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Un informe de laboratorio sobre el fenómeno de resaltos hidráulicos y flujo gradualmente variado en el marco del Programa de Ingeniería Civil de la Universidad de La Guajira. El texto explica el concepto de resalto hidráulico, sus características y tipos, así como la longitud de resalto y el perfil superficial. Además, se aborda el flujo gradualmente variado, sus causas y tipos de perfiles, y se presentan métodos para calcular el perfil de flujo. El documento incluye referencias bibliográficas.
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Tipo: Apuntes
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PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I
1. RESALTO HIDRÁULICO El resalto o salto hidráulico es un fenómeno local, que se presenta en el flujo rápidamente variado, el cual va siempre acompañado por un aumento súbito del tirante y una pérdida de energía bastante considerable (disipada principalmente como calor), en un tramo relativamente corto. Ocurre en el paso brusco de régimen supercrítico (rápido) a régimen subcrítico (lento), es decir, en el resalto hidráulico el tirante, en un corto tramo, cambia de un valor inferior al crítico a otro superior a este. La figura siguiente muestra este fenómeno. Figura Resalto Hidráulico 1.2. CARACTERISTICAS El resalto o salto hidráulico se caracteriza por presentar un flujo rápido variado, el cual siempre va acompañado por un aumento súbito del tirante y una pérdida de energía bastante considerable (disipada principalmente como calor), en un tramo relativamente corto. 1.3. TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo los estudios de la siguiente forma, en función el número de Froude (Fr) del flujo aguas arriba del salto, como sigue: - Para Fr = 1: El flujo es crítico, y de aquí no se forma ningún salto. - Para Fr > 1.0 y < 1.7: La superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el salto llamado salto ondulatorio.
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I 1.4. LONGITUD DE RESALTO HIDRÁULICO La longitud del R.H. se define como la distancia comprendida entre la sección inmediatamente aguas arriba del resalto, fácilmente determinable, y aquella sección de aguas abajo, en la cual se dejan de observar los rollos de agua en la superficie libre. 1.5. PERFIL SUPERFICIAL El conocimiento del perfil superficial de un resalto hidráulico es necesario en el diseño del borde libre para los muros laterales del cuenco disipador donde ocurre el resalto. También es importante para determinar la presión que debe utilizarse en el diseño estructural, debido a que la presión vertical en el piso horizontal bajo un resalto hidráulico es prácticamente la misma que hincaría el perfil de la superficie del agua. 1.6. LOCALIZACION DEL RESALTO HIDRÁULICO Para la localización de un resalto hidráulico se clasifican los perfiles que se presentan en el canal, aguas arriba y aguas abajo, y se identifican las características siguientes: a) Tipo de perfil según pendiente de plantilla y tirante crítico b) Zona en la que se localiza el perfil del flujo c) Variación del tirante en el sentido del flujo con la ecuación dinámica de flujo gradualmente variado
2. FLUJO GRADUALMENTE VARIADO Debido al crecimiento poblacional de los últimos años el ser humano ha visto la necesidad de conducir agua de un lugar a otro. La conducción del flujo de agua puede ser a presión como en las tuberías o por gravedad, donde el flujo de gravedad tiene superficie libre. Debido a que la mayoría de estructuras hidráulicas se diseña con la conjetura de presencia flujo uniforme, y en mucho de los casos no mantienen flujo uniforme, el hombre ha tenido que enfocarse en el análisis del comportamiento del verdadero tipo de flujo como es el caso del Flujo Gradualmente Variado. Esta condición de Flujo Gradualmente Variado ocurre cuando las fuerzas motivadoras de la corriente (gravitatorias) y las fuerzas resistentes (de fricción) no se equilibran. El resultado es una variación gradual del tirante a lo largo del canal o curso natural, conservándose el caudal constante.
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I Las causas que producen el flujo gradualmente variado pueden ser diversas, entre ellas podemos mencionar:
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I 2.3. ¿CÓMO ES EL CALCULO DEL PERFIL DEL FLUJO? Podemos calcularlo mediante dos métodos
Cuando se consideran tramos se convierte en la siguiente expresión ∆𝑥 ∆𝑦
Para sistema técnico, internacional o M.K.S: 𝑆𝑓 = ( 𝑄∗𝑛 𝐴∗𝑅^2 /^3
Se parte de una sección de profundidad conocida y se debe conocer también la clase de variación según la cual se suma o resta ∆𝑦.
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS VI – SEMESTRE - 2022 - I
3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS - VEN THE CHOW. International student edition, la Ed. Tokio: 1959. - POTTER. Merle C., WIGGERT, David C. Mecánica de fluidos. 9a Ed. Bogotá: 2000. - NAUDASCHER. Hidráulica de canales. 2a Ed. Editorial Limusa. México, D. F.: 2001. - DOMINGUEZ S., Francisco Javier. Hidráulica. 5a Ed. Editorial Universitaria. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. Santiago de Chile: 1978. - GARDEA VILLEGAS, Humberto. Hidráulica de Canales. 2a Ed. México, D.F.: 1995. - Gonzales Rodríguez, M. (1992). “Estudio Experimental de Flujos Disipativos: I. Resalto Hidráulico.” Cantabria: Universidad de Cantabria.
