIN109VOLUMENDEMATERIAAEXCAVARPARAELDISEODEUNCANAL


ECUACIN110COSTODELAEXCAVACINPARAELDISEODEUNCANALREVESTIDO

CONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 171

ECUACIN111COSTODELTRANSPORTEDELMATERIALDELAEXCAVACINPARAEL

DISEODEUNCANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 171

ECUACIN112VOLUMENDELMATERIALAUTILIZARCOMOREVESTIMIENTOELDISEO

DEUNCANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 172

ECUACIN113COSTODELMATERIALDEREVESTIMIENTOPARAELDISEODEUN

CANALREVESTIDOCONSECCINHIDRULICAMENTEPTIMA 172

ECUACIN114ESFUERZOCORTANTEENELFONDODEUNCANALMUYANCHO 179

ECUACIN115FUERZATRACTIVAUNITARIAENELTALUDDEUNCANAL 182

ECUACIN116FUERZATRACTIVAUNITARIAENELFONDODEUNCANAL 183

ECUACIN117RAZNDELAFUERZATRACTIVA 183

ECUACIN118ESFUERZOTRACTIVOCRITICO 196

ECUACIN119ESFUERZOTRACTIVOCRITICOSOBRELOSTALUDESDELCANAL. 196

ECUACIN120ESFUERZOTRACTIVOENELCENTRODELCANALCONPROFUNDIDADYN

196

ECUACIN121PROFUNDIDADDELFLUJOENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL,

DELNGULODELTALUDYDELNGULODELAPARTCULADEREPOSO. 197

ECUACIN122ECUACINDIFERENCIALDELASECCINTRANSVERSALDEUNCANAL

CONSECCINHIDRULICAMENTEESTABLE 197

ECUACIN123PROFUNDIDADDELFLUJOENUNCANALCONSECCIN

HIDRULICAMENTEESTABLE,ENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL. 198

ECUACIN124PROFUNDIDADDELFLUJOENUNCANALCONSECCIN

HIDRULICAMENTEESTABLE,ENFUNCINDELAPROFUNDIDADNORMAL. 198

ECUACIN125REAMOJADADELASECCINDEMAYOREFICIENCIAHIDRULICA 198

ECUACIN126PERMETROMOJADODELASECCINDEMAYOREFICIENCIAHIDRULICA

199

ECUACIN127SOLUCINDELAINTEGRALELPTICADESEGUNDOTIPO 199

ECUACIN128CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCINDEMAYOR

EFICIENCIAHIDRULICA 199

ECUACIN129CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCIN

HIDRULICAESTABLECUANDO QQD > 200

ECUACIN130CAUDALPARAUNCANALNOREVESTIDOCONDELASECCIN

HIDRULICAESTABLECUANDO QQD < . 201

ECUACIN131CAUDALTERICOENLASECCINHIDRULICAMENTEPTIMA,EN

FUNCINDELREAHIDRULICA 202

ECUACIN132CAUDALDEDISEOENLASECCINHIDRULICAMENTEPTIMA,EN

FUNCINDELREAHIDRULICA 202

ECUACIN133DETERMINACINDEL ''T PARALASECCINHIDRULICAESTABLE

CUANDO QQD < . 203

ECUACIN134PRDIDAPORTRANSICINENFLUJOACELERADO 21 VV < . 210

ECUACIN135PRDIDASPORTRANSICINENFLUJORETARDADO, 21 VV

LISTADEFIGURAS

FIGURA1FLUJOLIBRE 56

FIGURA2FLUJOUNIFORMEENUNCANALDELABORATORIO 58

FIGURA3FLUJOVARIADO 59

FIGURA4FLUJOPERMANENTE 60

FIGURA5FLUJONOPERMANENTE 61

FIGURA6FLUJOUNIFORMEPERMANENTE 62

FIGURA7FLUJOUNIFORMENOPERMANENTE. 63

FIGURA8FLUJOVARIADO. 64

FIGURA9FLUJOVARIADONOPERMANENTE. 65

FIGURA11FLUJOESPACIALMENTEVARIADO.A)SUMIDEROCONDESCARGACOMPLETA.

65

FIGURA12SECCINTRANSVERSALDEUNCAUSEIRREGULAR 75

FIGURA13SECCINTRANSVERSALDEUNCAUCEPRISMTICODEFORMA

TRAPEZOIDAL. 75

FIGURA14SECCIONESCOMUNESENCANALESPRISMTICOS 76

FIGURA15RELACINENTRELAPROFUNDIDAD(Y)YLAPROFUNDIDAD(D) 77

FIGURA16.DISTRIBUCINDEVELOCIDADESENSECCIONESTRANSVERSALESDE

DIFERENTEFORMA.TOMADODEHIDRULICADE CANALESABIERTOS.CHOW,V.T

2000 82

FIGURA17EFECTODELARUGOSIDADENLADISTRIBUCINDEVELOCIDADESENUN

CANALABIERTO.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.

2000 83

FIGURA18SECCINTRANSVERSALDEUNCAUCEDIVIDIDOENFRANJAS. 85

FIGURA19DISTRIBUCINDEPRESIONESENCANALESRECTOSYCURVOSCON

PENDIENTEPEQUEAUHORIZONTAL.A)FLUJOPARALELO,B)FLUJOCONVEXO,C)

FLUJOCNCAVO.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.

2000CHOW,V.T.2000 89

FIGURA20DISTRIBUCINDEPRESIONESENUNFLUJOPARALELOENCANALESDE

PENDIENTEALTA.TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.

2000. 91

FIGURA21ENERGATOTALPARACANALESABIERTOS 93

FIGURA22ENERGADEUNFLUJOGRADUALMENTEVARIADOENCANALESABIERTOS 94

FIGURA23COMPONENTESDELAENERGAESPECIFICA 96

FIGURA24CANALDESECCINRECTANGULAR 97

FIGURA25CURVADEENERGAESPECFICA 100

FIGURA26FLUJOSUBCRTICO 101

FIGURA27FLUJOCRTICO 102

FIGURA28FLUJOSUPERCRTICO 103

FIGURA29ELEMENTODIFERENCIALENLASECCINDEUNCANAL 105

FIGURA30CADAHIDRULICACONSURESPECTIVACURVADEENERGAESPECFICA 110

FIGURA31RESALTOHIDRULICOCONSUSCURVASDEENERGAESPECIFICAYFUERZA

ESPECIFICA. 111

FIGURA32PROFUNDIDADESALTERNASENLACURVADEENERGAESPECFICA. 112

FIGURA33APLICACINDELPRINCIPIODEMOMENTUM 114

FIGURA34CANALDESECCINRECTANGULAR. 116

FIGURA35CURVADEFUERZAESPECFICAPARAFLUJOENCANALESABIERTOS. 120

FIGURA36PROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS,REPRESENTADASENLA

CURVADEFUERZAESPECIFICA. 121

FIGURA37A)PRDIDADEENERGAENUNRESALTO.B)LONGITUDDELRESALTO

HIDRULICO. 125

FIGURA38FUERZASOBRELAESTRUCTURAENUNRESALTOHIDRULICO. 129

FIGURA39DEMOSTRACINDELAECUACINDECHZYPARAUNCANALCONFLUJO

UNIFORME. 136

FIGURA40CANALCONRUGOSIDADCOMPUESTA 150

FIGURA41SECCIONESTRANSVERSALESDECAUDALMXIMO 162

FIGURA42PROPIEDADESDEGEOMTRICASDELASPRINCIPALESSECCIONES 162

FIGURA43COMPONENTESDEUNCANALREVESTIDO. 169

FIGURA44DISTRIBUCINTPICADEFUERZATRACTIVAENUNCANALTRAPEZOIDAL.

TOMADODEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000. 180

FIGURA45ANLISISDEFUERZASACTUANTESENUNAPARTCULAQUEESTA

SUSPENDIDAENELFONDODEUNCANAL 182

FIGURA46ESFUERZOSTRACTIVOSESFUERZOCORTANTETRACTIVOMXIMOENFUNCIN

DE oSy g .A)PARALOSTALUDESYB)PARAELFONDODELCANAL.TOMADODE

HIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988. 184

FIGURA47NGULOSDEREPOSOPARAMATERIALESNOCOHESIVOS.TOMADODE

HIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988 186

FIGURA48ESFUERZOSTRACTIVOSPERMISIBLESRECOMENDADOSPARACANALES

CONSTRUIDOSENMATERIALNOCOHESIVO,LANE(1955).TOMADODEHIDRULICA

DECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H1988 188

FIGURA49ESFUERZOSTRACTIVOSPERMISIBLESRECOMENDADOSPARACANALES

CONSTRUIDOSENMATERIALCOHESIVO,CHOW(1959).TOMADODEHIDRULICADE

CANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H1988 189

FIGURA50SECCINHIDRULICAESTABLEPARAQ 201

FIGURA52SECCINHIDRULICAESTABLECUANDO QQD

LISTADEIMGENES

IMAGEN1.CANALNATURAL,ROATRTOALAALTURADELMUNICIPIODEQUIBDO 70

IMAGEN2.CANALIZACINQUEBRADALACHIGUAZA,LOCALIDADDETUNJUELITO,

BOGOT 72

IMAGEN3CANALARTIFICIALREVESTIDO,CANALDETRANSPORTEACUEDUCTODE

IBAGU 73

IMAGEN4CANALARTIFICIAL,MODELOHIDRULICOPARAEXPERIMENTACIN,

LABORATORIODEHIDRULICA,UNIVERSIDADDELASALLE,BOGOTA. 74

IMAGEN5SALTOHIDRULICOCOMOMEZCLADORHIDRULICO.PLANTADE

TRATAMIENTOIBAGU,TOLIMA. 111

IMAGEN6CLCULODELAFUERZAESPECIFICAPARAUNASECCINRECTANGULAREN

ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE. 223


ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDEENTRADA. 224


ELSOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA. 225

IMAGEN9APLICACINPARAELLABORATORIODEHIDRULICADECANALES,PRACTICA

GEOMETRADELASECCIN,CURVADEENERGAYFUERZAESPECIFICAENEL

SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,PRELIMINARES. 226



SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDEENTRADA. 227



SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,DATOSDESALIDA1. 227









SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,GRFICOS1. 231



SOFTWAREOPENFLOWUNISALLE,GRFICOS2. 231

LISTADETABLAS

TABLA1RELACINESGEOMTRICASPARALASSECCIONESTRANSVERSALESEN

CANALESMSUSADOS. 80

TABLA2FACTORESDEFORMAPARALAECUACIN65 127

TABLA3VALORESDELCOEFICIENTEDERUGOSIDADNDEMANNING.TOMADOSDE

HIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000 141

TABLA4VALORESPROPUESTOSPARAELMDEBAZIN.TOMADOSDEHIDRULICADE

CANALESABIERTOSDECHOWV.T.2000 146

TABLA5VALORESPARAELCOEFICIENTEC,PARADETERMINARELBORDELIBRE F. 157

TABLA6TALUDESRECOMENDADOSPARACANALESCONSTRUIDOSENDIFERENTES

TIPOSDEMATERIAL.TOMADOSDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDECHOW

V.T.2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H. 168

TABLA7ESPESORRECOMENDADOPARACANALESENCONCRETOSIMPLE,ENFUNCIN

DELCAUDALATRANSPORTAR 170

TABLA8ESPESORRECOMENDADOPARACANALESENCONCRETOREFORZADO,EN

FUNCINDELCAUDALATRANSPORTAR 171

TABLA9VELOCIDADESMXIMASPERMISIBLESRECOMENDADASPORFORTIERY

SCOBEYPARACANALESRECTOSCONPENDIENTESPEQUEAS 174

TABLA10FACTORESDECORRECCINPARALASFUERZASTRACTIVASMXIMASPARA

CANALESCONDIVERSOS GRADOSDESINUOSIDAD.TOMADODEHIDRULICADE

CANALESABIERTOSDEFRENCH.R.H.1988. 191

TABLA11PRDIDASPORINFILTRACINENCANALESENDIVERSOSMATERIALES,SIN

TENERENCUENTAELNIVELFRETICO.TOMADODEHIDRULICADECANALES

ABIERTOSDECHOW.V.T2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOSDEFRENCH

.R.H1998. 206

TABLA12COEFICIENTESDEPRDIDAPORTRANSICIN.TOMADODEHIDRULICADE

CANALESABIERTOSDECHOW.V.T2000YDEHIDRULICADECANALESABIERTOS

DEFRENCH.R.H1998 211

TABLA13RECURSOSMATERIALES. 233

TABLA14RECURSOSINSTITUCIONALES. 234

TABLA15RECURSOSTECNOLGICOS. 234

TABLA16RECURSOSHUMANOS 235

TABLA17RECURSOSFINANCIEROS 235

GLOSARIO

Lasdefinicionespresentadasenestedocumentohansidogeneradasatravsde

dosvasdistintas,unaesasaberdefinicioneshechasporelgrupo investigador

teniendo en cuenta la documentacin y material que se encontr, y otra es,

definiciones tomadas de la normatividad existente caso que se aplica el RAS

2000.

AFLUJO:elevacindelniveldelaguaporencimadelnivelnormal(esdecir,nivel

natural de la creciente) en el lado aguas arriba de una alcantarilla o una

obstruccinenuncanal.

AGUA: nombre comn aplicado al estado lquido de la combinacin hidrogeno

oxigeno .A pesar de que la estructura molecular del agua es simple, las

propiedades fsicasyqumicasdelaguason inusualmentecomplicadas.Elagua

esunlquidoincoloro,insaboroeinodoroala temperaturaambiente.Unadelas

propiedadesmsimportantesdelaguaessuhabilidadparadisolvermuchasotras

sustancias. El agua se conoce con frecuencia como el solvente universal .bajo

presin atmosfrica estndar, el punto de congelamiento del agua esO grados

centgrados o 273.16 grados kelvin, y su punto de ebullicin es 100 grados

centgradoso373.16gradoskelvin.

ANCHOSUPERFICIAL:elanchosuperficialdeuncanaleselanchodelaseccin

delcanalenlasuperficielibredelagua.

AREAHIDRAULICA: el reahidrulica esel arreade la seccin transversal del

flujo,tomadanormalaladireccindelflujo.

REAMOJADA:encanalesabiertoseltrminodereamojadaserefierealrea

superficialencontactoconellquidoquefluye.

ASPERSION:pequeasgotasdeaguaquevuelanocaenatravsdelaire.

ATAGUIA:estructuratemporalquecontienetodaopartedelreadeconstruccin

de tal manera que la construccin pueda proceder en condiciones secas .una

ataguadedesviacindesvaunacorrientehaciaunatuberaouncanal.

BASALTO:Rocavolcnica,porlocomndecolornegrooverdoso,degranofino,

muydura,compuestaprincipalmentedefeldespatoypiroxenaoaugita,yaveces

deestructuraprismtica.

BAZIN: Henry Emile Bazin, ingeniero e hidrulico francs (18291917) miembro

delcorpsdespontsetchausseesfrancsydespusdelaacademiadeCiencias

deParis.AlprincipiodesucarreratrabajocomoasistentedeHenryP.G.Darcy.

BERNOULLI: Daniel Bernoulli (17001782), matemtico, fsico y botnico suizo

que desarrollo la ecuacin de Bernoulli en su Hydrodynamica, de Viribus et

Motibus Fluidorum (primer borrador en 1733, primera publicacin en 1738,

Estrasburgo.

BOUSSINESQ: Joseph Valentin Boussinesq (18421929), hidrodinmico y

profesor francsen laUniversidadde laSorbona (Paris).Su tratadoEssaisur la

Theoriebdes Eaux Courantes (Boussinesq, 1877) permanece como una

contribucinextraordinariaenlaliteraturahidrulica.

CADAHIDRULICA:cadaabruptadeaguasobreunprecipiciocaracterizadopor

unanapadeaguaencadalibre.

CANAL: el termino canal se refiere a un gran conducto abierto de pendiente

suave. Estos conductos abiertos pueden ser no revestidos o revestidos con

concreto,pasto,madera,materialesbituminosos,ounamembranaartificial.

CANALESPRISMTICOS:uncanalprismticoeselquetieneconstantestantola

formatransversalcomolapendientedelfondo.Loscanalesquenoentraneneste

criteriosonllamadosnoprismticos

CAUDAL:volumendeaguacorrientequediscurreporuncauce.

CAUDALUNITARIO:uncaudalunitariosepuededefinir.

CAVITACION:formacindeburbujasdevaporypaquetesdevapordentrodeun

lquido homogneo causado por el esfuerzo excesivo (Franc et al. 1995). La

cavitacion modifica las caractersticas hidrulicas de un sistema y esta

caracterizada por erosin daina, ruido adicional, vibraciones y disipacin de

energa.

COEFICIENTEDEBOUSSINESQ:coeficientededecorreccindemomentumen

honoraJ.VBoussinesqquienlopropusoporprimeravez(1877).

COEFICIENTE DE CORIOLIS: coeficiente de correccin de energa cintica en

honoraG.GCoriolisquienintrodujoporprimeravezestecoeficientedecorreccin

(1836).

COEFICIENTE DE CHEZY: coeficiente de resistencia para el flujo en canales

abiertosintroducidoporprimeravezporA.Chezy.Apesardequesepensque

eraconstante,elcoeficienteesunafuncindelarugosidadrelativaydelnmero

deReynolds.

COMPUERTAS:vlvulaosistemaparacontrolarelpasodeunfluido.Encanales

abiertos, los dos tipos mas comunes de compuerta son la compuerta de flujo

interioryladerebose.

CORIOLIS: Gustave Gaspard Coriolis (17921843), matemtico e ingeniero

francsdelCuerpodedePuentesyCaminosquiendescribiporprimeravezla

fuerzadecoriolis,esdecir,elefectodelmovimientosobreuncuerpoquerota.

CRESTADEREBOSADERO:partesuperiordelvertedero.El termino (crestade

presa)serefierealapartesuperiordeunvertederonocontrolado.

CRIBA:marco dealambres o vigas que se llena con piedras, cantos rodados o

materialderellenoysehundecomocimentacinomuroderetencin.

CHEZY:AntonieChezy(17171798),IngenierofrancsymiembrodelCuerpode

Puentes y Caminos, quien diseo canales para el suministro de aguas de la

ciudad de Paris. En 1768 propuso una formula para la resistencia al flujo en

canalesabiertosconocidacomo laecuacindeChezy.En1798,seconvirtien

director de la Escuela Nacional Superior de Puentes y Caminos despus de

ensearallpormuchosaos.

DARCY:HenriPhilibertGaspardDarcy(18051858), ingenierocivil francsquien

llevo a cabo numerosos experimentos sobre la resistencia al flujo en tuberas

(Darcy1858).Yencanalesabiertos (DarcyyBazin1865), ydel flujoenmedios

porosos(Darcy1856).DiosunombrealfactordefriccindeDarcyWeisbachya

laleydeDarcyenmediosporosos.

DIAMETROHIDRAULICO:sedefinecomoeldimetroequivalentedetubera:es

decir, cuatro veces el rea de la seccin transversal dividida por el permetro

mojado. Este concepto fue expresado por primera vez por el francs P.L.G.Du

Buat(Buat,1779).

ENERGIA ESPECIFICA: cantidad proporcional a la energa por la unidad de

masa,masamedidaatizandoel fondodelcanalcomoelevacinde referenciay

expresadaenmetrosdeagua.Elconceptodeenergaespecifica,desarrolladopor

primeravezporB.A.Bakhmeteffen1912,seutilizaporlocomnparael flujode

canalesabiertos.

EROSION:Desgasteodestruccinproducidosenlasuperficiedeuncuerpoporla

friccin contina o violenta de otro o Desgaste de la superficie terrestre por

agentesexternos,comoelaguaoelviento.

FACTOR DE FRICCION DE DARCYWEISBACH: parmetro adimensional que

caracteriza la prdida por friccin en un flujo. Bautizado por el francs

H.P.G.DarcyyelalemnJ.Weisbach.

FENMENO LOCAL: en los canales abiertos a menudo ocurren cambios en el

estadodeflujosubcrticoasupercrtico,yviceversa.Talescambiossemanifiestan

conuncorrespondientecambioenlaprofundidaddeflujodeunaprofundidadalta

aunaprofundidadbaja,oviceversa.Sielcambioocurreconrapidezalolargode

una distancia relativamente corta, el flujo es rpidamente variado y se conoce

comofenmenolocal.

FUERZATRACTIVA:cuandoelaguafluyeenuncanal,sedesarrollaunafuerza

queactasobreel lechodeesteenladireccindel flujo.Esta fuerza,lacuales

simplemente el empuje del agua sobre el reamojada, se conoce como fuerza

tractiva. Tambin conocida como fuerza cortante, fuerza de arrastre o fuerza

tangencial.

FLUCTUAR: Dicho de un cuerpo: Vacilar sobre las aguas por el movimiento

agitadodeellas

FLUIDOIDEAL:fluidosinfriccineimconpresible.Unfluidoidealtieneviscosidad

cero,esdecir,nopuedesoportaresfuerzocortanteenningnflujo.

FLUJO GRADUALMENTE VARIADO: se caracteriza por pequeos cambios

relativos en las distribuciones de velocidad y presin a lo largo de varias

distancias.

FLUJONOPERMANENTE:laspropiedadesdelflujocambianconeltiempo.

FLUJOPERMANENTE:ocurrecuando lascondicionesencualquierpuntodeun

fluidonocambianconeltiempo.

FLUJO UNIFORME: se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la

profundidad de flujo es la misma en cada seccin del canal. Un flujo uniforme

puedeserpermanenteonopermanente,segncambieono laprofundidadcon

respectoaltiempo.

FLUJO UNIFORME NO PERMANENTE: El flujo uniforme no permanente el

criterioquese tomaparaconsiderarlocomo flujouniformenopermanenteesel

espacio. Se dice que se presenta un flujo uniforme no permanente cuando los

parmetroshidrulicosdelflujo(velocidad,profundidad)semantienenconstantes

en el espacio pero no en el tiempo. Para que se presente flujo uniforme y no

permanentesenecesitaquelasuperficiedellquidoestecambiandoofluctuando

de tiempo en tiempo mientras permanece paralela al fondo del canal. Este

comportamiento es poco probable encontrarlo en la naturaleza, esto se debe a

queestoscambioseneltiempotendranquesucederalolargodelcanalparoa

suvezpermanecerconstanteslaprofundidadylavelocidaddelflujo.

FLUJO UNIFORME PERMANENTE: es el tipo de flujo fundamental que se

consideraenlahidrulicadecanalesabiertos.Laprofundidaddeflujonocambia

durante el intervalo de tiempobajo consideracin.El establecimiento deun flujo

uniforme no permanente requerira que la superficie del agua fluctuara de un

tiempoaotroperopermaneciendoparalelaalfondodelcanal.

FLUJOPERMANENTE:sedicequeelflujoenuncanalabiertoespermanentesi

la profundidad de flujo no cambia o puede suponerse constante durante el

intervalodetiempoenconsideracin.

FLUJO VARIADO: puede clasificarse adems como rpidamente variado o

gradualmentevariado.El flujoesrpidamentevariadosi laprofundidaddelagua

cambiademaneraabruptaendistanciascomparativamentecortasdeotromodo

esgradualmentevariado.Un flujo rpidamentevariado tambinseconocecomo

fenmenolocalalgunosejemplossonelresaltohidrulicaylacadahidrulica.

FLUJONOPERMANENTE: el flujo es no permanente si la profundidad cambia

con el tiempo. En la mayor parte de los problemas de canales abiertos es

necesarioestudiarelcomportamientodelflujosolobajocondicionespermanentes.

FLUJOLAMINAR:secaracterizaporpartculas fluidasquesemuevenalolargo

de trayectorias suaves en lminas o capas, con una capa deslizndose con

suavidadsobrelacapaadyacente.

Los flujos laminares estn regidos por la ley de viscosidad de Newton, la cual

relaciona el esfuerzo cortante con la tasa de deformacin angular. Numero de

reynolds(R

mezcla e involucran un amplio rango de escalas longitudinales de remolinos

numerodereynolds(12500

tanques de remolque. Fue ayudado por su hijo Robert Edmund Fraude quien,

despusdelamuertedesupadre,continoconalgunosdesustrabajos.En1868,

utilizolaleydesimilituddeReechparaestudiarlaresistenciaenmodelosnavales.

GEOMORFOLOGA:Estudiodelascaractersticaspropiasdelacortezaterrestre.

INFILTRACION:movimientointersticialdeaguaquepuedeocurriratravsdeuna

presa,sucimentacinosusestribos.

LACADAHIDRULICA:lacadaessimilaralarpidaqueesuncanalquetiene

altaspendientes,peroelcambioenelevacinseefectaenunadistanciacorta.

LEYDEDARCY: leyparaelmovimientodel flujodeaguassubterrneas,lacual

estableceque el flujo infiltrado es proporcional a la relacinentre la prdidade

energa a lo largo de la longitud de la trayectoria del flujo. Fue descubierta por

H.P.G.Darcy(1856)quinestablecique,paraelflujodeunliquidoatravsdeun

medioporoso,elcaudalesdirectamenteproporcionalaladiferenciadepresiones.

LINEADEENERGIA:eslarepresentacingraficadelaenergatotalquehayen

unflujoentredospuntos.

MANNING: Robert Manning (18161897), ingeniero jefe de la oficina de obras

publicasde Irlanda.En1889,presentodos formulas(manning,1890,unadelas

cualeslaformuladeGaucklerManning,aunqueRobertManningprefiriutilizar

lasegundaecuacinpresentadaensuarticulo.Debeanotarsequelaformulade

GaucklerManning fue propuesta por primera vez por el francs P.G. Gauckler

(Gauckler,1867).

MOMENTUM: Se define almomentum como la fuerza que ejerce un fluido y la

cualgenerauncambiomasicoesdecirenlamasa,dacomoresultadouncambio

masico.Esto debido a las fuerzas aplicadas, entonces sedice que sinnimode

momentunes la fuerzaenun liquido,estas fuerzassemidenocalculanenuna

regin del espacio definida llamada volumen de control. Tambin se puede

determinarcomolaecuacinquesirveparadeterminarlasprdidasdebidasalas

fuerzasexternasejercidasporelaguasobrelasparedesdelcanal.

NUMERODEFROUDE:elnumerode froudeesproporcionala la razcuadrada

delarelacindelasfuerzasinercialesconrespectoalpesodelfluido,engeneral,

elnumerodefroudeseutilizaparaescalarlosflujosasuperficielibre,loscanales

abiertosylasestructurashidrulicas.Apesardequeelnumeroadimensionalfue

bautizadoenhonoraWilliamfroudealgunosinvestigadoresfrancesesloutilizaron

conanterioridad.Dupuit(1848)yBresse(1860)enfatizaronlaimportanciadeeste

numeroparadiferenciar los regimenesde flujoencanalesabiertosBazin (1865)

confirmo estos resultados experimentalmente. Ferdinand Reech introdujo el

numero adimensional para la prueba de buques y hlices en 1852. En Francia

estenmeroseconocecomoelnmerodeReechFroude.

NUMERODEREYNOLDS:numeroadimensionalproporcionalalarelacinentre

lasfuerzasinercialesyfuerzasviscosas.

PERDIDASDEENERGA:fenmenoaerodinmicocausadoporunadisrupcin(es

decir, separacin) del flujo alrededor de una ala asociado con la perdida de

elevacin.

PERMETROMOJADO:elpermetromojadoes la longitudde la lneaquees la

interfaseentreelfluidoyelcontornodelcanal.

PENDIENTE lado deuna colina cara inclinada deun canal (por ejemplo canal

trapezoidal)inclinacinconrespectoalahorizontaldelfondodelcanal.

PRESA DE GRAVEDAD: presa que depende de su propio peso para su

estabilidad.Normalmenteeste trminose refiereaunapresademamposterao

deconcreto.

PROFUNDIDADCRTICA:profundidadde flujoparalacuallaenergaespecfica

esmnima.

PROFUNDIDADESSECUENTESOCONJUGADAS:enflujoencanalesabiertos,

lasolucindelaecuacindemomentumenunatransicinentreflujosupercrtico

subcrtico da dos profundidades de flujo (profundidades de flujo aguas arriba y

aguasabajo),lascualesseconocencomoprofundidadessecuentes.

RADIO HIDRULICO: el radio hidrulica es la relacin del rea hidrulica y el

permetromojado.

REMANSO:Enelmovimientodel flujo tranquilo,esdecir flujosubcritico,elperfil

longitudinaldelflujoestacontroladoporlascondicionesdeflujoaguasabajo:por

ejemplo un obstculo, una estructura, o un cambio en la seccin transversal.

Cualquier estructura de control aguas abajo (pilas de un puente, vertederos)

induce un efecto de remanso. En general, los trminos clculos de remanso o

perfilde remansose refierenalclculodelperfilde flujo.Este trminoseutiliza

comnmenteparaelmovimientotantodelflujosupercrticocomosubcritico.

RESALTO HIDRULICO: transicin de movimiento rpido (flujo supercrtico). A

pesardequeelresaltohidrulicofuedescritoporLeonardodavinci,losprimeros

trabajos experimentales fueron publicados por Giorgio Bidone en 1820.la teora

actual del resalto hidrulico fue desarrollada por Belanger (1828) y ha sido

verificada experimentalmente por numerosos investigadores (por ejemplo,

BakhmeteffyMatzke,1936).

REYNOLDS: Osborne Reynolds (18421912), fsico y matemtico britnico que

expreso primero el numero de Reynolds (Reynolds 1883) y posteriormente el

esfuerzodeReynolds(esdecir,elesfuerzocortanteturbulento).

RUGOSIDAD: cuando la superficie de un canal se compone de picos y valles

irregularesaestasselesllamarugosidad,laalturaefectivadelasirregularidades

queformanloselementosdelarugosidadseconocecomoalturaderugosidad.

SECCION DE CONTROL: en un canal abierto es la seccin transversal donde

ocurren condiciones de flujo crtico. Los conceptos de control y seccin de

controlseutilizanconelmismosignificado.

SEDIMENTO:cualquiermaterialmovidoensuspensinporelflujoocomocarga

delechoquepuedeasentarseenelfondoenausenciademovimientodelfluido.

SUPERFICIE LIBRE: interfase entre un lquido y un gas. En general, una

superficie libre es la interfase entre el fluido (en reposo o en movimiento) y la

atmsfera.En flujodedos fasesgasliquido,el termino superficielibre tambin

incluyelainterfaseaireaguadeburbujasdegasygotasdeliquido.

SOCAVACION:remocindematerialdel lechocausadoporelpodererosivodel

flujo.

TIRANTEHIDRAULICO:eltirantehidrulicoeslarelacindelreahidrulicacon

elanchosuperficial.

TERRAPLEN:material de relleno (tierra, roca) colocado con lados pendientes y

conunalongitudmayorquesualtura.

TURBULENCIA: movimiento de flujo caracterizado por su comportamiento no

impredecible, propiedades demezclas fuertes y un amplio espectro de escalas

longitudinales(Lesieur1994).

VISCOSIDAD:propiedaddelosfluidosquecaracterizalaresistenciadelfluidoal

esfuerzocortante:esdecir,resistenciaauncambioenformaoenmovimientode

losalrededores.

VERTEDEROS: presa pequea en un ri utilizada para elevar el nivel de agua

aguasarriba.Vertederos demedicin se construyena lo largode las corrientes

conelpropsitodemedirelflujo.

VOLUMENDECONTROL:elvolumendecontrolesunazona,regindelespacio

ovolumenrepresentativodondesetieneencuentalasfuerzas.

WEISBACH: Julios Weisbach (18061871) alemn especialista en matemtica

aplicadaehidrulico.

TALUD:Inclinacindelparamentodeunmuroodeunterreno.

ZONAPERMEABLE:partedelaseccintransversaldeunterraplnquecontiene

materiadealtapermeabilidad.

INTRODUCCIN

En la gnesis de la ingeniera no se contaba con los recursos tcnicos ni

tecnolgicosconlosquecuentalaingenieraenlaactualidadhubopocasenla

historia de la ingeniera para las cuales el desarrollo de un calculomatemtico

conunnivelconsiderableoelcalculoydiseodealgunaestructurainvolucrabael

gasto de varias horas para su ejecucin, en aquellos dasera comnelusode

tablasynomogramasenloscualesseresumainformacinrelevante.

El proceso de clculo se efectuaba generalmente con reglas de clculo y

calculadorasdebolsillodondeelusocontinuoyprolongadodeestoselementos

probablemente conllevaba a errores que el diseador obviaba no por omisin

propia sino muy seguramente por cansancio o fatiga al efectuar procesos tan

repetitivosydesgstantes.

En laactualidadsecuentaconpoderosasmaquinascuyoshardwarepermitenla

implementacindesoftwareespecializadosparacadatipodenecesidadesdonde

la funcin del ingeniero no ser la de realizar clculos tediosos, sino por el

contrario es la de interpretar resultados, y decidir si los resultados que le son

arrojados por el software tienen sentido dentro del marco referencial de la

ingeniera, el cual corresponde a las leyes y planteamientos tericos que son

aceptadosporlacomunidadeducativayprofesional.

Elingenieroconlos resultadosquehaanalizadoen formaresponsable,debede

poderformularrespuestasysolucionessegnseanlasnecesidadesocondiciones

queleimpongaelrigordelejerciciodelaprofesinyaslograrelbienestardela

comunidadyporendedelahumanidadmisma.

Bien es reconocido y aceptado que esta es la era de la informacin y que el

desarrollodeunproyectodependedegranmaneraenlaformaensedistribuyany

utilicenlosrecursosdisponibles,comoeseltiempo.

El software en la ingeniera se remontan a el inicio propio de la era de los

computadorespueseldesarrollodeestossistemassiempretieneelmismofin,el

cualeslasolucindeproblemasde lavidacotidianabajomodelosmatemticos

que modelen y/o predigan el comportamiento de las variables que se estn

tratando.

En este orden de ideas este trabajo busco crear un software que permite el

diseodecanalesyquetienecomovaloragregadolaposibilidaddeserutilizado

comoherramientapedaggicaydidcticaparaelaprendizajede lahidrulicade

canales, y asmejorar el nivel acadmico del estudiante, optimiza el tiempodel

ingenieroypermitealdocentemanejarunaherramientaparaeldesarrollodesu

ctedra.

Enelpresentedocumentoescritosedesarrollanlostemasbsicosdelahidrulica

de canales, con un enfoque terico y practico. En el enfoque terico se hace

mencinde los temas que deben ser conocidospor cualquier ingeniero civil, se

tratan estos temas con la seriedad del caso y no se escatiman esfuerzos por

realizarlasdemostracionesqueseandeintersparaellector.

Enelenfoqueprcticosedesarrollaelsoftwareparaeldiseoyelaprendizajede

la hidrulica de canales abiertos, complementado por un escrito donde se hace

nfasis en las principales metodologas de diseo de canales abiertos, con su

respectivadescripcinyanlisisdecadamtodo.

1. ELPROBLEMA

1.1 LNEA

Elproyectode investigacinqueserealiz,correspondea la lneadedesarrollo

tecnolgicosegnlaslneasestablecidasporFacultaddeIngenieraCivil.

1.2 TTULO

Softwareconherramientashidrulicasparaeldiseodecanales.

1.3 DESCRPCINDELPROBLEMA

Al analizar la etapa se diseo de canales abiertos se han encontrado procesos

repetitivos e iterativos que conducen a errores debidos al factor humano, estos

procesospuedensermejoradosuoptimizadosatravsdelusodealgnpaquete

informticoosoftware.

En el diseo de canales regularmente se recure a tablas o nomogramas

predefinidos en los libros de texto los cuales contienen las correlaciones

necesariasparaundiseoracionaldeuncanal,perogeneralmenteesteproceso

queda sujeto ala interpretacin que le da el ingeniero o diseador al quedar el

diseodeuncanalenfuncindelalecturadeunconjuntodedatosquetomael

diseador se presentan errores tpicos como lo son, una lectura incorrecta,

aproximacionesnumricasinjustificadas.

Esto se debe bsicamente a un error denominado error de paralaje el cual es

resultadode lapercepcinptica,personalysubjetivaque tienecada individuo,

delambiente enque seencuentra,patronesambientales, sociales,econmicos,

culturales y psicolgicos. Estos factores externos pueden influir en la toma de

decisionesalahoradedisearunaestructuratanimportantecomoesuncanal.

Otrofactorpreponderanteeneldiseodecanalesesunrecursoqueenelmbito

profesional es de suma importancia, se hace referencia al tiempo. Como fue

mencionado anteriormente en el diseo de canales hay procesos que son

iterativos,repetidosloscualesconsistenenclculosmatemticosquesebasanen

correlacionesoecuacionesdefinidaspor lacomunidadeducativa,gremial, legal,

enlascualessudominiosonvariablesconocidasdeantemanoporeldiseador.

Segnloanteriorelpapeldeldiseadorenalgnmomentodelprocesodediseo

pasaraaunsegundoplanoypreponderaralapartematemticaenproderealizar

clculos siendo este procesomuy tedioso puesgenera enel diseador fatiga, y

cansancio esta perdida de tiempo y energa se traduce en un detrimento de

recursos y en un proyecto puede marcar la diferencia a la hora de ser

competitivos.

Actualmentesecuentaconhojasdeclculo lascualessondegranayudapero

como su nombre lo indica son simples hojas ya que no cuentan con ninguna

interfazgraficaquemuestrecomoseriaelcomportamientodeldiseoatratar,no

correlacionan resultados en forma eficiente, no puede generar ningn tipo de

sugerenciarespectoaldiseoesdecirayudanenelprocesoiterativoperoaunse

quedaconlalimitantedelacorrelacindedatosyenlavaloracinqueseladaa

losresultadosloscualesparafinesprcticosesmejorvisualizarlos.

Obviamente para evaluar, concebir y disear un canal se debe tener un

conocimientoclaroycompletodelahidrulicadecanales,porcuantoelsoftwarea

diseardebepasarporunprocesodefactibilidad,anlisisydiseohastaalcanzar

elniveldeseadoparaquepuedaserutilizado,objetodelainvestigacin.

1.4 FORMULACINDELPROBLEMA

Cmooptimizar losprocesosdeclculo,anlisisydiseoen laconcepcinde

canalesabiertosatravsdeunsoftwareconherramientashidrulicas?

1.5 JUSTIFICACIN

La razn por la cual se investigo en el rea de la hidrulica de canales, es la

necesidad que tienen los diseadores de canales para disminuir el tiempo

involucrado a la hora de concebir y disear los canales dentro de un marco

referencial el cual esta limitado por la normatividad y los aspectos tericos

aceptados.

Alhacerreferenciarespectoaldiseodecanalessedebedemencionareltipode

canal, nombrar si es o no erosionable la seccin transversal, la geometra, el

revestimiento y la pendiente.Conocer variables comoel caudal, las velocidades

mximasymnimaspermisibles,elcoeficientederugosidad,lalongituddelcanal.

Con estas variables se inicia un proceso matemtico e iterativo en el cual

convergen datos captados de tablas y nomogramas entre los cuales resaltan el

espesor de la placa o revestimiento, borde libre y altura de bancas esto si

hablamosdeldiseodecanalesrevestidos.

Estosdatos,ecuacionesytablassonprogramadas,almacenadosycargadasen

basesdedatosloscualessonlaesenciadelsoftwareparaeldiseodecanales,

como herramienta didctica en la ctedra y en el laboratorio de hidrulica de

canales.

Conelplenofuncionamientodelsoftwareparaeldiseodecanales,steserun

productodealtacalidadgeneradoporlaUniversidadDeLaSalleyporelgrupo

investigador el cual podra ser comercializado ante la comunidad educativa y

profesionalcomorespuestaalcrecientemercadodelsoftwaredeingeniera.

1.6 OBJETIVOS

1.6.1 Objetivogeneral

Disearunsoftwareconherramientashidrulicasparaeldiseodecanales.

1.6.2 ObjetivosEspecficos:

Reconocer los procesos ms repetitivos e incidentes en la concepcin y

diseodecanales.

Aportar a la ingeniera civil una herramienta que facilite los clculos

involucradoseneldiseodelosmismos.

Brindar a la comunidad estudiantil una tecnologa apropiada para el

desarrolloacadmicoyprofesional.

Implementar el software en la ctedra y el laboratorio de hidrulica de

canales como herramienta didctica para el aprendizaje de dicha

asignatura.

Generargrficosdondesemuestrelosfactoresincidenteseneldiseode

uncanal.

Generarbasesdedatosreferentesalahidrulica.

Demostrarlasecuacionesbsicasdelahidrulicadecanales.

Crear un documento de referencia gua para estudiar la hidrulica de

canales.

2. MARCOREFERENCIAL

El presente documento escrito es inspiracin de los integrantes del equipo

investigador, razn por la cual, se informa al amable lector que lo juzgue con

imparcialidadysinmenospreciarelesfuerzopuestoatannobleempresa.

2.1MARCOTEORICO

Loscanalesabiertoshanestadopresentesenlasgrandesculturasycivilizaciones

alolargodelahistoriamismadelahumanidad,elxitoofracasodeunacultura

estaengranmediadadeterminadoporelmanejo,usoyposesindelosrecursos

hdricos.

Lasprimeraspresas fueronconstruidasenla regincomprendidaentreEgiptoe

Irakalrededordelao3000a.C.yconellaslosprimerossistemasdedistribucin

de agua por medio de canales abiertos, las culturas que se desarrollaron y

prosperaronenestaregintenanconocimientoseningeniera,puesdesarrollaron

infraestructuraparaeltransportedelaguaparalairrigacindetierrascultivables,

ascomoparaelcontroldenivelesderos,comoelcasodelNilo.

Unode losprimeroscanalesdegranmagnitudseencuentraenEgipto,esteera

un canal que conectaba al ro Nilo con una depresin en el antiguo Egipto

(depresinFayum),suconstruccinseinicioenelao2300a.C.bajolaordendel

ReyAmenembat, el canal inicialmentebordeabaunamontaapormediodeun

corte natural en el desierto Libio, este tena una seccin transversal de tipo

trapezoidal,unalongitudde16km,conunaprofundidadde5m,anchodebasede

600m,contaludesde1a10,elfondoestabacompuestoporpiedrascortadasy

unidasconcemento,supendienteeradealrededor0.01.

SegnlosrelatosbblicosrecopiladosynarradosenellibrodelGnesis,hubouna

granhambrunaenEgiptoenpocasdeJos,estassedebieronalaroturaytoma

de lapresa(HaUar)porpartedelReydelbajoEgipto,estapresaregulabael

sistemadeirrigacinenelaltoEgipto,lahambrunaterminocuandolapresafue

recuperadaysegnlatradicinjudeocristiana,Josalrededordelao1730a.C.

trabajoenlareconstruccindelcanalylaspresas.

En Amrica tambin hubo varias culturas especializadas en el manejo de los

recursoshdricos,deloscualessobresalenlosIncas,losTaironas,losMochicas.

En la reginqueactualmentecorrespondealvallecosterodelnortedelPerse

desarrollo laculturaMochicaentre losaos(2001000)d.Cy, luegoocupado

por los Chimus en los aos (1000 1466) d. C, estas culturas desarrollaron

ampliaszonasdeirrigacinutilizandocanalesquealimentabanconlosrosMoche

yChicama, en el ao de 1466, los Incas invadieron el imperio Chimu tomando

toda su cultura y conocimientos ingenieriles, en esta regin sobresalen dos

canalesporsumagnitudeimportancia,elcanalVichansaoconunalongitudtotal

aproximadamentede45Km.,con2mdeanchoyelcanalntervalle,elcualllego

atenerunalongitudaproximadade139Km.,estecanalseconectabaconelcanal

Vichansao,elcualtenia7mdeanchoy2mdeprofundidad.

Comosepuedeapreciarelmanejodelahidrulicadecanalesesengranmedida

un ndicedeprosperidadparaunaregin,unaculturatodaunacivilizacin.Es

por este motivo que es necesario hacer un recuento terico de los conceptos

primordiales de la hidrulica de canales, para luego realizar el objeto de este

proyecto, un software, el cual es una herramienta para el anlisis y diseo de

canalesabiertos.

2.1.1Flujoencanalesabiertos,el flujoasuperficie libreo flujo libresepresenta

cuandoloslquidosfluyenporlaaccindelagravedadysoloestnparcialmente

contenidosporuncontornoslido.

El conducto por el cual circula un lquido con flujo libre se llama canal, el que

puedesercerradooabierto.Lascaractersticasgeneralesdelflujolibreoflujoen

canalesson:

Presentaunasuperficiedel lquidoencontactocon laatmsfera, llamada

superficielibre.

Lasuperficielibrecoincideconlalneapiezomtrica.

Cuandoel fluido es aguaa temperatura ambiente, el rgimende flujo es

usualmenteturbulento.

Esdecirelflujolibreincluyetodosloscasosdeflujoenloscualeslasuperficiedel

liquido esta abierta a la atmsfera y cumple con las caractersticas ya

mencionadasestascaractersticasseaprecianenlafigura1.

Figura1FlujolibreLINEADEENERGIA

SUPERFICIEDELAGUA

FONDODELCANAL

DATUMONIVELDEREFERENCIA

PIEZOMETRO

CANAL y y

L.P

2.1.1.1Tiposdeflujo,elflujoasuperficielibresepuedeclasificarenmuchostipos

y clasificarse de distintas formas cada una teniendo en cuenta distintas

valoraciones,enelpresentedocumentoseclasificarateniendocomoparmetros

eltiempoyelespacio,estodebidoaquelascondicionesdeflujoenloscanales

abiertossecomplicanporelhechodeque laconfiguracinde lasuperficie libre

puedencambiarconeltiempoyconelespacio,ytambinporelhechodequela

profundidad del flujo, el caudal, las pendientes del fondo y de las paredes del

canal,ylasuperficielibresonindependientes.

Laclasificacinsehaceen funcindel cambioovariacinen laprofundidaddel

flujoconrespectoaltiempoyalespacio.

2.1.1.1.1Flujo uniforme,en el flujo uniforme se tiene como parmetro o criterio

paraconsiderarlocomoflujouniformeeselespacio.

Sedicequeenuncanalsepresenta flujouniformesi losparmetroshidrulicos

de flujo (velocidad, profundidad) permanecen constantes alo largo del canal o

conducto,esdecirqueelflujoesuniformesi laprofundidaddelflujoeslamisma

encadaseccindelcanal.

Ecuacin1Derivadaparcialdelavelocidadrespectoalalongitud

0 = LV

Ecuacin2Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoalalongitud

0 = Ly

Ecuacin3Derivadaparcialdelcaudalrespectoalalongitud

0 = LQ

Elflujodelquidosencanalesdeseccinconstanteygranlongitudseconsiderauniforme.

Figura2Flujouniformeenuncanaldelaboratorio

2.1.1.1.2Flujovariado,enelflujovariadosetienecomocriterioparaconsiderarlo

comoflujovariadoeselespacio.

Paraquesepresente flujovariadolosparmetroshidrulicosde flujo (velocidad,

profundidad) varan a lo largo del conducto, es decir el flujo es variado si la

profundidaddeflujocambiaalolargodelaconduccinocanal.

Ecuacin4Derivadaparcialdelavelocidadrespectoalalongitud

0 LV

Ecuacin5Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoalalongitud

0 Ly

Unejemplodelflujovariadosepresentaencontrolesenloscanalescomosonlas

compuertas,presasycambiosdependiente.

Figura3Flujovariado

2.1.1.1.3Flujo permanente, enel flujo permanente el criterio que se tomapara

considerarlocomoflujopermanenteeseltiempo.

Paraconsiderarunflujoenuncanalcomoflujopermanentesedebecumplirque

los parmetros hidrulicos del flujo (velocidad, profundidad) permanecen

constanteseneltiempoesdecirquelavelocidaddelaspartculasqueocupanun

puntodadoeslamismaencadainstante.

Dichodeotramaneraelflujopermanentesepresentarasilaprofundidaddelflujo

no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo a

consideracin.

Ecuacin6Derivadaparcialdelavelocidadrespectoaltiempo

0 = tV

Ecuacin7Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoaltiempo

0 = ty

Ecuacin8Derivadaparcialdelcaudalrespectoaltiempo

0 = tQ

Figura4Flujopermanente

En la mayora de los problemas prcticos se presentan condiciones de flujo

permanentes, como por ejemplo el transporte de lquidos bajo condiciones

constantesdealturadecarga.

2.1.1.1.4Flujonopermanente,enel flujonopermanenteelcriterioquese toma

paraconsiderarlocomoflujonopermanenteeseltiempo.

En el flujo no permanente los parmetros hidrulicos (velocidad, profundidad)

varaneneltiempo.

Ecuacin9Derivadaparcialdelavelocidadrespectoaltiempo.

0 tV

Ecuacin10Derivadaparcialdelaprofundidaddelflujorespectoaltiempo.

0 ty

Figura5Flujonopermanente

Enelestudioydiseodecanalessehacenecesarioestudiarelcomportamiento

delflujosolobajocondicionesdeflujopermanente.Sinembargolavariacinenel

estado o condicin del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe

tratarsecomonopermanente,elniveldelflujovarademaneratalquelasondas

pasanyelfactortiemposevuelvedegranimportanciaeneldiseoyconcepcin

deestructurasdecontrol.

2.1.1.1.5Flujouniformepermanente,enel flujouniformepermanenteel criterio

quesetomaparaconsiderarlocomoflujouniformepermanenteeselespacio.

Elflujouniformenopermanentesepresentacuandolosparmetroshidrulicosde

flujo(velocidad,profundidad)permanecenconstantesenelespacioyeltiempo,es

decir la profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo

consideracin.

Figura6Flujouniformepermanente

Eseltipodeflujomasimportanteenlahidrulicadecanalesabiertos,puesesel

tipoflujofundamentalqueseestudiaenhidrulicadecanales.

2.1.1.1.6 Flujo uniforme no permanente, en el flujo uniforme no permanente el

criterioquese tomaparaconsiderarlocomo flujouniformenopermanenteesel

espacio.

Sedicequesepresentaunflujouniformenopermanentecuandolosparmetros

hidrulicos del flujo (velocidad, profundidad) se mantienen constantes en el

espacio pero no en el tiempo. Para que se presente flujo uniforme y no

permanentesenecesitaquelasuperficiedellquidoestecambiandoofluctuando

detiempoentiempomientraspermaneceparalelaalfondodelcanal.

Estecomportamientoespocoprobableencontrarloenlanaturaleza,estosedebe

aqueestoscambioseneltiempotendranquesucederalolargodelcanalparaa

suvezpermanecerconstanteslaprofundidadylavelocidaddelflujo.

Figura7Flujouniformenopermanente.

2.1.1.1.7Flujovariadopermanente,enelflujovariadopermanente,elcriterioque

setomaparaconsiderarlocomoflujovariadopermanenteeselespacio.

Eneste tipode flujo losparmetroshidrulicosdel flujo (velocidad,profundidad)

varan en el espacio pero no en el tiempo, es decir se presentara flujo variado

permanentesilaprofundidaddelflujocambiaalolargodelcanal.

Elflujovariadopermanentesepuedeclasificarasuvezcomoflujogradualmente

variadoycomoflujorpidamentevariado.

Figura8Flujovariado.

R.V.F=rapidvariedflow=FRV=flujorpidamentevariado.G.V.F.=gradualvariedflow=FGV=flujogradualmentevariado.

Unflujo rpidamentevariadosepresentasi laprofundidaddel lquidocambiade

manera repentina en distancias relativamente cortas, de otro modo el flujo es

gradualmentevariado.Enlaprcticaunflujorpidamentevariadoseconocecomo

fenmenolocal,estossonentreotroselresaltohidrulicoylacadahidrulica.

2.1.1.1.8 Flujo variado no permanente o inestable o flujo no permanente, se

presentaflujovariadonopermanentecuando losparmetroshidrulicosdel flujo

(velocidad,profundidad)cambianenelespacioyeneltiempo.Estetipodeflujono

esmuyrecurrenteenlanaturalezaydehechoprcticamentenoexiste,motivopor

el cualal flujovariadonopermanentese leconocecomo flujonopermanenteo

comoflujoinestable.

Lasolasylasmareasenflujolibresonejemplosdeflujovariadonopermanente.

Figura9Flujovariadonopermanente.

2.1.1.1.9Flujoespacialmentevariado,el flujoespacialmentevariadosepresenta

cuando el caudal vara a lo largo del canal o conduccin pero permanece

constanteeneltiempo.

Ecuacin11Derivadaparcialdelcaudalrespectoalalongitud.

0 LQ

Figura10Flujoespacialmentevariado.a)Sumiderocondescargacompleta.b)Sumiderocondescargaparcial.

2.1.2. Influencia de la viscosidad, la densidad y la gravedad sobre el flujo, el

comportamiento del flujo en canales abiertos esta determinado o gobernado

bsicamente por los efectos de la viscosidad y la gravedad con relacin a las

fuerzas inerciales del flujo las cuales se correlacionan directamente con la

densidaddelliquidoquetransporteelcanaloconducto.Esdecirsepuedehablar

deunefectodelaviscosidad,ladensidadylagravedadsobreelflujoenelcanal,

elcualdeterminarasuestado,generandocomportamientosnicosquelopermiten

clasificar.

2.1.2.1Efectode laviscosidadsobreel flujo,haciendomencina losconceptos

bsicosdelamecnicadelosfluidos,unflujosepuedeclasificarcomolaminar,en

transicin o turbulento segn la magnitud de las fuerzas inerciales sobre las

fuerzasdeviscosidad.Laclasificacindecadatipodeflujoestamontadasobrela

magnitud del nmero de Reynolds el cual es uno de los parmetros

adimensionales notables. En el rgimen de flujo laminar las fuerzas viscosas

predominanenelflujopueslaspartculasdelfluidosemuevenencapasparalelas

enunadireccindeterminadaconceptosbsicosdelamecnicadelosfluidos,un

flujo se puede clasificar como laminar, en transicin o turbulento segn la

magnituddelasfuerzasinercialessobrelasfuerzasdeviscosidad.Laclasificacin

de cada tipo de flujo esta montada sobre la magnitud de cada relacin

adimensionalcomoloeselnumerodeReynolds.

Enel rgimende flujo turbulento, las fuerzas inercialesson tangrandesque las

fuerzasdeviscosidadnopuedenamortiguarlasperturbacionesylaspartculasdel

fluidosemuevensiguiendotrayectoriasaleatorias.

Ecuacin12NumerodeReynolds

uLV

NR*

=

Segnlaecuacin12setieneque:

NR=NmerodeReynolds

V=Velocidaddelflujo

L=Longitudcaracterstica u =Viscosidadcinemtica

Alreemplazarenalecuacin12alradiohidrulico(R)comolongitudcaracterstica

se obtiene una expresin para el nmero de Reynolds en canales abiertos

(ecuacin13).

Ecuacin13NumerodeReynoldsparacanalesabiertos

uHRVNR

* =

Los valores limites de la ecuacin 13, para la clasificacino caracterizacindel

flujoson:

FlujolaminarNR1000

Flujotransicin500

uVR

NR4

=

Enlaecuacin14tienecomolimitesparaclasificarelflujolossiguientesvalores:

FlujolaminarNR4000

Flujotransicin2000

yh=Profundidadhidrulica

c=Velocidaddelaondadegravedad

A=readelaseccintransversal

B=Anchodelasuperficielibredelflujo

2.1.2.3.1 Flujo subcrtico, el flujo subcrtico o flujo lento es aquel en el cual la

velocidad del flujo es menor que la velocidad de la onda de gravedad, el

parmetroadimensionalNF1.

2.1.3 Clases de canales y sus propiedades, se define a un canal como la

conduccinoconductoenelcual fluyeunlquido,conunasuperficielibreocon

contactoconlaatmsfera.

Un canal se puede clasificar teniendo en cuenta varios criterios entre ellos su

origen, seccin transversal y a su vez segn el origen los clasificaremos como

naturalesoartificiales,estospuedenser revestidosonorevestidos teniendoen

cuenta la seccin transversal se habla de canales prismticos y de canales no

prismticos.

2.1.3.1Canalesnaturales,estaclasificacintienecomocriterioelorigen,cuando

sedicequeuncanalesdeorigennaturalserefiereatodasaquellasconducciones

dondeelagua,uotroliquidofluyendemaneranaturalenlatierraatravsdelas

depresionesycaractersticaspropiasde lageomorfologa localquesepresente,

los cuales incluyen desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas hasta

quebradas,arroyos,rospequeosygrandes,estuariosdemareas.

Lascorrientessubterrneasquetransportanaguaconunasuperficielibretambin

seconsiderancomocanalesabiertosdeorigennatural.

Lascaractersticashidrulicasenuncanalnaturalsonpor logeneral irregulares,

motivo por el cual para su estudio se suelen hacer sus pociones empricas

razonables y consistentes con las observaciones y experiencias reales, de este

modo las condiciones de flujo en estas conducciones o canales se vuelven

manejablesmedianteunestudioyuntratamientoanalticodelahidrulicaterica.

Imagen1.Canalnatural,roAtrtoalaalturadelmunicipiodeQuibdo

2.1.3.2 Canales artificiales, en los canales artificiales se tiene como parmetro

para su clasificacin el origen, entonces un canal artificial es toda aquella

conduccin o canal que han sido construidos o desarrollados mediante el

esfuerzo, y el ingenio humano a esta clasificacin pertenecen los canales de

navegacin, canales de centrales hidroelctricas, canales y canaletas de

irrigacin, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de

madera, cunetas a lo largo de carreteras, modelos de laboratorio para realizar

practicasyexperimentarcon laspropiedadeshidrulicas,puesenestoscanales

secontrolanlasvariablesqueintervienenyaslograrunpropsitodeterminado.

Lasteorashidrulicasseaplicanenlaconcepcinydiseodecanalesartificiales

produciendoresultadosconunaltogradodesimilitudconlarealidad.

Loscanalesartificialesseclasificancomonorevestidosyrevestidos.

Losnorevestidosocanalesartificialeserosionablessonutilizadosprincipalmente

encultivosparatransportedeagua,estossonexcavadosenel terrenonaturaly

seusanprincipalmenteconseccintransversaltrapezoidalsupendientedepende

engranmedidadel tipo de terreno en el cual se realicedebidoa su uso no se

revistenynosetienenencuentalasprdidasporinfiltracinocasionadas.

Imagen2.CanalizacinquebradalaChiguaza,localidaddeTunjuelito,Bogot

Los canales artificiales no erosionables o revestidos utilizan diversosmateriales

para el recubrimiento la eleccin delmaterial depende de factores econmicos,

hidrulicos,dentrode losrecubrimientosmasutilizadosse tienelamampostera,

lapiedra,elconcretoyelacero la razn fundamentalpor lacualse revistenes

evitarlasprdidasporinfiltracin.

Imagen3Canalartificialrevestido,canaldetransporteacueductodeIbagu

Imagen 4 Canal artificial, modelo hidrulico para experimentacin, laboratorio de hidrulica,UniversidadDeLaSalle,Bogota.

2.1.4Laseccintransversalenloscanalesabiertos,laseccintransversaloforma

deuncanalpuedeserirregular,prismticaonoprismtica.Paraqueuncanalsea

considerado como prismtico debe poseer una seccin transversal invariable y

unapendientedefondoconstanteencasocontrarioseruncanalnoprismtico

es decir esaquelen el cual la geometra o la pendiente de fondo cambiara, un

ejemplotpicodecanalnoprismticoesunvertederoconunanchovariableyun

alineamientocurvo.

Figura11Seccintransversaldeuncauseirregular

Figura12Seccintransversaldeuncauceprismticodeformatrapezoidal.

Lasseccionestransversalesmsutilizadasenloscanalesabiertosson:

Rectangulares

Triangulares

Trapezoidales

Circulares

Parablicos.

Laseccintrapezoidaleslaformamscomnencanalesconbancasentierrasin

recubrimiento, esto debido a que poseen las pendientes necesarias para la

estabilidad.

Laseccintriangularyrectangularsoncasospartcularesdeltrapeciolaseccin

rectangulartieneladosverticalesesdecireltaludescero,porlogeneralseutiliza

para canales construidos paramateriales estables, como es la mampostera, la

roca,algunosmetalesolamaderalaseccintriangularposeeunfondodecanal

igualacero,seutilizageneralmenteparacanalesdetransportedeaguaslluviasel

lasvas,comocunetas,pequeasasqueasyentrabajosdelaboratorio.

La seccin circular es la forma ms comn para obras de alcantarillados y

alcantarillasdetamaopequeoymedio.

Figura13Seccionescomunesencanalesprismticos

2.1.4.1 Elementos geomtricos de la seccin de un canal, los elementos

geomtricossonlaspropiedadesquecaracterizancadaseccintransversalenun

canalysondefinidosporcompletoporlageometradelaseccinylaprofundidad

del flujo.Estos elementos sondegran importancia y se utilizan con recurrencia

paraeldiseodeloscanalespuesaportaninformacindelaseccin.

2.1.4.1.1Profundidaddelagua,laprofundidaddelaguaotirantedelflujo(y),esla

distanciaverticaldesdeelpuntomasbajodelaseccindeuncanalalasuperficie

delaguasielcanaltieneunapendienterelativamentebaja.

En los canales que poseen pendientes altas, se usa la profundidad del agua o

tirantedel flujomedidode formaperpendicularconel fondodelcanal (d).Existe

unarelacinentre(y)y(d)estaes:

Ecuacin16Relacinentrelaprofundidaddelaguayelngulodelapendientedelfondodelcanal.

qcosd

y =

Figura14Relacinentrelaprofundidad(y)ylaprofundidad(d)

Segnlafigura14setieneque:

=Angulodelapendientedelfondodelcanalconunalneahorizontal.

Siespequeo dy @ .

= " Niveldelaguaes laelevacindelasuperficie libredelaguarespectoaun

planodereferenciaodatum.Sielplanodereferenciase tomaenelpuntomas

bajodelcanal, coincidirelniveldelaguayel tirantedel flujooprofundidaddel

agua.

EnuncanalsetieneunapendientebajasilapendienteSo 0.01,ysetieneuna

pendientealtasiSo>0.01.

2.1.4.1.2reamojada, elreamojadaoreahidrulica(A),deunaseccines

aquellareacorrespondienteaunaseccintransversaldel flujo, lacualse tomo

normalmentealadireccindelflujo.

2.1.4.1.3Permetromojado,sedefinealpermetromojado(P),como la longitud

deunalneaquelimitaelreatransversaldeflujo,menoselanchodelasuperficie

libre.

2.1.4.1.4Radiohidrulico,elradiohidrulico(R),sedefinecomolarelacinentre

elreamojadaconrespectoasupermetromojado.

Ecuacin17Definicindelradiohidrulico

PA

R =

2.1.4.1.5Anchosuperficial,elanchosuperficial(T),delaseccindelcanalesla

longituddelalneacorrespondientealasuperficielibredeagua.

2.1.4.1.6Profundidadhidrulica, laprofundidadhidrulica(D),deunaseccinde

uncanaleslarelacinentreelreamojadayelanchosuperficial.

Ecuacin18Definicindelaprofundidadhidrulica.

TA

D =

2.1.4.1.7Taluddelaparedlateraldelcanal,eltaluddelaparedlateraldelcanal

(z),tomalossiguientesvaloressegnelcanal:

Encanalesrectangularesz=0.

Encanalestrapezoidalesotriangularessimtricos,z1=z2=z

2.1.4.1.8Anchodelfondodelcanal,comosunombreloindicaelanchodelfondo

delcanal(b),eslalongituddelalneacorrespondientealanchoinferiordela

seccintransversal.

b=0encanalestriangulares

2.1.4.1.9 Factor de seccin para el clculo del flujo critico, el factor de seccin

paraelclculodelflujocrtico(Z),sedefinecomoelproductodelreamojadayla

razcuadradadelaprofundidadhidrulica.

Ecuacin19Definicindefactordeseccin

TA

ADAZ = =

2.1.4.1.10Factordeseccinparaelclculodeflujouniforme,elfactordeseccin

para el clculo del flujo uniforme )( 32

AR , se define como el producto del rea

mojadayelradiohidrulicoelevadoalapotencia 32 .

2.1.4.1.11 Elementos geomtricos de secciones de canales, los principales

elementosgeomtricos,sepresentanenlatablaquesemuestranacontinuacin.

Tabla1Relacinesgeomtricasparalasseccionestransversalesencanalesmsusados.

2.1.5Caractersticasdelflujoenlasseccionesmsusadas

2.1.5.1 Flujo en un canal de seccin circular, si se tiene un canal circular de

dimetrodo, ladescargamximaocurreaproximadamenteparaunaprofundidad

deflujoigualay=0.938do,ylavelocidadmximaestaubicadaaunaprofundidad

deflujoigualy=0.81do.

2.1.5.2 Flujo en canales rectangulares muy anchos, en un canal rectangular el

radiohidrulicoestadadoporlasiguienteecuacin.

Ecuacin20Radiohidrulicoparauncanaldeseccinrectangular.

ybby

R2 +

=

Sielcanalesmuyancho,elfactor(2y)presenteeneldenominadorsehacecasi

despreciableencomparacinconelancho(b),motivoporelcualelradio

hidrulico(R)sepuedeaproximaraalprofundidaddelflujo.

Ecuacin21Aproximacindelradiohidrulicoenuncanaldeseccinrectangular

hyyR @ @

Esta aproximacin es valida generalmente para canales rectangulares donde el

anchodelcanalesmayora10veceslaprofundidaddelflujo,puesestacondicin

hacequeelcanalseaconsideradocomoancho.

2.1.6 Distribucin de la velocidad en la seccin de un canal, en los canales la

presencia de una superficie libre y el hecho de estar contenido el flujo en un

conductoenelcualsepresentafriccinentreelflujoylasparedesdelcanalestas

condicioneshacenquelavelocidadenuncanalnoseauniformeenelconducto,

presentando zonas de distintas velocidades siendo recurrente que la velocidad

mximamedidaencanalescomunes,generalmenteocurredebajodelasuperficie

libredelaguaaunadistanciaquevariaentrelos0.05a0.25delaprofundidad y .

Figura15.Distribucindevelocidadesenseccionestransversalesdediferenteforma.Tomadodehidrulicadecanalesabiertos.Chow,V.T2000

La figura anterior muestra la distribucin de velocidades para canales de

diferentesseccionestransversales,enestafiguraseapreciacomolavelocidadva

enaumentodesdelasregionesexterioreshastallegaraunvalormximoubicado

enopordebajodelasuperficielibredelflujocoincidiendoconlamayorverticalde

laseccintransversaloconlalneaalcentrparaloscanalesprismticos.

En un canal la distribucin de velocidad depende de varios factores los cuales

intervienen en diferente magnitud, estos factores son la forma del canal, la

rugosidaddelasparedesdelcanal,lapresenciadecurvasycodos,elviento.

Existeunarelacinentrelaprofundidaddelcanalyla localizacindelamxima

velocidadde flujoenel canal,dicha relacinmuestraquecuando laconduccin

sea ancha, baja y rpida o de paredes lisas, lamxima velocidad se localizara

muy cerca de la superficie. En un canal profundo la mxima velocidad se

localizaraamayordistanciadelasuperficielibredelflujo.

Larugosidaddelasparedesdelcanalprovocaunincrementoenlacurvaturadela

curva que representa la distribucin vertical de la velocidad, esto se puede

visualizarenlasiguientefigura.

Figura16Efectodelarugosidadenladistribucindevelocidadesenuncanalabierto.TomadodehidrulicadecanalesabiertosdeChowV.T.2000

En las curvas la distribucin de velocidades se ve afectada por la accin de la

fuerzacentrifuga,lavelocidadtiendeasermayorenlaparteexternaoconvexade

lacurvaytiendeasermenorenlaparteinternaocncavadelacurva.

El viento tiene muy poco efecto sobre la distribucin de velocidades, esto se

mantienemientraslavelocidaddelvientonosealosuficientementegrandecomo

paracausarunainfluenciadirectasobreelcomportamientodelflujo.

Elescurrimientoparauncanalprismticoestridimensional,estesemanifiestacon

unmovimientoquesigueuna trayectoriaenespiral, lacomponentedevelocidad

en la seccin transversal del canal es pequea en comparacin con las

componentes de velocidad longitudinales. Se idealiza la distribucin de

velocidadesencanalesanchosyseasumequees lamismaquesepresentara

enuncanalrectangulardeanchoinfinito.

2.1.6.1 Medicin de la velocidad en un canal abierto, para la medicin de las

corrientes y la velocidad media del flujo, se nombra la metodologa de la, U.S.

Geological Survey, en esta metodologa la seccin transversal del cause es

dividida en franjas verticales mediante el trazado de varias verticales, creando

elementosderea,encadaverticalsemedirlasvelocidades,seutilizaparaeste

fin el correntmetro o molinete. Se puede subdividir esta metodologa en dos

mtodoscadaunoparacasosespecficoselprimeroesconocidocomoelmtodo

0.6y,yelsegundoesdenominadoelmtodo0.2y0.8y.

2.1.6.1.1Mtodo0.6y,estemtodoproporcionaresultadosaceptablesseusapara

profundidadesmenoresa0.6y,enestecasolavelocidadmediasetomacomola

velocidadqueseobtienealrealizarlalecturaomedicina0.6ydesdelasuperficie

oa0.4ydesdeelfondo.

2.1.6.1.2Mtodo0.2y0.8y,estemtodoconsisteenmedirlavelocidadauna

profundidadde(0.2y)yde(0.8y)desdelasuperficiedelflujo,lavelocidadmedia

delflujoenlaverticalserelpromedioaritmticodeambasvelocidades.

2.1.6.1.3 Condiciones generales de los mtodos para med

Canales Abiertos

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