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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CURSO DE INGENIERIA HIDRAULICA-IC0603

CAPITULO 02: GEOMETRIA DE CANALES Autor: M.Sc. Pérez Ñ. Profesor del curso

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE 1. Conocer la nomenclatura de la geometría de los canales 2. Definir el área, perímetro mojado y radio hidráulico de la sección de un canal. 3. Evaluar los parámetros de la sección de un canal.

CAPITULO 1 GEOMETRIA DE LOS CANALES 1.1 INTRODUCCION Son mostrados los elementos geométricos de los canales abiertos y cerrados de secciones más comunes. También son mostrados las relaciones geométricas correspondientes entre estos elementos.

1.2 DEFINICION DE CANAL Los canales son conductos en el agua circula por acción de la gravedad y sin ninguna presión. La superficie libre del líquido está en contacto con la atmosfera. Los canales pueden ser naturales (ríos, acequias, etc.) o artificiales (proyectados y desarrollados por los hombres). Otra clasificación puede ser abiertos o cerrados. En el caso de cerrados, estos funcionan parcialmente llenos (alcantarillas, etc.).

1.3 SECCION LONGITUDINAL DEL CANAL

Figura 1-1: Sección longitudinal de un canal

1.4 SECCIONES MAS COMUNES EN CANALES Existen diferentes secciones de canales abiertas. Las más conocidas son: • Sección trapezoidal. - Se usa siempre en canales de tierra en canales revestidos. • Sección rectangular. - Se emplea en acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos. • Sección triangular. - Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidades de trazo (en la agricultura).

•

Sección parabólica. -Se emplean en canales revestidos y es la forma que toman muchos canales naturales y canales viejos de tierra.

Figura 1-2: Secciones más utilizados en canales

1.5 ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA SECCION TRANSVERSAL EN UN CANAL Elementos geométricos de la sección transversal en un canal son mostrados en la Figura 1-3.

Figura 1-3: Elementos geométricos de la sección transversal de un canal

Donde: • • • • • • • •

y : Tirante de agua, es la profundidad máxima del agua en el canal, b : Ancho de solera, ancho de plantilla, es el ancho de la base de un canal, T : Espejo de agua, es el ancho de la superficie libre del agua C : Ancho de corona, H : Profundidad total del canal, H-y : Borde libre, 𝜽 : Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal, Z : Talud, es la proyección horizontal por cada unidad de longitud en la dirección del tirante y.

Además, se pueden definir otros parámetros relacionados a las anteriores, ver Figura 1-4:

Figura 1-4: Área y perímetro de un canal

• •

A : Área hidráulica, es la superficie de la sección transversal normal cualquiera ocupada por el líquido. p : Perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con el líquido.

•

•

R : Radio hidráulico, es un parámetro característico de la sección del área 𝐴 hidráulico. Es igual a la relación 𝑅 = 𝑝 . Cuando se trata de tuberias que

trasladan liquidos a presion diferente de la atmosférica es equivalente al diámetro. 𝐴 𝒚  : Profundidad media, es la relación, 𝑦 = 𝑇

1.6 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LOS CANALES CON SECCIONES MAS COMUNES 1.6.1 Sección trapezoidal 𝑇 = 𝑏 + 2𝑍𝑦 𝑝 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑧 2 𝑇+𝑏 A= 𝑦 = (𝑏 + 𝑍𝑦)𝑦 2 𝑏𝑦 + 𝑍𝑦 2 𝑅= 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑍2 1.6.2 Sección rectangular

1.6.3 Sección triangular

𝑇=𝑏 𝑝 = 𝑏 + 2𝑦 𝐴 = 𝑏𝑦 𝑏𝑦 𝑅= 𝑏 + 2𝑦 𝑇 = 2𝑍𝑦 𝑝 = 2𝑦√1 + 𝑧2 𝑇𝑦 = 𝑍𝑦 2 𝐴= 2 𝑍𝑦 𝑅= 2√ 1 + 𝑍 2

1.6.4 Sección parabólica 𝑇 = 2√2𝑘𝑦 2 𝐴 = 𝑇𝑦 3 𝑇/2

𝑝 = 2∫

0

1.6.5 Conductos de herradura parcialmente llenos

1.6.6 Conductos de Herradura

√1 + (

𝑅=

𝐴 𝑝

𝑑𝑦 ) 𝑑𝑥 𝑑𝑥 2

𝛼 𝑇 = 2𝑟𝑆𝑖𝑛 2 1 2 (𝜃 − 𝑆𝑖𝑛𝜃)𝐷 𝐴= 8 1 𝑝 = 𝜃𝐷 2 1 𝑆𝑖𝑛𝜃 𝑅 = (1 − )𝐷 4 𝜃 𝐴 𝑅= 𝑃

Las tablas siguientes muestran un resumén de lo expuesto...