Libro de Hidráulica de Canales Fundamentos en pdf

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Juan H Cadavid.  R.

La hidráulica en la Mecánica e Ingeniería Civil

El líquido es uno de los estados en que se manifiesta la materia. El hombre tiene contacto cotidiano con diversas variedades de ellos. Aparecen como alimento, en el fenómeno lluvia-escorrentía, como combustibles, en el funcionamiento del propio cuerpo, o en toda clase de procesos industriales. Para su aprovechamiento se requiere almacenarlos o transportarlos. La comprensión y modelación de estos procesos encaja dentro de la mecánica de fluidos, una rama más especializada de la mecánica del medio continuo.

Las dificultades operativas inherentes a sistemas de muchas partículas requieren de otro tipo de idealización del cuerpo libre, llamado medio continuo y por tanto de una nueva especialización de la mecánica: la mecánica del medio continuo (o del medio deformable).
Es allí donde justamente comienza a hacerse necesario el cuarto principio, el cual se consolida en la mecánica de fluidos donde llega a ser imprescindible. La conservación de la masa se reduce a la del volumen en aquellas aplicaciones donde el fluido se comporta como incompresible. El principio se conoce, en consecuencia, como de la continuidad.

1.1.1. Hidráulica

La hidráulica sería, en consecuencia, la aplicación del método integral de la mecánica de fluidos a aquellos problemas de la vida práctica en que intervienen líquidos2. Podría agregarse – no sin cierta reserva- que ésta es la rama aplicada de la mecánica de los fluidos incompresibles.

1.1.2.    Ingeniería Hidráulica

La ingeniería es quien se ocupa hoy en día de la solución de problemas prácticos en que intervienen líquidos. Estaría, por consiguiente, plenamente justificada una asociación entre hidráulica e ingeniería4. Se da así en la práctica. De allí que se hable en forma corriente de ingeniería hidráulica, en el caso específico de la ingeniería civil, y se presente como una de las especializaciones de esta rama de la ingeniería.

1.1.3.    El método de la hidráulica

A pesar de esta visión esencialmente práctica, es complicado deslindar totalmente la hidráulica de la mecánica de fluidos. Es aún más difícil delimitar una frontera precisa; determinar dónde acaba la mecánica de fluidos y comienza la hidráulica. Sin embargo, hay un aspecto que podría dar alguna luz en este asunto.

CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA DE CANALES ................................................ 1
1.1. LA HIDRÁULICA EN LA MECÁNICA Y EN LA INGENIERÍA ....................................................... 2
1.2 CONCEPTOS BÁSICOS ............................................................................................... 1 2
1.3 EJERCICIOS PROPUESTOS ......................................................................................... 5 7
CAPÍTULO 2
PRINCIPIO DE ENERGÍA EN HIDRÁULICA DE CANALES .................................... 5 9
2.1 DISTRIBUCIÓN DE PRESIÓN EN UN CANAL .................................................................... 6 0
2.4 EJERCICIOS PROPUESTOS ......................................................................................... 9 5
CAPÍTULO 3
FLUJO CRÍTICO ......................................................................................... 9 7
3.1 CARACTERÍSTICAS ................................................................................................... 9 8
3.2 CÁLCULO DEL FLUJO CRÍTICO .................................................................................... 9 8
3.3 CONCEPTO DE ENERGÍA MÍNIMA ............................................................................... 104
3.4 ACCESIBILIDAD DEL FLUJO ........................................................................................117
3.5 CHOQUE HIDRÁULICO ..............................................................................................118
3.6 EJERCICIOS PROPUESTOS ....................................................................................... 145
CAPÍTULO 4
ESTRUCTURAS DE CONTROL DEL FLUJO ................................................... 153
4.1 CAUDAL Y FLUJO CRÍTICO ....................................................................................... 154
4.3 COMPUERTA ......................................................................................................... 170
4.5 EJERCICIOS PROPUESTOS ....................................................................................... 217
CAPÍTULO 5
PRINCIPIO DE MOMENTUN EN HIDRÁULICA DE CANALES .............................. 223
5.1 ECUACIÓN DE CONSERVACIÓN DEL MOMENTUM ......................................................... 224
5.2 FUNCIÓN DE MOMENTUM ...................................................................................... 225
5.3 RESALTO HIDRÁULICO ............................................................................................. 239
5.4 EJERCICIOS PROPUESTOS ....................................................................................... 255
CAPÍTULO 6
FLUJO UNIFORME .................................................................................... 261
6.1 CARACTERÍSTICAS ................................................................................................ 262
6.2 CÁLCULO DEL FLUJO UNIFORME ............................................................................... 264
6.2.3.3 CANALES CON RUGOSIDAD VARIABLE ..................................................................... 278
6.3 FLUJO UNIFORME Y FLUJO CRÍTICO .......................................................................... 282
6.3.1 PENDIENTE CRÍTICA............................................................................................ 283
6.3.2 TIPOS DE CANAL ................................................................................................. 286
6.3.3 ZONAS DE UN CANAL .......................................................................................... 291
6.4 APLICACIONES DEL FLUJO UNIFORME ........................................................................ 293
6.5 EJERCICIOS PROPUESTOS ....................................................................................... 293
CAPÍTULO 7
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO .............................................................. 297
7.1 PERFIL DE FLUJO ................................................................................................... 298
7.2 ECUACIÓN DIFERENCIAL DEL FGV ........................................................................... 298
7.2.1 HIPÓTESIS GENERALES ........................................................................................ 298
7.3 TIPOS DE PERFIL DE FLUJO ..................................................................................... 305
7.4 INTEGRACIÓN DE LA ECUACIÓN DIFERENCIAL .............................................................. 315
7.4.1 MÉTODO DIRECTO DE LOS PASOS ......................................................................... 317
7.4.2 MÉTODO ESTÁNDAR DE LOS PASOS ........................................................................ 318
7.5 EL CÁLCULO DE UN PERFIL DE FLUJO ...................................................................... 321
7.6 EJERCICIOS PROPUESTOS ....................................................................................... 348
LISTA DE SÍMBOLOS ................................................................................ 363
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 367

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