Parámetros hidráulicos y comportamiento del flujo en canales: ejercicios resueltos

Q: ¿Cuál es el valor del coeficiente de Manning para hormigón liso?

El documento indica n = 0,014 para hormigón liso. Es el valor que se usa como referencia en el ejercicio de parámetros hidráulicos.

Q: ¿Cómo se calcula el calado crítico en un canal rectangular?

Se calcula con la expresión yc = ³√(Q²/(g·b²)), donde Q es el caudal, g la gravedad y b la anchura del canal. El resultado no depende de la pendiente.

Q: ¿Qué ecuación describe una sección de control tipo vertedero libre?

El documento utiliza la ecuación Q = C·L·y^(3/2), donde C es el coeficiente del vertedero, L la longitud de cresta e y el calado. Esta sección genera flujo crítico.

Resumen

El documento recoge ejercicios de hidráulica de canales: valores aproximados de parámetros como el talud óptimo, el coeficiente de rugosidad de Manning o la velocidad máxima admisible, y el análisis del flujo en canales rectangulares y trapeciales. Se trabajan el caudal específico, el calado crítico, las secciones de control y las ecuaciones de vertederos. Sirve para repasar la relación entre pendiente, régimen de flujo y calado.

Puntos clave

Talud de máximo rendimiento hidráulico en sección trapecial: z = 1/√3 ≈ 0,5774.
Coeficiente de rugosidad de Manning en hormigón liso: n = 0,014.
Caudal específico en canal rectangular: q = Q/b, con b = 10 m y Q = 88,6 m³/s, lo que da q = 8,86 m²/s.
El calado crítico en canal rectangular se calcula como yc = ³√(Q²/(g·b²)) y no depende de la pendiente J.
Una sección de control vertedero libre genera flujo crítico y se describe con Q = C·L·y^(3/2).
Un cambio brusco de pendiente puede generar un salto hidráulico, es decir, un cambio de régimen.

Ponte a prueba

Parámetros Hidráulicos Fundamentales

Indique de forma aproximada, especificando unidades, el valor de los siguientes parámetros:

A) Talud de sección trapecial de máximo rendimiento hidráulico absoluto: z = 1/√3 = 0,5774
B) Profundidad del canal de aproximación a partir de la cual se usa el perfil Creager: p/H₀ = 0,8 m
C) Coeficiente de rugosidad de Manning en hormigón liso: n = 0,014
D) Velocidad de cavitación incipiente del flujo rasante en rápidas escalonadas: v_wi = 20 m/s
E) Velocidad máxima admisible en el canal revestido de hormigón (flujo permanente): v_max = 4 m/s

Comportamiento de Flujo en Canal Rectangular

Para un canal de sección rectangular con anchura b = 10 m y caudal Q = 88,6 m³/s, con dos tramos largos de pendientes J₁ < J₂ y descarga al aire:

a) Caudal específico: q = Q/b = 8,86 m²/s
b) Calado crítico (A-B): Si y_cA = 2 m, entonces y_c = ³√(Q² / (g · b²)). El valor es constante, ya que no depende de la pendiente J.
c) Calado en B (si J₁ es supercrítica): El calado es igual al calado normal. ¿Es igual al calado en A? Sí, porque la pendiente es supercrítica.
d) Calado en A (si J₂ es subcrítica): Si J₂ es subcrítica, J₁ también lo es, y y_A es igual al calado crítico. ¿Es igual al calado en B? Sí, porque la pendiente es subcrítica.

Análisis de Secciones en Canal Trapecial y Rectangular

Sección trapecial (talud 1:5) en tramo A-E y rectangular en E-H:

a) Pendiente A-E: Si el calado crítico en A es y_c = 2 m, el calado en B es 1 m y en C es 3,5 m, la pendiente es 2/2,5 m, ya que la pendiente se mantiene constante.
b) Pendiente G-H: Si el calado crítico en F es y_c = 2,5 m y el calado normal en G-H es 3,25 m, la pendiente es igual, dado que el calado crítico y el normal coinciden.
c) Calado en H: Es igual al anterior.
d) Comparativa H y F: ¿Es igual el calado en H al calado en F? Sí, porque en ese punto el calado en F y H es el mismo (y = y_c).

Secciones de Control y Ecuaciones de Flujo

Identificación de secciones de control y sus ecuaciones:

Sección B (Vertedero libre): Genera flujo crítico. Ecuación: Q = C · L · y^3/2
Sección D (Cambio a pendiente pronunciada): Genera flujo supercrítico. Ecuación: Q = b · √g · y^3/2
Sección E (Cambio brusco de pendiente): Genera un salto hidráulico (cambio de régimen).
Sección G (Vertedero libre): Genera flujo crítico. Ecuación: Q = C · L · y^3/2

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el valor del coeficiente de Manning para hormigón liso?