Lab01 Virtual hidra - Apuntes canales PDF

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Laboratorio 01 – grupo 01 1UNIVERSIDADPERUANA DECIENCIAS APLICADASESCUELAPROFESIONAL DEINGENIERÍACIVILTEMA:FLUJO PERMANENTEUNIFORME YRUGOSIDADCOMPUESTACURSO:LABORATORIO DEHIDRÁULICA DECANALESDOCENTE:ING. RAUL IVANALUMNA:VEGA DE LACRUZ, MARITADANIELAGRUPO:01SECCIÓN:CX 73SEMESTREACADEMICO:2020 - 2ÍNDI...

Description

UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TEMA:

FLUJO PERMANENTE UNIFORME Y RUGOSIDAD COMPUESTA

ALUMNA: VEGA DE LA CRUZ, MARITA DANIELA

GRUPO:

01 SECCIÓN:

CURSO:

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

CX 73 SEMESTRE ACADEMICO: 2020 - 2

Ing. Raul Ivan Contreras Fajardo

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................6 FLUJO PERMANENTE UNIFORME ......................................................................................................7 1.

MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................8

2.

OBJETIVOS ..................................................................................................................................9

3.

MATERIALES ...............................................................................................................................9

4.

REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA ...................................................................................................9

5.

PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................10

6.

REALIZACIÓN DEL PROBLEMA CON EL SOFTWARE HEC RAS 5.0.7 ...........................................11 6.1. Prueba N°1 ............................................................................................................................11 6.1.1. Gráficas...........................................................................................................................11 6.1.2. Tablas .............................................................................................................................12 6.2. Prueba N°2 ............................................................................................................................13 6.2.1. Gráficas...........................................................................................................................13 6.2.2. Tablas .............................................................................................................................15 6.3. Prueba N°3 ............................................................................................................................16 6.3.1. Gráficas...........................................................................................................................16 .................................................................................................................................................17 .................................................................................................................................................17 .................................................................................................................................................17 6.3.2. Tablas .............................................................................................................................17 6.4. Prueba N°4 ............................................................................................................................18 6.4.1. Gráficas...........................................................................................................................18 6.4.2. Tablas .............................................................................................................................20

7.

CÁLCULOS.................................................................................................................................21

8.

ANÁLISIS ...................................................................................................................................23

9.

CONCLUSIONES ........................................................................................................................24

10.

RECOMENDACIONES ............................................................................................................24

RUGOSIDAD COMPUESTA ...............................................................................................................25 1.

MARCO TEORICO ......................................................................................................................26

2 Laboratorio 01 – grupo 01

Ing. Raul Ivan Contreras Fajardo

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas

2.

OBJETIVOS ................................................................................................................................26

3.

MATERIALES .............................................................................................................................27

4.

REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA .................................................................................................27

5.

PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................27

6.

REALIZACIÓN DEL PROBLEMA CON EL SOFTWARE 5.0.7 ..........................................................28 6.1. Prueba N°1 ............................................................................................................................28 6.1.1. Gráficas...........................................................................................................................28 6.1.2. Tablas .............................................................................................................................30 6.2. Prueba N°2 ............................................................................................................................31 6.2.1. Gráficas...........................................................................................................................31 6.2.2. Tablas .............................................................................................................................32 .....................................................................................................................................................33 6.3. Prueba N°3 ............................................................................................................................33 6.3.1. Gráficas...........................................................................................................................33 6.3.2. Tablas .............................................................................................................................35

7.

CÁLCULOS.................................................................................................................................36

8.

ANÁLISIS ...................................................................................................................................40

9.

CONCLUSIONES ........................................................................................................................40

10.

RECOMNDACIONES ..............................................................................................................40

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ...........................................................................................................41

3 Laboratorio 01 – grupo 01

Ing. Raul Ivan Contreras Fajardo

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Componentes de un canal. Fuente: Clase .............................................................................6 Figura 2 Sección transversal del canal 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia .............................11 Figura 3 Sección transversal del canal 0+000 de la prueba N°1. Fuente: Propia ..............................11 Figura 4 Vista de planta del canal de la prueba N°1. Fuente: Propia ................................................11 Figura 5 Vista 3D del canal de la prueba N°1. Fuente: Propia ..........................................................12 Figura 6 Vista de planta del canal de la prueba N°2. Fuente: Propia ................................................13 Figura 7 Sección transversal del canal 0+100 de la prueba N°2. Fuente: Propia ..............................14 Figura 8 Sección transversal del canal 0+000 de la prueba N°2. Fuente: Propia ..............................14 Figura 9 Vista 3D del canal de la prueba N°2. Fuente: Propia ..........................................................14 Figura 10 Vista de planta del canal de la prueba N°3. Fuente: Propia ..............................................16 Figura 11 Sección transversal del canal 0+100 de la prueba N°3. Fuente: Propia ............................16 Figura 12 Sección transversal del canal 0+000 de la prueba N°3. Fuente: Propia ............................16 Figura 13 Vista 3D del canal de la prueba N°3. Fuente: Propia ........................................................17 Figura 14 Vista de planta del canal de la prueba N°4. Fuente: Propia ..............................................18 Figura 15 Sección transversal del canal 0+000 de la prueba N°4. Fuente: Propia ............................19 Figura 16 Sección transversal del canal 0+100 de la prueba N°4. Fuente: Propia ............................19 Figura 17 Vista 3D del canal de la prueba N°4. Fuente: Propia ........................................................19 Figura 18 Vista de planta del canal compuesto de la prueba N°1. Fuente: Propia ..........................28 Figura 19 Sección transversal del canal compuesto 0+000 de la prueba N°1. Fuente: Propia .........29 Figura 20 Sección transversal del canal compuesto 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia .........29 Figura 21 Vista 3D del canal compuesto de la prueba N°1. Fuente: Propia ......................................29 Figura 22 Vista de planta del canal compuesto de la prueba N°2. Fuente: Propia ..........................31 Figura 23 Sección transversal del canal compuesto 0+100 de la prueba N°2. Fuente: Propia .........31 Figura 24 Sección transversal del canal compuesto 0+000 de la prueba N°2. Fuente: Propia .........31 Figura 25 Vista 3D del canal compuesto de la prueba N°2. Fuente: Propia ......................................32 Figura 26 Vista de planta del canal compuesto de la prueba N°3. Fuente: Propia ..........................33 Figura 27 Vista 3D del canal compuesto de la prueba N°3. Fuente: Propia ......................................34 Figura 28 Sección transversal del canal compuesto 0+000 de la prueba N°3. Fuente: Propia .........34 Figura 29 Sección transversal del canal compuesto 0+100 de la prueba N°3. Fuente: Propia .........34

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Resultado de la sección transversal 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia .....................12 Tabla 2 Resultado totales de las secciones de la prueba N°1. Fuente: Propia. .................................13 Tabla 3 Resultado de la sección transversal 0+100 de la prueba N°2. Fuente: Prop ia .....................15 Tabla 4 Resultado totales de las secciones de la prueba N°2. Fuente: Propia. .................................15 Tabla 5 Resultado de la sección transversal 0+100 de la prueba N°3. Fuente: Propia .....................17 Tabla 6 Resultado totales de las secciones de la prueba N°3. Fuente: Propia. .................................18 Tabla 7 Resultado de la sección transversal 0+100 de la prueba N°4. Fuente: Propia .....................20 Tabla 8 Resultado totales de las secciones de la prueba N°4. Fuente: Propia. .................................20 Tabla 9 Resultado de la sección transversal compuesta 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia ...30 Tabla 10 Resultado totales de las secciones compuesta de la prueba N°1. Fuente: Propia. ............30 Tabla 11 Resultado de la sección transversal compuesta 0+100 de la prueba N°2. Fuente: Propia .32 Tabla 12 Resultado totales de las secciones compuesta de la prueba N°2. Fuente: Propia. ............33 Tabla 13 Resultado de la sección transversal compuesta 0+100 de la prueba N°3. Fuente: Propia .35 Tabla 14 Resultado totales de las secciones compuesta de la prueba N°3. Fuente: Propia. ............35

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INTRODUCCIÓN En este presente informe se estará realizando cálculos teóricos y experimentales para un flujo permanente y uniforme, aprendidos en clases y en el laboratorio de Hidráulica de canales, se tendrá que utilizar el programa llamado HEC RAS 5.0.7 para fines académicos. Se estará aplicando los conocimientos adquiridos en clase teórica con el profesor del curso, como por el ejemplo, la determinación del cociente de Chezy, la aplicación de la fórmula de Manning, sección compuesta, la rugosidad (k), etc. En primer lugar, se tendrá que crear un canal hidráulico con ayuda del programa, para posteriormente poder obtener diferentes gráficas y tablas que nos ayude a obtener los valores de la velocidad media, área y tirante. Luego se procederá a calcular en un Excel el coeficiente de Manning (n), la rugosidad (k) y el coeficiente de Chezy ( C ), después se tendrá que comprar la rugosidad que nos brinda el problema para luego compararla con la obtenida, gracias al programa. En segundo lugar, tendremos canales con rugosidades compuestas, ya que tendrán diferentes materiales (fondo y lateral del canal), para hallar estas se tendrá que revisar unas tablas, después se procederá a colocarlas en el programa para que con los resultados se pueda hallar el coeficiente Manning experimental y teórico para luego compararlos y hallar la diferencia de error entre ellas.

Figura 1 Componentes de un canal. Fuente: Clase

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FLUJO PERMANENTE UNIFORME

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1. MARCO TEÓRICO Según la guía de Laboratorio de Hidráulica de Canales, el flujo permanente uniforme se presenta cuando hay equilibrio entre las fuerzas y resistentes. También es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. Este flujo involucra que las características del flujo (caudal, área, velocidad, tirante, etc.) no cambien conforme cambia el tiempo, en pocas palabras, permanecen constantes con el tiempo. Una de las características del flujo uniforme es que este permanece constante a lo largo de la longitud del cantal, otro es que la línea de energía es paralela a la superficie libre del líquido y al fondo del canal. Para el cálculo del flujo uniforme y permanente se emplea la fórmula de Robert Manning, expresión derivada de la de Antoine Chezy. Utilizaremos las siguientes fórmulas para la determinación de dichas incógnitas:

𝑉=

𝑅2/3 √𝑆0 𝑛

(Manning)

𝑉 = 𝐶√𝑅𝑆 (Chezy)

12𝑅

ℎ ) 𝛿= 𝐶 = 18𝑙𝑜𝑔 ( 𝑘+0.3𝛿

11.6𝜐 𝑉∗

𝑉 ∗ = √𝑔𝑅ℎ 𝑆𝑒

𝜐𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1 ∗ 10 −6 𝑚2 /𝑠

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2. OBJETIVOS Según la guía de Laboratorio de Hidráulica de Canales, se tienen los siguientes objetivos: General Calcular el valor del coeficiente de rugosidad de Manning (n) y el coeficiente de la rugosidad teórica (Kt) de Chezy para flujo uniforme y permanente para un Canal de hormigón colocado detrás de un encofrado y alisado. Especifico •

Identificar las características geométricas de un canal.

•

Reconocer las características hidráulicas en el diseño del tramo de un canal utilizando las herramientas HEC-RAS.

3. MATERIALES  Disponer de software Hec-Ras 

Internet



Computadora

4. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA A través de Hec Ras diseñe el canal rectangular que tenga las siguientes características para flujo uniforme y permanentes: 

La base debe ser de 40 cm.



Altura del canal 60 cm.



Con un caudal de 40 lt/s.



La pendiente inicial 0.1%.



Longitud 100 m



Coeficiente

de

rugosidad

de

Mannig

(Hormigón encofrado alisado) 0,014.

9 Laboratorio 01 – grupo 01

Ing. Raul Ivan Contreras Fajardo

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5. PROCEDIMIENTO



Ingresar al menú principal de HEC RAS



Genere un proyecto con el nombre de “LAB01”



Ingresar los datos geométricos fijando dos secciones de interés aguas arriba, aguas abajo.



Genere el perfil del canal hidráulico uniforme y permanente.



Modele el movimiento que tendrá el flujo en el canal (flujo permanente)



Verifique cada uno de los gráficos y tablas que ha generado el modelo.



Con la metodología desarrollada debe determinar la “n” de Manning y “C” de Chezy del canal de pendiente variable (aplicar la fórmula de Manning y Chezy entre las dos secciones, considerando el radio hidráulico medio y la velocidad media).



Considerar adecuadamente la pendiente que presentamos en el canal para desarrollar el laboratorio virtual.



Encuentre el coeficiente de Manning y Chezy del siguiente cuadro:

Prueba #

So(%)

1

0.10

2

0.15

3

0.20

4

0.25

y (m)

A (m2)

P (m)

RH (m)

V (m/s)

Manning (n)

Chezy ( k )

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6. REALIZACIÓN DEL PROBLEMA CON EL SOFTWARE HEC RAS 5.0.7 6.1. Prueba N°1 6.1.1. Gráficas

Figura 4 Vista de planta del canal de la prueba N°1. Fuente: Propia

Figura 3 Sección transversal del canal 0+000 de la prueba N°1. Fuente: Propia

Figura 2 Sección transversal del canal 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia

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Figura 5 Vista 3D del canal de la prueba N°1. Fuente: Propia

6.1.2. Tablas

Tabla 1 Resultado de la sección transversal 0+100 de la prueba N°1. Fuente: Propia

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Tabla 2 Resultado totales de las secciones de la prueba N°1. Fuente: Propia.

6.2. Prueba N°2 6.2.1. Gráficas

Figura 6 Vista de planta del canal de la prueba N°2. Fuente: Propia

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Figura 8 Sección transversal...