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DETERMINACION DE TIRANTE

LA SIGUIENTE METODOLOGIA ES LA NECESARIA PARA PODER CALCULAR TANTO EL TIRANTE DE DESBORDE Y EL CAUDAL QUE LO PROVOCA, ASI COMO SI EL CAUDAL HIDROLOGICO GENERADO POR LA CUENCA DE ESTUDIO PUEDE GENERAR UN DESBORDAMIENTO O CUAL ES EL TIRANTE GENERADO POR ESTE CAUDAL.

DATOS INICIALES NECESARIOS DEBEMOS DETERMINAR LOS SIGUIENTES DATOS Y PARAMETROS INICIALES PARA PODER REALIZAR LOS CALCULOS DE CAUDAL DE DESBORDAMIENTO Y LAS COTAS DEL TIRANTE GENERADO POR EL CAUDAL HIDROLOGICO GENERADO EN LA CUENCA DE ESTUDIO.

PERFIL DEL CAUCE SE DETERMINA EL PERFIL DEL CAUCE MEDIANTE LA REALIZACION DE UN LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO CON UN NIVEL DE DETALLE ALTO.

PENDIENTE DEL TERRENO SE DETERMINA EL DESNIVEL QUE TIENE EL CAUCE DEL RIO POR LO MENOS CALCULANDO 100 METROS RIO ARRIBA MEDIANTE LA SIGUIENTE ECUACIÓN.

𝑃𝐸𝑁𝐷𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸 =

𝐴𝐿𝑇𝑈𝑅𝐴 𝐼𝑁𝐼𝐶𝐼𝐴𝐿 −𝐴𝐿𝑇𝑈𝑅𝐴 𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿 𝐿𝑂𝑁𝐺𝐼𝑇𝑈𝐷 𝐷𝐸 𝐿𝐴 𝑀𝐸𝐷𝐼𝐷𝐴

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING

 La gran mayoría de los ingenieros tienen la concepción de que en un canal el coeficiente n de Manning es un valor constante, lo cual no es cierto, ya que este valor depende de una serie de factores, los cuales pueden estar interrelacionados hasta cierto punto. Se ha encontrado que los factores que más intervienes en la determinación de este coeficiente son:  CONCEPTOS APLICADOS  El valor de n es muy variable y depende de una cantidad de factores. Al seleccionar un valor adecuado de n para diferentes condiciones de diseño, un conocimiento básico de estos factores debe ser considerado de gran utilidad.  §

Rugosidad de la superficie

 Se representa por el tamaño y la forma de los granos del material que forma el perímetro mojado y que producen un efecto retardante sobre el flujo. En general, los granos finos resultan en un valor relativamente bajo de n y los granos gruesos dan lugar a un valor alto de n.  §

Vegetación

 Puede ser vista como una clase de rugosidad superficial. Este efecto depende principalmente de la altura, densidad, distribución y tipo de vegetación, y es muy importante en el diseño de canales pequeños de drenaje, ya que por lo común éstos no reciben mantenimiento regular.

§

Irregularidad del canal



 Se refiere a las variaciones en las secciones transversales de los canales, su forma y su perímetro mojado a lo largo de su eje longitudinal. En general, un cambio gradual y uniforme en la sección transversal o en su tamaño y forma no produce efectos apreciables en el valor de n, pero cambios abruptos o alteraciones de secciones pequeñas y grandes requieren el uso de un valor grande de n.  §

Alineamiento del canal

 Curvas suaves con radios grandes producirán valores de n relativamente bajos, en tanto que curvas bruscas con meandros severos incrementarán el n.  §

Sedimentación y erosión

 En general la sedimentación y erosión activa, dan variaciones al canal que ocasionan un incremento en el valor de n. Urquhart (1975) señaló que es importante considerar si estos dos procesos están activos y si es probable que permanezcan activos en el futuro.  §

Obstrucción

 La presencia de obstrucciones tales como troncos de árbol, deshechos de flujos, atascamientos, pueden tener un impacto significativo sobre el valor de n. El grado de los efectos de tale obstrucciones dependen del número y tamaño de ellas.

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING Aplicando la formula de Manning lo mas difícil es determinar el coeficiente de rugosidad n porque no hay un método exacto de seleccionar el valor n. El seleccionar un valor n actualmente significa estimar la resistencia al escurrimiento en el canal lo cual es un asunto intangible. Para calcular entonces el coeficiente de rugosidad n se dispone de tablas como las siguientes.

FORMULA DE MANNING  En el año 1889, el ingeniero irlandés Robert Manning, presentó por primera vez la ecuación durante la lectura de un artículo en una reunión del Institute of Civil Engineers de Irlanda.  LA FORMULA ES LA SIGUIENTE:

 𝑉=

1 𝑛

∗ 𝑅

2

3

 Q= V * AREA

∗ 𝑆

1

2

PROCEDIMIENTO DE DETERMINACION DE TIRANTE Y CAUDAL DE DESBORDE.  La estimación del tirante generado en el cauce de drenaje de una cuenca va a depender el caudal generado por dicha cuenca, el procedimiento de calculo de este valor no pude realizarse de forma directa, será producto de una estimación e iteración ya que existe una formula que determine este valor de forma directa debido a que la forma del cauce es totalmente irregular.  Primeramente calcularemos los caudales hidrológicos de la cuenca por medio ya sea del meto racional o por la estimación de crecidas del INSIVUMEH

PRIMER PASO: Dibujo de sección de rio.  Realizar el dibujo del corte de una sección del cauce del río. Se deberá graficarlo a escala, se podrá analizarlo tanto de forma manual pero de preferencia se deberá de realizar en algún software de dibujo, para automatizar el calculo del área de la sección mojada así como del perímetro mojado.

SEGUNDO PASO: DETERMINACION DE COTA DE DESBORDE.  Determinaremos la cota de desborde del rio en función de su corte en el punto de estudio como lo vemos en la siguiente grafica.  En este punto se determina el caudal hidrológico de la cuenca en este caso de estudio se estimara 39.07 metros cúbicos por segundo.

TIRANTE DE DESBORDE 2.74 metros

SEGUNDO PASO: Determinación área y radio hidráulico.  Para la determinación del área mojada generada por esta cota de desborde se realizaran las mediciones de forma manual o mediante el software de dibujo que utilicemos, también se deberá determinar su perímetro mojado.  AREA DE DESBORDE = 5.733 metros cuadrados  PERIMETRO MOJADO = 10.026 metros.

TERCER PASO: Determinación de caudal de desborde.  Utilizando la formula de Manning y tomando los datos siguientes  COEFICIENTE DE RUGOSIDAD n = 0.01

 Pendiente: 0.015 m/m  Área mojada de desborde= 5.733 metros cuadrados

 Perímetro mojado de desborde = 10.026 metros  VELOCIDAD ENCONTRADA = 8.44047 metros/seg.  CAUDAL DESBORDE = 48.39 metros cúbicos /seg.

CUARTO PASO: Determinación de desbordamiento  Si el caudal hidrológico es menor al caudal de desborde encontrado, el río no se desbordara, y se tendrá que estimar el tirante que genera el caudal hidrológico.  Si el caudal hidrológico es mayor al caudal de desborde, se determinara que el río se desbordara en este punto por lo cual no es apto para la utilización que se le dará.  EN ESTE CASO EL CAUDAL HIDROLOGICO SERA DE 39.07 M³/seg. Y ES MENOR QUE EL CAUDAL DE DESBORDE, POR LO CUAL CALCULAREMOS SU COTA DE TIRANTE.

QUINTO PASO: Determinar cota del caudal hidrológico.  Esta cota se hallara por medio de un procedimiento iterativo ya que no se cuenta con un a formula determinada ya que la forma del cauce es total mente irregular.

TIRANTE 2.20 metros

CALCULOS  Para el tirante de 2.20 metros tenemos los siguientes valores

 AREA MOJADA = 4.239 metros cuadrados  PERIMETRO MOJADO = 8.088 metros

 RH= 0.5241  VELOCIDAD= 7.961m/seg

 CAUDAL=

33.75 m³/seg

 ESTE VALOR ES MENOR AL CAUDAL HIDRAULICO POR LO QUE EL TIRANTE ESTA ARRIBA DE ESTE PUNTO.

NUEVO NIVEL DE COTA TIRANTE

TIRANTE 2.35 metros

CALCULO  Para el tirante de 2.35 metros tenemos los siguientes valores encontrados

 AREA MOJADA = 4.185 metros cuadrados  PERIMETRO MOJADO = 8.885 METROS

 RH = 0.54192 metros  CON ESTOS VALORES CALCULAMOS

 VELOCIDAD = 8.14 METROS/SEG  CAUDAL = 39.20 metros³/seg

 ESTE VALOR ES MUY SIMILAR AL CAUDAL HIDROLOGICO POR LO CUAL EL TIRANTE QUE TOMAREMOS SERA DE 2.35 METROS.