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    Prueba 1, 25.10.2021 Resuelta

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    Jose Carcamo Romero
    El documento presenta 5 preguntas relacionadas con canales hidráulicos. La primera pregunta define elementos físicos y variables hidráulicas de un canal, explica el resalto hidráulico y cómo verificar el diseño de un canal. La segunda pregunta solicita calcular la longitud de un canal. La tercera pregunta calcula parámetros de un resalto hidráulico. La cuarta pregunta diseña la geometría de un canal trapezoidal. La quinta pregunta pide comentar etapas del ciclo de vida de un proyecto hidráulico

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    El documento presenta 5 preguntas relacionadas con canales hidráulicos. La primera pregunta define elementos físicos y variables hidráulicas de un canal, explica el resalto hidráulico y cómo verificar el diseño de un canal. La segunda pregunta solicita calcular la longitud de un canal. La tercera pregunta calcula parámetros de un resalto hidráulico. La cuarta pregunta diseña la geometría de un canal trapezoidal. La quinta pregunta pide comentar etapas del ciclo de vida de un proyecto hidráulico

    Descripción original:

    Prueba Diseño Obras Hidraulicas

    Título original

    prueba 1, 25.10.2021 Resuelta

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    Prueba 1, 25.10.2021 Resuelta

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    Jose Carcamo Romero
    El documento presenta 5 preguntas relacionadas con canales hidráulicos. La primera pregunta define elementos físicos y variables hidráulicas de un canal, explica el resalto hidráulico y cómo verificar el diseño de un canal. La segunda pregunta solicita calcular la longitud de un canal. La tercera pregunta calcula parámetros de un resalto hidráulico. La cuarta pregunta diseña la geometría de un canal trapezoidal. La quinta pregunta pide comentar etapas del ciclo de vida de un proyecto hidráulico

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    Prueba N° 1 31.05.2021.

    NOMBRE ALUMNO: __________________________________________________

    RESPONDA 3 DE LAS 5 PREGUNTAS

    1. Explique claramente que entiende por:


    a) Los distintos elementos físicos y variables hidráulicas que conforman un canal
    b) Resalto hidráulico y represéntelo en un gráfico h v/s E.
    c) Indique lo que Ud. haría para verificar el diseño de un canal y que sea estable.

    _________________________________________________________________________________

    2. Un canal con régimen uniforme debe conducir agua desde la cota A = 1620,00 m.s.n.m. hasta la
    cota B = 1592,00 m.s.n.m. La sección es rectangular de máxima eficiencia (b=2h) y los demás
    datos son los siguientes:

    n = 0,014; V = 5 m/s; h = 4,00 m.

    Determine la longitud total del canal.

    _________________________________________________________________________________

    3. Un canal rectangular de 1,2 [m] de ancho conduce un gasto de 2,7 [m3/s], con una altura de agua
    de 0,4[m]. Al ocurrir aguas abajo un cambio en la operación del canal se genera un resalto
    hidráulico. Calcular:
    8q2 8q 2
    a) La altura de agua final y12 y12  y12  y12 
    b) La Pérdida de energía
    c) La longitud del resalto
    gy y
    
    y2  1  1 18 F12 1 y2 
    2y1 2 2 y1

    gy1 y1

     1  8F12  1
    2

    _________________________________________________________________________________

    4. Diseñar un canal de sección trapezoidal que tiene una pendiente del fondo de 0,0016 y transporta
    un caudal de 10 m3/s. El canal es excavado en grava cuarzosa. Por lo cual, n = 0,025; talud z = 2;
    Suponga velocidad máx. V = 1,2 m / s.

    _________________________________________________________________________________

    5. Escoja dos etapas del ciclo de vida de un proyecto de obra hidráulica y comente respecto de los
    diferentes estudios que se deben realizar en cada una, junto al objetivo de cada etapa, su alcance y sus
    características.

    ______________________________________________________________________________

    Duración, 1 hora : 25 min ENVIAR PRUEBA A: carmen.opazo@utem.cl


    Desarrollo

    1. Explique claramente que entiende por:


    a. Los distintos elementos físicos y variables hidráulicas que conforman un canal

    Los elementos físicos de un canal corresponden a:

    - La sección transversal, es decir sus dimensiones, y si corresponde a una geometría regular


    como un trapecio, rectangular, circular, triangular, ovalada, o variable que cambia a lo largo
    de su trazado.
    - La pendiente del fondo del canal, la cual incide en la velocidad del flujo y por lo tanto en la
    altura normal del canal.
    - Su trazado, lo cual define que zona debe ser excavada y que zona va sobre rellenos, como
    también, caracteristicas de taludes, etc
    - El tipo de material de las paredes y fondo, el cual incide en el coeficiente de Manning, y
    podemos tener:
    o Si es revestido, de que material y tipo de terminación
    o Si es natural el tipo de suelo

    Las variables hidráulicas son :


    - Profundidad del agua, (y), la cual puede corresponder a una profundidad normal (yn)
    correspondiente a un régimen uniforme, o una profundidad critica, subcrítica o supercrítica,
    dependiendo si estamos en régimen de rio o torrente respectivamente.
    - Perímetro mojado, que es el perímetro de la superficie de la sección transversal por donde
    circula el fluido.
    - Area hidráulica: Es el área correspondiente a la sección del canal que envuelve el perímetro
    mojado, o en otras palabras, al área que toma el fluido en la sección.
    - Radio Hidraulico: Corresponde al cuociente entre el área hidráulica y el perímetro mojado, lo
    que nos da un muy buen modelo del comportamiento del agua.
    - Espejo de agua o eje hidraulico, que corresponde al pelo del agua o su nivel superficial (la
    parte de arriba del agua). No siempre es paralelo al fondo del canal.

    b. Resalto hidráulico y represéntelo en un gráfico h v/s E.


    Un resalto hidraulico se produce cuando un canal con régimen supercrítico(torrente) se
    encuentra aguas abajo con una régimen subcrítico (rio), produciéndose una elevación de la
    altura del agua y una perdida de energía. Esto puede ocurrir por ejemplo si un canal tiene una
    pendiente alta mayor que la pendiente critica que lo hace pasar a un régimen supercrítico, y en
    el tramo siguiente se baja su pendiente a una pendiente menor que la critica, disminuyendo la
    velocidad del agua, y pasando a u régimen subcrítico. En el encuentro entre ambos regímenes,
    se produce este fenómeno físico conocido como resalto hidráulico.
    c. Indique lo que Ud. haría para verificar el diseño de un canal y que sea estable.

    Realizo lo siguiente:
    -Obtengo su geometría en terreno
    - Mediante algún método de aforo, obtengo su caudal
    -Con la información de geometría y caudal calculo su altura critica.
    - Mediante observación, y con la ayuda de reconocimiento geotécnico por ejemplo, puedo
    determinar el tipo de suelo de las paredes del fondo y paredes del canal, en caso de un canal en
    terreno natural, excavado o rellenado, o el tipo de revestimiento de las paredes y fondo en caso
    de haber sido intervenido. Con esta información determino el coeficiente de Manning.
    -Mediante topografía determino pendiente del canal

    Con toda esta información verifico el tipo de régimen del flujo, es decir si es de rio o torrente,
    para determinar su velocidad bajo ese régimen. La velocidad nos dirá si es erosionable o no, lo cual
    podría causar alteración en la geometría del canal. Tambien conociendo el tipo de régimen, y su
    trazado, puedo determinar el tirante máximo que puede alcanzar el agua, y saber si la revancha que
    posee es suficiente para ese aumento de nivel y no se producirán rebalses e inundaciones. Tambien,
    conociendo el tipo de material, podremos determinar si los taludes son estables.

    5. Escoja dos etapas del ciclo de vida de un proyecto de obra hidráulica y comente respecto de los
    diferentes estudios que se deben realizar en cada una, junto al objetivo de cada etapa, su alcance y sus
    características.
    El ciclo de vida de un proyecto de obra hidráulica son:

    - Estudio de Pre Factibilidad y Factibilidad, con el desarrollo de una ingeniería básica. En esta
    etapa se realiza un ingeniería conceptual con una fase de preparación ( recopilación de
    información), y una fase de evaluación (rentabilidad y flujo de caja). Se analizan las
    oportunidades, medio ambiente territorial (la naturalidad) y el medio ambiente social ( las
    personas), mano de obra, mercados, financiamiento, proveedores.
    En la etapa de factibilidad se debe realizar:
    o Caudal de diseño, estudio hidrologico
    o Trazado en gabinete (1:50.000 – 1:10.000)
    o Geometria del canal
    o Estudio geologico – geotécnico
    o Topografia escala (1:500 – 1:2000)
    o Se determina si el canal es revestido o no.
    - Luego una ingeniería de detalles, donde se define el horizonte de vida útil, modelaciones,
    planos, EETT, Manuales de Operación, etc.
    - Posteriormente la etapa de construcción, la cual es la mas cara del ciclo de vida, por lo que
    aca se entiende en el mayor esfuerzo que se coloca en un buen anteproyecto, ingeniería básica
    y de detalles, para que el costo no se eleve mas allá de lo razonable. En esta etapa se debe
    respetar lo establecido en los planos y EETT del proyecto, y cuidar los costos. No deben
    producirse sobre-excavaciones, rellenos mal controlados, o cortes no de acuerdo a lo
    especificado en los detalles de planos.
    - La etapa de explotación}
    - La etapa de cierre
    4. Diseñar un canal de sección trapezoidal que tiene una pendiente del fondo de 0,0016 y transporta
    un caudal de 10 m3/s. El canal es excavado en grava cuarzosa. Por lo cual, n = 0,025; talud z = 2;
    Suponga velocidad máx. V = 1,2 m / s.

    El canal propuesto tendra la siguiente geometría:

    b=10 m
    z=2
    yn = 0.74 m
    Revancha = criterio MOP 0.15h  0.74*0.15 = 0.111 m, también se recomienda que la revancha
    este entre 0.20 m y 0.6 m. Tomaré un termino medio para no quedar tan justo de revancha = 0.4
    m, aunque esto me ocasionará mayores costos por una mayor sección.

    Con esta geometría obtengo un tirante critico de 0.453 m, por lo que mi canal tendra un régimen
    de rio, ya que su yn=0.74 es mayor que yc=0.453 m
    La velocidad es la máxima que se permite es de 1.2 m/s y la velocidad normal del canal será de
    1.18 m/s, por lo que cumple.
    Su área hidráulica es de 8.453 m2
    Perimetro mojado = 13.295 m
    Radio hidraulico = 0.636 m

    3. Un canal rectangular de 1,2 [m] de ancho conduce un gasto de 2,7 [m3/s], con una altura de agua
    de 0,4[m]. Al ocurrir aguas abajo un cambio en la operación2 del canal se genera 2 un resalto
    2 2 8q 2 8q
    hidráulico. Calcular: y1  y1  2
     y1  y1 

    a) La altura de agua final 


    gy1 y1 2
    y2   18 F1 1 y2 
    2y1 2 2 y1
     gy1 y1

     1  8F12  1
    2
    b) La Pérdida de energía

    Area hidráulica = 1.2*0.4 = 0.48 m2


    Velocidad = Q/Area = 2.7 / 0.48 =5.625 m/s
    F = v/(g*yn)0.5 = 5.625 / ( 9.81 * 0.4 ) 0.5 = 2.839

    Y2 = (0.4/2) * ((1-8*2.8392)0.5 – 1 ) = 1.42 m


    E = (y2-y1)3 / 4y1.y2 = (1.42-0.4)3 / (4*1.42*0.4) = 0.467 m
    Longitud resalto = 6*(y2 -y1) = 6* (1.42-0,4) = 6.12 m

    Nombre: Jose Carcamo R

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