División de Matemáticas e Ingeniería

Ingeniería Civil

Laboratorio de Hidráulica de Canales

Profesor: Ing. Carlos Rosales Aguilar

Alumno: Nava Hernández José Luis

Quinto Semestre Grupo: 01-1

Cuestionario N°4 “Coeficiente de Rugosidad”

13 de Septiembre del 2013

Cuestionario práctica No. 4.

1. Por lo general ¿cómo es el flujo en un canal abierto?Los flujos a través de canales abiertos son invariablemente turbulentos.

2. En un canal ¿de qué es función el factor de fricción?El factor de fricción para la mayor parte de los canales es función únicamente de la rugosidad de la superficie.

3. ¿Cuál es el problema del uso de la ecuación 7?El problema del uso de esta ecuación descansa en la determinación del coeficiente de fricción, , que es un parámetro cuyo valor no es constante, y depende de varios factores.

Tanto en problemas de revisión, como de diseño, la selección de un valor del coeficiente de rugosidad, significa estimar la resistencia al flujo en un canal, es por ello que, esta estimación debe ser cuidadosa, pues se corre el riesgo de incurrir en errores de apreciación.

4. Menciona, por lo menos, cinco factores por lo que puede variar el valor del coeficiente de rugosidad .

Podemos mencionar los siguientes:

Rugosidad superficial, representada por el tamaño y forma de los granos del material sobre el perímetro mojado.

Vegetación, considerada también como rugosidad superficial, en el caso de canales naturales.

Alineación del canal, curvas que se presentan en el desarrollo del canal.

Irregularidades en la sección, en canales naturales.

Sedimentación y erosión, modifican la sección transversal del canal.

5. ¿Qué significa seleccionar un valor del coeficiente de rugosidad ?Significa estimar la resistencia al flujo en un canal.

6. En la ecuación de Manning ¿cómo se evalúa la ecuación de Manning?

La velocidad del flujo para tirante normal resulta:

Y el gasto volumétrico se puede escribir como:

Despejamos el coeficiente de fricción de Manning.

7. ¿De qué depende el valor del coeficiente de Manning?

Rugosidad superficial: La rugosidad superficial o superficie rugosa de un canal se presenta debido al tamaño y la forma del material que conforma el perímetro mojado del canal, el cual causa un efecto retardante en el flujo. De acuerdo a unos estudios realizados se ha llegado a la conclusión de que cuando el material del perímetro es fino, el valor de n es bajo, y cuando el material es grueso, se obtiene un valor alto de n. Por ejemplo, en el fondo de algunos canales se depositan piedras grandes, las cuales producen un n alto en estados bajos y valores relativamente bajos de n en estados altos.

1. Vegetación: El efecto retardante causado por la vegetación puede considerarse como una clase de rugosidad superficial, pero este efecto depende por completo de la altura , la densidad, la distribución y el tipo de vegetación, y esto es muy importante sobre todo en el diseño de pequeños canales de drenaje. En una serie de estudios realizados a canales pequeños poco profundos y protegidos con recubrimiento vegetal, se ha llegado a la conclusión que para este tipo de canales los valores de n varían con la forma y la sección transversal del canal, la pendiente del lecho del canal y la profundidad del flujo. También se sacaron conclusiones como: a menor profundidad se obtienen mayores valores de n debido a la mayor proporción afectada por la vegetación y en un canal ancho se tiene un valor mayor de n que un canal angosto.

2. Irregularidad del canal: Esto 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 Canales naturales las irregularidades son por lo general el resultado de depósitos o sedimentos. Cuando la variación es gradual el coeficiente n de Manning no se ve afectado significativamente, pero cuando se presentan cambios abruptos se puede generar un valor de n mucho mayor.

3. Alineamiento del canal: Cuando se presentan curvas en el eje longitudinal del canal se presentan variaciones del coeficiente dependiendo del grado de curvatura que posean. Cuando las curvas son suaves con radios grandes se producirán valores de n relativamente bajos, y las curvas bruscas producirán un aumento en el valor de n. Con base en algunos estudios se sugirió que se incrementara el valor de n en 0.001 por cada 20 grados de curvatura en 100 pies de canal.

4. Sedimentación y socavación: La sedimentación puede llegar a convertir un canal muy irregular en un canal relativamente uniforme, llevando a una disminución en el coeficiente de Manning. Entre tanto la socavación puede hacer lo contrario llevando a un aumento del n; Pero en general la sedimentación y la socavación activas dan variaciones al canal, las cuales generan un incremento en el valor de n.

5. Obstrucción: La presencia de obstáculos tales como troncos de árbol, deshechos de flujo, atascamientos, pilas de puentes y estructuras similares, tienden a incrementar el valor de n, el cual depende de la naturaleza de la obstrucción, de su tamaño, forma, número y distribución a lo largo y ancho del canal.

6. Nivel del agua y descarga: El valor de n tiende a disminuir en muchos canales al aumentar el nivel del agua y la descarga. Sin embargo, el valor de n puede ser grande, no solo a pocas profundidades sino también en niveles altos si las bancas son rugosas, pastosas o cubiertas de hierba. En inundaciones, el valor de n por lo general varía con la profundidad de la inundación, es mayor que el del canal y su magnitud depende de la condición superficial o de la vegetación. En canales artificiales se puede suponer un valor de n constante, debido a que el lecho y las bancas son igualmente suaves y regulares y la pendiente del fondo es uniforme.

8. ¿Se puede aplicar el diagrama de Moody en el diseño de canales?Si ya que el coeficiente de Chezy se puede hallar por el diagrama de Moody.

9. ¿Cuáles son las principales restricciones para no utilizar el diagrama de Moody en el diseño de canales?Deben conocerse los valores del número de Reynolds y de la rugosidad relativa. Por consiguiente, los datos básicos requeridos son el diámetro interior del conducto, el material con que el conducto esta hecho, la velocidad de flujo y el tipo de fluido y su temperatura, con los cuales se puede encontrar la viscosidad.

10. ¿El coeficiente de rugosidad de Manning es adimensional?Si es adimensional.

Al hacer el análisis dimensional de   se deduce que tiene unidades  . Como no resulta explicable que aparezca el término   en un coeficiente que expresa rugosidad, se

ha propuesto hacer intervenir un factor  , siendo g la aceleración de la gravedad, con

lo que las unidades de   serían  , mas propias del concepto físico que pretende representar.