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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE INGENIERÍAS CIVIL Y GEOMÁTICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL

Diplomado en Ingeniería Hidráulica y Ambiental de proyectos de drenaje urbano

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE INGENIERÍAS CIVIL Y GEOMÁTICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL

3. Aspectos hidráulicos 3.4 Flujo a superficie libre

M. en Ing. Faustino de Luna Cruz M. en Ing. Darío Alfredo Hernández Aguilar 16 marzo 2018

3. Aspectos hidráulicos Se presentarán las ecuaciones que gobiernan los tipos de fluidos presentes en el drenaje urbano y los métodos de solución de las mismas. Se realizarán aplicaciones utilizando software de uso libre 3.4. Flujo a superficie libre Flujo en un canal Geometría en un canal Tipos de flujo Flujo unidimensional permanente Pérdida de energía Flujo turbulento Flujo uniforme Coeficiente de Manning Principio de la energía y régimen crítico Flujo gradualmente variado Flujo espacialmente variado Hidrogramas Flujo bidimensional en planicies

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APLICACIÓN DE FLUJO UNIDIMENSIONAL: Secciones transversales

Puente 1

Puente 2

Trabajos de campo

Trabajos de campo

ECHEGARAY

SAN AGUSTÍN

APLICACIÓN DE FLUJO BIDIMENSIONAL:

http://archivo.eluniversal.com.mx/notas/705787.html

http://www.enlaceveracruz212.com.mx/nota.php?id=63961

Flujo en un canal De manera elemental, podría definirse un canal como una estructura que conduce un líquido por efecto exclusivo de la acción de la gravedad. Desde el punto de vista hidráulico:

Presión atmosférica

Presión atmosférica

Flujo en un canal De manera elemental, podría definirse un canal como una estructura que conduce un líquido por efecto exclusivo de la acción de la gravedad. Desde el punto de vista hidráulico:

Elementos geométricos de una sección

Características generales del flujo en un canal Si al transcurrir el tiempo, el área hidráulica (A) en una sección no cambia, se dice que el flujo es permanente. El hecho de que un flujo sea permanente no implica que todas las secciones sean iguales entres si. Cuando esto último sucede, se trata de un caso particular del flujo permanente que se llama uniforme. Cuando el flujo varía con el tiempo, se denomina no permanente.

Tipos de flujo permanente

Figura 1.4

Un flujo permanente se puede caracterizar con las siguientes tres leyes físicas: - Principio de continuidad - Ecuación de la energía - Ley del impulso o de la cantidad de movimiento

Flujo uniforme La plantilla y la superficie libre son planos paralelos y la línea de energía o “gradiente hidráulico” también lo es a dichos planos

Figura 2.1

Velocidades permisibles en canales::

Canales con sección compuesta

Energía específica en un canal En una sección cualquiera de un canal, se llana energía específica E a la suma del tirante más la carga de velocidad en esa sección

Tirante normal: El tirante de flujo existente en una condición de flujo uniforme para unas características del canal y un caudal dados Tirante crítico: Tirante relacionado para la mínima energía posible

Energía específica en un canal En una sección cualquiera de un canal, se llana energía específica E a la suma del tirante más la carga de velocidad en esa sección

Tirante normal: El tirante de flujo existente en una condición de flujo uniforme para unas características del canal y un caudal dados Tirante crítico: Tirante relacionado para la mínima energía posible

Régimen subcrítico

Características de perfiles en flujo gradualmente variado Línea de energía total

Cuando se conoce el tirante en una sección de un escurrimiento gradualmente variado y se desea determinar todo el perfil de la superficie libre del flujo, partiendo de este tirante, el camino más lógico es dividir el canal en tramos longitudinales y aplicar entre ellos la ecuación de la energía en forma sucesiva

Características de perfiles en flujo gradualmente variado

Este tipo de flujo se encuentra en corrientes naturales y en presas, compuertas, vertedores entre otras obras hidráulicas

Secciones de control

Cuando en un escurrimiento se presenta un cambio de régimen subcrítico a supercrítico, la sección donde esto sucede es una sección crítica. Cuando el cambio se presenta de flujo supercrítico a subcrítico, se provoca un salto hidráulico

Hidrogramas

Es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de información hidrológica (caudal) para un río, arroyo o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo

Análisis para flujo no permanente

Margen derecha Margen izquierda

HEC-RAS Cuando estudiamos un tramo de un determinado río para conocer hasta donde llegaría el agua si el caudal alcanzara cierto valor, nos surgen preguntas como ¿qué altura alcanzará la lámina de agua? ¿se inundarán las zonas próximas? ¿en qué extensión? Responder a estas preguntas no es una tarea fácil ya que debemos tener en cuenta diferentes factores como la forma del cauce, su pendiente o su naturaleza (tipo de material, presencia de vegetación, etc.). Pero si además existen obras en el cauce (puentes, canalizaciones…) o queremos saber qué pasaría si existieran, el problema se complica Hoy en día disponemos de diversos software específicos de modelización hidráulica que facilitan la entrada de datos y permiten visualizar gráficamente los resultados, incluso exportarlos en forma de tablas, lo que nos facilita su interpretación. Entre todo ellos, destaca sin duda el software HEC-RAS (desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers), es uno de los programas de referencia dentro de su campo.

HEC-RAS Se trata de un software gratuito, por lo tanto su uso se ha generalizado y se encuentra en un proceso constante de actualización al introducir continuas mejoras. Esto ha hecho que poco a poco la gran mayoría de administraciones hayan comenzado a exigir el estudio del impacto que pueden representar sobre la dinámica de los cauces cualquier tipo de actuación con un modelo hidráulico suficientemente fiable, como es el caso de HEC-RAS. HEC-RAS (Hydrological Engineering Center – River Analysis System) es un programa de modelación hidráulica unidimensional compuesto por 4 tipos de análisis en ríos: · Modelización de flujo en régimen permanente · Modelización de flujo en régimen no permanente · Modelización del trasporte de sedimentos · Análisis de calidad de aguas Nos permite simular flujos en cauces naturales o canales artificiales para determinar el nivel del agua por lo que su objetivo principal es realizar estudios de inundabilidad y determinar las zonas inundables.

HEC-RAS Secciones transversales Flujo permanente Condiciones de frontera Flujo no permanente Capacidad de conducción Puente

HEC-RAS

APLICACIÓN BIDIMENSIONAL

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