UTMACHUNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA:DISEÑO DE LA SECCIÓN ÓPTIMA DE UN CANAL ABIERTO PARA RIEGO POR

INUNDACIÓN A DOS PROPIEDADES DE PLANTACIONES DE CÍTRICOS

TRABAJO PRÁCTICO DEL EXAMEN COMPLEXIVO PREVIO A LA OBTENCIÓN DELTÍTULO DE INGENIERA CIVIL

AUTORA:QUEZADA TORRES YULEYSI ELIZABETH

MACHALA - EL ORO

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Yo, QUEZADA TORRES YULEYSI ELIZABETH, con C.l. 0706079910, estudiante de la carrera de INGENIERÍA CIVIL de la UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL de la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA, en calidad de Autora del siguiente trabajo de titulación DISEÑO DE LA SECCIÓN ÓPTIMA DE UN CANAL ABIERTO PARA RIEGO POR INUNDACIÓN A DOS PROPIEDADES DE PLANTACIONES DE CÍTRICOS

• Declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional. En consecuencia, asumo la responsabilidad de la originalidad del mismo y el cuidado al remitirme a las fuentes bibliográficas respectivas para fundamentar el contenido expuesto, asumiendo la responsabilidad frente a cualquier reclamo o demanda por parte de terceros de manera EXCLUSIVA.

• Cedo a la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA de forma NO EXCLUSIVA con referencia a la obra en formato digital los derechos de:

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Machala, 26 de noviembre de 2015

INTRODUCCIÓN

El diseño y construcción de canales de riego para cítricos depende de la naturaleza del terreno, estas estructuras son muy utilizadas ya que nos ayudan a transportar un caudal determinado de un lugar a otro.

Para un diseño óptimo es recomendable utilizar los canales trapezoidales revestidos de hormigón simple siendo funcionales por las ventajas que nos brindan, sus velocidades pueden ser mayores, existen menos filtraciones, aseguran una estabilidad por sus taludes, reducen los costos de operación y mantenimiento.

Para el diseño del canal y sus derivaciones se calculara sus respectivos elementos, características geométricas e hidráulicas de acuerdo al caudal que necesitamos, así también las velocidades máximas y mínimas recomendadas, el diseño de una curva de radio mínimo por cambios de sección, además se diseñara un medidor parshall para el control del caudal de entrada y por un cambio brusco de pendiente diseñaremos un resalto hidráulico.

Esta investigación tiene por objeto el diseñar del recorrido de un canal para riego de cítricos de acuerdo a la naturaleza del terreno, dando la solución óptima y funcional.

La estructura del trabajo tiene una fundamentación retórica, cálculos para el diseño de una sección óptima y por último el diseño el definitivo.

ANTECEDENTES

Los canales a lo largo de la historian han ¡do creciendo, se los han utilizado para diversos propósitos y uno de esos es la agricultura por riego, siendo una fuente de producción de alimentos muy importante.

Para la construcción de un canal de riego tenemos que tener encuentra muchos aspectos, conocer la capacidad de agua que va a conducir, la pendiente del terreno, el tipo de suelo el cual nos determina las paredes del canal en relación a su base.

Este proyecto tiene el alcance del diseño de un canal abierto revestido de hormigón simple, el mismo que recorrerá una distancia 1045m y conducirá 2.3 m3/s de caudal, para dotar de agua para riego por inundación a dos propiedades de plantaciones de cítricos, la primera con un caudal de 0.8 m3/s y la segunda con 1.5 m3/s, se diseñara una estructura de derivación para poder repartir estos caudales, y calcularemos que cantidad de plantas podemos regar en cada una de las propiedades

A los 10 m de su recorrido se diseñara un medidor Parshall para de esta manera poder controlar el paso del caudal que necesitamos, por efecto de alineamiento a los 300 m existe un cambio brusco de dirección, para la cual se trazara una curva de radio mínimo, y más adelante a los 500 m existe un desnivel vertical de 1.30 m en el cual diseñaremos un resalto hidráulico para así poder mantener la misma velocidad de diseño.

Se diseñara un canal trapezoidal, ya que nos brinda características hidráulicas óptimas, realizaremos cálculos de sus elementos y características geométricas e hidráulicas, realizaremos recomendaciones de velocidades máximas y mínimas.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Cítricos

“Los cítricos pertenecen a la familia de las rutáceas pero, crecen en climas tropicales, cuya altura va desde los 3 a 16 m, se cultivan en su mayoría especies enanas para facilitar tareas agrícolas. Los distanciam¡entos comúnmente usados son 5 x 5 m para cítricos (400 plantas ha'1)”1.

Fig. 1. Planta de cítrico

Riego en cítricos

Los riegos en plantaciones de cítrico involucra una serie proceso que hay que manejar e incorporar, entre estos factores tenemos que se debe considerar la demanda de agua que utiliza la planta, en base a su desarrollo y periodo invernal.

Riego por inundación en cítricos

El riego por inundación en cítricos se maneja, considerar como base las variables de demanda de agua, se lo utiliza en parcelas pequeñas, ya que demanda grandes cantidades de aporte de cauda, se necesita entre 9000-12000 m3/ha

Para el diseño y un buen funcionamiento del canal, vamos a utilizar las siguientes estructuras:

Obras de derivación

Esta estructura nos sirve para derivar una cantidad de caudal, desde el canal principal a un secundario sin perder las velocidades de diseño.

Obras de control de seguridad

Son estructuras para medir la cantidad de agua de entrada en un determinado canal, existen diferentes tipos de secciones

Para medir el caudal de entrada a nuestro canal de riego, vamos a diseñar un medidor Parshall, esta estructura consta de 4 partes principales que son las siguientes: transición de entrada, sección convergente, garganta, sección divergente.

Diseño óptimo del canal

Sección del canal

“Las secciones con mejores características hidráulicas óptimas es la semicircular pero es relativamente difícil de construir y, generalmente carece de estabilidad, por esta razón la más utilizada es la de sección trapezoidal por su fácil construcción” (2).

Sección transversal más eficiente

“La sección trasversal más eficiente se determina por las condiciones del flujo uniforme, considerando un caudal Q, la velocidad es máxima para una sección transversal A mínima. Mediante la ecuación de Chezy, el radio hidráulico es máximo. Por lo que, el perímetro mojado es mínimo y la sección semicircular es la sección hidráulica óptima” 2

Estructuras de canales de riego

Fig. 2 Secciones transversales de Qmáx (diseño óptimo)

Características hidráulicas del canal

Velocidad mínima.

En la velocidad media de flujo para un caudal mínimo de operación, debe ser mayor o igual que la necesaria, para evitar la sedimentación del material transportado

Velocidad máxima

“La velocidad máxima en un canal trapecial se obtiene cuando este se diseña con la sección óptima o de área mínima por el hecho que si el gasto Q es constante y el área es mínima = Amin, entonces: Q/Amin = Vmax” 3

Taludes

Son las paredes inclinadas de un canal, se expresan en proporción

APLICACIÓN DE CÁLCULO

Para el cálculo del canal conocemos los siguientes datos

DatosQ1= 0.800 m3/s Caudal 1Q2= 1.500 m3/s Caudal 2QT= 2.300 m3/s caudal totalZo= 1.3 m Desnivel vertical

L= 1045 m Longitud del canal

QT = que viene hacer el caudal total de ingreso que necesitamos para el riego de las 2 plantaciones de cítricos.

Zo= es el cambio vertical que existe durante el recorrido

L= esta longitud total del canal comprende desde la captación hasta su derivación.

Sección óptima

Se diseñara un canal trapezoidal de hormigón simple para un funcionamiento óptimo.

Para el diseño de una sección óptima, cálculo de sus elementos y características geométricas seguiremos el siguiente proceso

Datos de acuerdo a la naturaleza de los materiales

La rugosidad de coeficiente de Manning para canales revestidos de hormigón simple está en el rango de (0.013 - 0.017) según la Fig. 5, utilizaremos 0.015

Así mismo el talud más adecuado para las paredes del canal es que su Angulo forme 45° así de esta forma tenemos menos perímetro mojado, talud recomendado (1:1) Fig. 4

La velocidad para evitar la sedimentación vamos utilizar 5 m/s basándonos en la Fig. 3

Datosn= 0.015 Z= 1.000

Vmax= 5.000 g= 9.810

coeficiente de rugosidad ManningTalud recomendado para paredes para sección trapezoidal

m/s velocidad media máxima permitidas según el material m/s2 Aceleración de la gravedad

Con estos datos calculamos el valor de y en función del talud z

Calado o tirante (y)

Es la altura del agua desde el nivel del espejo de agua hasta el fondo del cauce

£ = 2 ( V l T ^ - z )

by = 2 ( 4 ^ - i )

b- = 0.828 y = 0.21Ь Ec. 1У

Asumimos el valor de b

b = 0.75 m

Reemplazamos el valor de b en la Ec.1

y = 21x0.75m

y = 0.91 m « 0.9 m

Calculamos los elementos geométricos Fig. 3 Partes de un canal

Área (A)

Sección transversal del elemento en cuestión

A = (b + zy)y

A = (0.75 m + (lx0.9m ))0.9m = 1.49m2

Perímetro mojado (PM)

Es el perímetro de la sección del canal que está en contacto con el agua, esto no incluye la superficie libre del espejo de aguas ni borde libre

PM = b + 2 yV 1 + z2

PM = 0.75m + 2x0.9 mV 1 + l 2 = 3.30 m

Radio Hidráulico (Rh)

Es la relación de área de la sección transversal y el perímetro mojado

A y Rh = — o —

P 2

Rh =0.9 m

20.45 m

Espejo de agua o ancho superior (T)

Distancia desde el nivel de aguas de los extremos de las orillas, es decir, el ancho de la superficie libre.

T = b + 2 zy

T = 0.75m + 2 x l x 0.90m = 2.55 m

Borde libre (BL)

En canales revestidos se recomienda la quinta parte del tiranteT

W = 52.55 m

BL = — -— = 0.18 m » 0.20 m

Altura total del canal

H = y + BL

H = 0.90 m + 0.20 m = 1.10 m Fig. 4 Dimensiones del canal

Ancho total del canal

Tt = z + 2hy

Tt = 1 + (2 x 1.10 m x 0.90 m) = 2.95 m

Área mínima

Velocidad mínima

л _ Q m axA m in

Vmax

A . —- í i m 7 r j —

2.3 m3/s Sm/s

0.46 m2

1Л

Vmin 0 . 3 5 ^

l£n = 0.35д/0.90m x 9.81 m /s2vmin = 1.04m /s

Características hidráulicas y recomendaciones de máximas y mínimas velocidades

Qtv = —4

Energía especifica

2.3 m3/sК = — — A rV = 1.55 m /s

1.49 m2 7

\ 2 g J

( (1.55m/s')2 \E2 = 0.90 + „ 7 ; _ = 1.02 mу2х9.81гп/52у

Como la velocidad es mayor que la mínima cumple las condiciones de diseño

Pendiente:

Calcularemos con la fórmula de Manning

ÍV n 2\s =

í 1.55m x 0.0152\s - { о л Ц Js = 0.0016 = 0.16%

№ de Froude:

V _ 1.55

J g y V9.81x0.900.52

F= 0,52 < 1 (Flujo Sub-cñtico Ideal para Canales)

Para comprobar que las secciones son correctas comprobamos con la fórmula de Manning el caudal

1

QT = — A. RHl.s n

12

Qt — „ 1.49 x 0.451 x SO.OOI62 = 2 3 m 3/s 0.015 3 2 '

Resumen de calculob 0.75 m SoleraY 0.90 m TiranteZ 1 m TaludA 1.49 m Área

PM 3.30 m Perímetro mojadoRH 0.45 m Radio hidráulicoT 2.55 m Altura total del canalBl 0.2 m Borde libre de aguaH 1.1 m Altura total del canalTt 2.95 m Ancho superior total del canal

Amin 0.46m2 Área mínimaVmin 1.04 m/s Velocidad mínima

V 1,55m/s velocidadE 1.2 m Energía especifica

Calculo del medidor Parshall

Datos

QT = 2.3m3/s n = 0.015 z = 1 m s = 0.0016 T = 2.95 m y = 0.90 m

“La canaleta consta de una contracción que la forma la garganta (w) y de una caída brusca en el fondo, en la longitud correspondiente a la garganta seguidas de un acceso gradual coincidente con la parte divergente gracias a lo cual el agua escurre a una velocidad critica atravez de la garganta”4.

Verificación W para canales trapezoidales entre 1/3 a 2/3 del ancho del canal (T)

2 T 2x2.95W = — = — - — = 1.9666 m

3 3

Para aforadores Q=2.3m/s es W=1.524 cumplen tabla 4.

Leamos los valores de las perdidas

P = 0.275 fig 9 nomograma

Los siguientes valores los podemos sacar de la tabla 5 en base a P

w Qmin Qmax m n st P1.524 0.062 2.435 3.701 1.58 0.72 0.275

m y n varían con el

tamaño del medidor

Calculo de las alturas Ha y Hb

W Ha = ( o / m )V« H b = S tH a

2 1.524 0.77 0.55

Altura de la cresta

= Y - H b

2 x1 0.35

Calculo del tirante aguas arriba

Y A q u a s _ A r r i b a ~ Y + P1.18 1.2 redondeando

Borde libre

B L = Y / 50.24 0.25 redondeando

RESULTADOS PARA LOS DOS TIPOS DE AFORADORESw Ha Hb X1 Yaguas_Arrib

aBL

1.524 0.77 0.55 0.35 1.2 0.25

Ubicación altimetría del aforador debe determinar los datos topográficos

E1= Elevación del canal a la salida del medidor E2= Elevación del medidor en el piso de la cresta E3= Elevación del piso del canal a la entrada del medidor En este caso asumimos la cota 20 entonces:

E1 = 20

Calculamos E2 у E3

E2 - E 1 + Xí E2 = 20 + 0.35 = 20.35

E3 = E2 - ( Y - Ha)E3 = 20.35 - (1.2 - 0.77) = 21.11

RESULTADOS PARA LOS DOS TIPOS DE AFORADORESw E1 E2 E3

1.524 20 20.35 21.11

Sacamos de la tabla 5

w A В C D E F G H К X Y M IN M A X

1.524 2 .302 1 .829 1 .981 1.943 0 .61 0 .9 1 4 0 .9 1 4 0 .229 0 .076 0 .051 0 .076 0 .0 6 2 2 .435

Calculo de la curva de calibración

Damos valores del caudal desde 0 a 2,3 y reemplazamos el valor de m y calculamos ha anexo I

Calculo del resalto hidráulico

“Un resalto hidráulico es un fenómeno en el cual un fluido que circula en un estado Supercrítico abruptamente sufre una transición a un estado subcrítico. Las Condiciones límite corriente arriba y corriente abajo del salto dictarán su fuerza al Igual que su ubicación”5.

Datos

QT = 2.3m3/s A = 1.49 m2 V= 1.55 m/s RH = 0.45 m b = 0.75 m y= 0.90 Z= 1 Fig. 5 Resalto Hidráulico

El tirante normal debe ser igual al tirante conjugado mayor para que el resalto se efectué en el cambio de pendiente.

Tirante criticoз

Q_ = A ¿

yfd T2

/ - ( (b + zy c)yc)2Q = л / д ---------- —

(b + 2zyc)2

Ac = (b + zyc)yc

T = b + 2zyc Q = V9.81((0.75 + lyc)yc)2

(0.75 + 2 (l)y c)2Para esto vamos asumiendo valores de Ye para valores de Q у В utilizamos herramientas de Exel análisis de hipótesis

Q= 2.300yc f(yc)

0.72 2.300

“Cuando el tirante es mayor que el crítico el régimen se denomina subcritico y cuando es menor supercrítico o rápido”5

yc = 0.72 m flujo subcritico

Calculo de área crítica

Ac = (b + zyc)yc

Ac = (0.75 m + (1шх0.72ш))х0.75шАс = 1.6 m 2

Como el área mínima es menor que el área crítica cumple las condiciones de cálculo.

Calculo del tirante conjugado menor

El tirante normal igual al tirante conjugado mayor para que ele resalto se efectué en el cambio de pendiente

5t + 2J 4 + --------- j 3

2 r +(3t + 2 ) ( t + 1)

2 I 2 +t2— + ( t - 6 r ) ( t + 1 ) j — 6 r(t + l )2 = 6 r (t + 1 )

En donde

2

2v2

i g y 20.136 m

z = ^1+^22

1 + 12

= 1

b~ z y 2

0.75 m 1(0.90)

0.833

6r ( t + l )2 = 6x 0.136m(0.833 + l )2 = 2.7397

Tanteando asumimos valores de J para obtener J1 utilizando la herramienta de Exel análisis de hipótesis

2.7397J f(J)0.624 2.7397

j = 0.624 m

. Vi

У\ — УУг = 0.624 m x 0.90m = 0.564

У! = 0 .6 2 4 x 0 .5 6 4 = 0.51

Longitud del resalto

Según Sieñchin la longitud del resalto hidráulico es

L = K ( y 2 ~ y i )

k=10.60 para z=1 según la tabla que nos da Sieñchin

tabla para encontarr el valor de к con respecto a z según Sieñchin

Talud Z 0 0.5 0.75 1 1.25 1.5к 5 7.9 9.2 10.6 12.6 15

L = 10.60(0.90m - 0.51.ni) = 4.12

Según Pavlovski la longitud del resalto es :

L = 2.5(1.9yz — yx)

L = 2.5(1.9x0.90 m — 0.51 m) = 3 m

Calculo del tramo vertedero de caída rapida

Datos

QT = 2.3m3/s n = 0.015 z = 1 m b = 0.75 m y1 = 0.51 m Zo = 1.30 m

Fig. 6 Vertedero de caída rápidaA = ( b + zyc)yc

A = (0.75 m + (Imx0.51m))x0.51m = 0.64 m 2

Perímetro mojado

PM = b + 2 yV 1 + z2

PM = 0.75 m + 2x0.51 mV 1 + l 2 = 2.195 m

Radio Hidráulico (Rh)

ARh = -

0.64 mRh = -------— = 0. .29 m

2.195

Pendiente:

s =

s = ( ™ ) \RH¡)

1.55m x 0.0152\

--------------------- '0.291|s = 0.3481

= 34.81%

LongitudFig. 7 dimensiones Vertedero de caída rápida

Z0 1.3m L = — = — — = 3.73 m

s 0.3481

Velocidad

QT 2.3 m 3/s y = ^ = —— !— = 3_S7

A 0.64m2

Como la velocidad es mayor que la mínima y es menor que la máxima cumple las condiciones de diseño

Energía especifica

La energía específica en una sección de un canal se define como la distancia vertical entre el fondo del canal y la línea de energía

Е 2 = у 1 +

Е2 = 0.51 +' 3.572 N 2x9.81,

1.16 т

DE = Е2 — Е1

DE = 1 .16т — 1.02 = 0 .1 4 т

Curva de radio mínimo

Datos

g = 9.81 m/s2 V= 1.55 m/s BL = 2.95 m RM = 14.75 15

Su diseño lo hemos realizado utilizando el programa de Auto Cad Anexo planos

Calculo de derivación de canal

Calculo de transición

Esta transición la calculamos usando el programa H canal ya que para estas secciones no han sido estudiadas

ESPEJODE

AGUA

CALADO TRAMO

T Y LONGITUD2.55 0.9 3

2.2842 0.8944 2.52.1641 0.8575 22.0859 0.8197 1.52.0361 0.7808 12.0086 0.7409 0.5

2 0.7 0

Fig. 8 Calculo en H canales

Calculo de sección canal de derivación 1

Calado o tirante (y)Jj _______________ _______________

- = 2 (V i + z2 - z) = 2 (V i + l 2 - l )

b- = 0.828У

y = 0.21Ь Ec. 1

Asumimos el valor de b

b = 0.50 m

Reemplazamos el valor de b en la Ec.1

y = 0.21x0.50m

y = 0.60 m

Calculamos los elementos geométricos DT = b + 2zy

Área (A) T = 0.50 m + 2 x 1 x 0.60m = 1.7 m

A = (b + z y ) y

A = (0.50 + (lx0.6m ))0.60m = 0.66 m 2

Perímetro mojado (PM)

PM = b + 2 yV 1 + z2= 0.5m + 2x0.60 mV 1 + l 2 = 2.20 m

Borde libre (BL)T

BL = s

BL = 1.70/5 = 0.12 * 0.20 m

Altura total del canal

H = y + BL

Radio Hidráulico (Rh)

A y Rh = — o —

P 2

0.66 mRh = ̂^ = 0.30 m 2.20

H = 0.60 m + 0.20 m = 080 m

Ancho total del canal

Tt = z + 2 hy

Tt = 1 + (2 x 0.80 m x 0.60 m) = 2.1m

Espejo de agua o ancho superior ГП

Resumen de calculob 0.50 m SoleraY 0.760 m TiranteZ 1 m TaludA 0.66m Área

PM 2.20m Perímetro mojadoRH 0.30 Radio hidráulicoT 1.7 m Altura total del canalBl 0.2 m Borde libre de aguaH 0.80 m Altura total del canalTt 2.1m Ancho superior total del canal

Área mínima

Velocidad mínima

л _ Qmax ™min ~ ~~

Vmax

Li m n

0.8 m 3/ s

5 m / s0.16m2

Vmin 0-35 J y g

vmin = О.ЗБд/О.бОш x 9.81 m /s2 = 0.93

Características hidráulicas y recomendaciones de máximas y mínimas velocidades

Energía especifica

Qt v = —­A

1.5 m 3/s mV = ------------ = 0 .85— si cumple

0.66m2 s

¡ V 2E2 = y + { r 3 /

( (1.85m /s)2 \E2 = 0.90 + ( ̂ n o ' ; _ ] = 0.67 m

^2x9.81 m /s 2 j

Como la velocidad es mayor que la mínima cumple las condiciones de diseño

Pendiente:

Calcularemos con la fórmula de Manning

/ V n2 ̂

s =/0 .8 5 m x 0 .0 1 5 2\

V о Щ )

№ de Froude:

F - V

= 0.0016 = 0.16%

0.85= 0.35

J g y л/9.81x60

♦ F= 0,35 < 1 (Flujo Sub-cñtico Ideal para Canales)

Para comprobar que las secciones son correctas comprobamos con la fórmula de Manning el caudal

1QT = -A .R H j.s l

n

Qt —0.015

Calculo de sección canal de derivación 2

Calado o tirante (y)

0.66 x 0.301 x 0.00161 = 0.8m3/s

- = 2 (V i + z2 - z) = 2 (V i + l 2 - l )

b- = 0.828У

y = 0.21b Fe. 1

Asumimos el valor de b

b = 0.60 m

Reemplazamos el valor de b en la Ec.1

y = 0.21x0.0.60m

y = 0.72m « 0.70 m

Calculamos los elementos geométricos

Área (A)

A = (b + zy)y

A = (0.60 m + (lx0.7m))0.7m

A = 0.91m2

Perímetro mojado (PM)

PM = b + 2yV 1 + z2 = 0.6m + 2x0.70 mV 1 + l 2 = 2.58i m

Radio Hidráulico (Rh)

A y Rh = — o —

P 20.91 m

Rh = „ = 0.35 m2.58

Espejo de agua o ancho superior ГП

DT = b + 2 zy

T = 0.60 m + 2 x 1 x 0.70m = 2 m

Borde libre (BL)T

BL = s

BL = 2 /5 = 0.14 :

Altura total del canal

0.20 m

H = y + BL

H = 0.70 m + 0.20 m = 0.90 m

Ancho total del canal

Tt = z + 2/iyTt = 1 + (2 x 0.90 m x 0.70 m) = 2.4 m

Resumen de calculob 0.60 m SoleraY 0.70 m TiranteZ 1 m TaludA 0.91m Área

PM 2.58 m Perímetro mojadoRH 0.35 Radio hidráulicoT 2 m Altura total del canalBl 0.2 m Borde libre de aguaH 0.90 m Altura total del canalTt 2.4m Ancho superior total del canal

Área mínima

Velocidad mínima

,. _ QmaxAm in ~ ~

Vmax

1.5 m 3/s 5 m/ s

0.3 m 2

Vmin ~ $-J~yg

v min = 0.35-^0.70771 x 9.81 m / s 2 = 0.93

Características hidráulicas y recomendaciones de máximas y mínimas velocidades

Energía especifica

Qtv = —A

1.5 m 3/sV = — — — — = 1.65 m/ s

0.91 m 2 '

E 2 ~ y + \ ~ 9 ,

En = 0.90 +(1.65m/s)"

= 0.84 77142x9.81tti/ s2/

Como la velocidad es mayor que la mínima cumple las condiciones de diseño

Pendiente:

Calcularemos con la fórmula de Manning

№ de Froude:

s = 1.65771 x 0 .0152\

0 Щ )= 0.0025 = 0.25%

V _ 1.55

лfg y л/9.81x700.59

♦ F= 0,59 < 1 (Flujo Sub-cñtico Ideal para Canales)

Para comprobar que las secciones son correctas comprobamos con la fórmula de Manning el caudal

Q t = - A . R H 2 . s ¡71

1Qt ■ 1.35 x 0.351 X sO.0025^ = 1-5m3/s

0.015

Calculo del número de plantas que se puede regar con 2.3 m3/S

Datos

Q1=1.5 m3/s Q2=0.8 m3/s

Q= 13000 m3/ha caudal por hectárea en 1 año n = 400 número de plantas en 1 ha

13000rn3 laño 1 dia lhora _Q = —-— x ———- — x ——-------x — — ------ = 0.0004122m 3/s

1 ano 365 días 24 horas 3600seg

Entonces sabemos que a 1 hectárea podemos regar con 0.0002853 m3/s ahora sabemos que en una hectárea hay 400 plantas entonces:

Cantidad de agua por planta =0.0004122 m s m— ———;----------- = 0.0000010306 — planta

400 plantas s

Ahora calculamos con los valores que tenemos

1.5m3/sn

n

0.0000010306 m 3/s planta

0.8 m 3/s0.0000010306 m 3/s planta

= 1455462 plantas

= 776246 plantas

Resultados

Durante el análisis del desarrollo y cálculo del presente trabajo hemos obtenido los siguientes resultados:

Para la sesión de canal hemos optado por un canal trapezoidal revestido de hormigón simple de base de 0.75m, espejo de agua 2.55m, altura de calado 0.90m y sus paredes tienen un talud 1:1, la velocidad a lo largo del canal es 2.55 m/s con una pendiente 0.16% lo cual tenemos un flujo sub critico o lento.

En el diseño del medidor Parshall lo hemos dimensionado de acuerdo al caudal de entrada lo cual para el valor de w=1.524 los demás valores quedan dados así:

w A В C D E F G H К X Y M IN M A X

1.524 2 .302 1 .829 1 .981 1.943 0 .61 0 .9 1 4 0 .9 1 4 0 .229 0 .076 0 .0 5 1 0 .076 0 .062 2 .435

Como en el terreno tenemos un desnivel de 1.50 m, se nos va a produce un resalto hidráulico, para esto se diseñó un vertedero de caida rapida para salvar el desnivel y de esta manera lograr que se nos produsca un resalto con flujo sub crititico y mantener la misma velocidad y calado, como resultados tenrmod un longitud de resalto de 4.12 m.

En el cambio brusco de dirección calculamos una curva de radio mínimo de 15m

Para la primera derivación de un caudal de 0.8 m3/s vamos a diseñar un tipo vertedero con las siguientes dimensiones calado 0.60m la base de 0.50m y espejo de agua de 1.70m, para la segunda derivación como disminuye el caudal se diseñó una transición de 3 m donde se produce la reducción de la sección del siguiente derivación con los siguiente datos base 0.60 calado 0.70m espejo de agua 2

Hemos determinado que se puede regar con un caudal de 0.8m3/s 493714 plantas, y para 1.5m3/s 1455462 plantas

CONCLUSIONES

> Mediante este proyecto obtuvimos conocimientos más profundos sobre las estructuras hidráulicas, analizando cómo trabajan los diferentes tipos de flujo, que se pueden presentar y tomando decisiones para que su funcionamiento sea optimo

> Los canales de una mejor funcionabilidad son los trapezoidales revestidos de hormigos, nos brindas sus características una rentabilidad económica ya que su mantenimiento no es costoso.

> Se elaboró con base de diseños ampliando conocimientos donde sus resultados fueron satisfactorios durante el cálculo de sus elementos y sus secciones respectivamente.

BIBLIOGRAFÍA

1. Beni A, López A, Somarriba E. Árboles frutales en fincas de cacao orgánico del. 2005;70:38-45. Available from: http://www.sidalc.net/repdoc/A2330e/A2330e.pdf

2. Extendido BDE. Universidad Central del Ecuador Universidad Central del Ecuador. 2012; Available from:http://www.dspace. uce.edu. ec/bitstream/25000/3014/1Я-UCE-OOI 1-123.pdf

3. Monroy J.A SVM y DIMA. Velocidad máxima en un canal trapecial [Internet],2012. p. 12. Available from:https://scholar. google.com. ec/scholar?q=Velocidades+m%C3%A1ximas+y+pend¡ entes+m%C3%ADnimas+para+el+dise%C3%B1o+de+un+canal+trapec¡al+en+flu jo+subcr¡t¡co.+Por+Monroy+J.A%2C+Sortillon+V.+Mart¡n+y+Denn¡s+lbarra+Marc o+A.&btnG=&hl=es&as sdt=0%2C5

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5. Chow V Te. Hidráulica de canales abiertos.pdf [Internet], 2004. p. 337. Available from: ftp://soporte.uson.mx/publico/04_INGENIERIA CIVIL/lineas/pdf/Hidraulica de Gardea.pdf

6. Máximo Villon Bejar. Hidráulica de Canales. 2007;SEGUNDA ED(EDITORIAL VILLON):508.

ANEXO I

CALCULO DE LA CURVA DE MEDIDOR PARSHALL

Q H0.05 0.0660.10 0.1020.15 0.1310.20 0.1580.25 0.1820.30 0.2040.35 0.2250.40 0.2450.45 0.2640.50 0.2820.55 0.2990.60 0.3160.65 0.3330.70 0.3490.75 0.3640.80 0.3790.85 0.3940.90 0.4090.95 0.4231.00 0.4371.05 0.4511.10 0.4641.15 0.477

1.20 0.490Q H

1.25 0.5031.30 0.5161.35 0.5281.40 0.5401.45 0.5531.50 0.5651.55 0.5761.60 0.5881.65 0.6001.70 0.6111.75 0.6221.80 0.6341.85 0.6451.90 0.6561.95 0.6672.00 0.6772.05 0.6882.10 0.6992.15 0.7092.20 0.7192.25 0.7302.30 0.740

Curva Ha vs Q

ANEXO 2

TABLAS

Máximas velocidades permitidas en canales (Suarez de castro, 19778)

MATERIAL VELOCIDAD MEDIA EN METROS POR SEGUNDO

Suelo arenoso muy grueso 0.3-0.45Arena gruesa o suelo arenoso suelto 0.45-0.60Suelo arenoso promedio 0.6-0.75Suelo franco arenoso 0.75-0.83Suelo franco de aluvión o ceniza volcánica 0.83-0.9Suelo franco pesado o franco arcilloso 0.90-1.2Suelo arcilloso o cascajoso 1.2 -1.5Conglomerado, cascozo cementado, pizar rablanda, hard pan, roca sedimentada blanda

cní100

Roca dura 3-4.5hormigón 4.6-6

Tabla 1. Máximas velocidades permitidas en canales

MATERIAL TALUD (Z)Roca completamente sana VerticalRoca ligeramente alterada 0.25:1

Mampostería 0.40:1Tempetate duro, roca alterada 1:1

Concreto 1:1 o 1.25;1Tierra algo arcillosa, tempetate blado, arenisca blanda, etc. 1.5:1

Material poco estable, arena tierraarenosa ,etc. 2:1

Tabla 2. Taludes recomendados para la sección trapecial de un canal para diferentestipos de suelo.

MATERIAL MINIMO NORMAL MAXIMORoca (con salientes y sinuosas 0.035 0.04 0.05Tepetate (liso y uniforme) 0.025 0.035 0.04Tierra (alineado y uniforme) 0.017 0.02 0.025Tierra (construido con draga) 0.025 0.028 0.033Mampostería seca 0.025 0.03 0.033Mampostería con cemento 0.017 0.02 0.025Concreto 0.013 0.017 0.02Asbesto cemento 0.09 0.01 0.011Polietileno o PVC 0.007 0.008 0.009Fierro fundido 0.11 0.014 0.016

Tabla 3. Rugosidades de Manning

D i m e n s c n c s f m )

Cepacdad( 1 Ц о l i t r e )

( r r i V s i

7 / A D I ] D E F 0 H и. Г 1 / l i n М а х

0 0 3 5 0 1 6 7 GjlB ü 0 - 6 3 0 3 5 5 . 0 0 7 6 С 2 C 3 0 1 5 2 0 0 2 9 3 0 1 3 0 0 0 6 ; 0 0 1 3 0 0 0 0 п о »

0 0 5 1 0 2 5 4 0 . 1 3 5 0 . 4 1 4 0 . 4 0 5 0 . 1 1 4 0 . 2 5 4 0 2 0 3 Ej-W: 0 . 0 2 2 0 . 0 1 6 0 8 2 5 0 0 0 1 0 . 0 1 1

ú m 0 2 6 0 0.178 Т Л Б 7 1 П ь 7 U . 1 S 2 0 - 0 5 U 3 8 1 0 . Ü 5 7 Н Ш Б 0 . 0 2 : 0 1 3 8 0 0 0 1 0 . 0 1 /

0 1 5 ? 0 0 Я 4 . 0 3 9 4 0 0 2 1 0 6 1 0 П.0О5 0 ° 1 0 П 4 5 7 0 1 1 4 3 0 7 0 0 0 5 1 0 0 7 0 0 0 0 1 0 0 0 2

0 3 3 9 0 . 5 7 5 0 . 3 5 1 0 3 7 9 0 . 8 5 4 0 . Э 3 5 0 . 4 5 7 0 6 0 0 . 1 1 4 0 . 0 7 6 0 . 0 5 1 0 0 7 6 0 6 0 3 0 . 1 4 4

U ! J 0 5 C.8/JS 0 . S 1 U 1 3 7 2 " 0 3 3 (Ib'U I и . У 1 4 U 8 ' 4 0 У Л 0 . 0 7 6 Н Ш Г 0 0 / 6 о о м 0 . 4 5 3

¡RS71 1 £ 2 6 0 . 7 9 2 1.+«0 1.413 0.S10 0 5 1 4 00 14 0 2 I S D . 0 7 9 D.051 0(176 0 0 '4 0 . 6 0 0

o e in 1 2 0 0 Г 9 1 4 1 . 5 2 4 1 4 9 5 0 3 1 0 0 5 1 4 П 9 - . 4 1 0 2 2 9 3 0 7 5 0 0 5 1 0 0 7 6 о о ? о 0 9 3 4

0 7 6 2 1 . 2 8 1 1 0 5 7 1 . 5 3 2 1 . 6 0 3 0 . 6 1 0 0 . У 1 4 0 8 1 4 0 2 2 2 8 0 . 0 7 5 о . о ы 0 0 7 6 0 0 2 3 1 . 1 6 1

0 9 1 4 1 5 7 2 1 2 1 9 TOTE 1 643 0.510 05 14 00 14 02 29 0 . 0 7 6 0.051 ÜC76 0T2S 1 . 4 1 6

1 2 1 9 1 3 3 7 1 524 T Ш 5 Т 7 Э 4 0 5 1 0 U 5 T 4 b í T O - T 0 2 3 “ 0 U 7 Ü D.0S1 0 0 7 6 00 37 “ П 3 3 6

1 5 2 4 2 . 3 0 2 1 3 2 9 1 . 9 0 1 1 9 4 3 0 S 1 0 0 3 1 4 0 9 1 4 C 2 2 9 3 0 7 5 0 0 5 1 0 0 7 6 0 0 6 2 2 4 3 6

1 8 2 0 2 6 6 / 2 . 1 iA 2 . 1 3 4 2 . U 0 2 U 6 1 и 0 . У 1 4 0 8 1 4 0 2 1 8 0 . Ú 7 6 0 . 0 5 1 0 U / 6 UÚ74 2 . 8 4 :

2 Ш 3 3 3 2 X 4 3 I “ Т Ж ” 2 2 4 3 0 . 6 1 0 0 . 5 1 4 “ Ü T '4" 0 2 2 9 D . 0 7 6 0 . 0 5 1 0 0 7 6 0 1 1 0 ' 3 . 4 2 0

2 * 3 8 3 ? 9 7 2 7 4 3 2 4 . 3 8 2 3 9 1 0 6 1 0 0 5 1 4 0 9 1 4 Г 2 7 9 9 0 7 6 0 0 5 1 0 0 7 6 0 1 3 0 3 9 6 4

3 0 4 8 a 7 5 6 3 . 5 5 6 4 - S O 4 2 6 7 0 3 1 4 1 6 2 9 1 3 ' 9 Г "3 4 ? 0 i 5 2 0 3 0 6 0 2 2 9 0 1 7 0 5 6 6 3

0 6 5 8 6 - 1 , 4 . 4 7 0 4 . У 7 2 4 . 8 7 / U . J 1 4 2 . 4 9 8 1 6 2 4 0 6 1 3 Ü .1 5 2 0 6 0 : U 2 2 8 U 2 2 / 9 . 9 1 1

4 . ' т о 7 " 2 0 5 V 0 7 7 7 2 7 8 2 Q 1 2 1 9 3 0 4 0 1 Г 2 9 0 4 5 7 0 2 2 3 0 3 0 5 0 2 2 9 0 2 2 7 1 0 9 5 !

6 0 9 6 9 1 ¿ 4 7 3 1 5 7 7 7 ? 7 6 2 * 1 3 2 9 3 F 4 8 2 1 3 4 Г F ¡ = f j 0 3 0 6 0 3 0 6 , 0 2 2 9 0 2 8 3 2 6 3 1 7

7 6 2 0 1 0 . 6 6 8 8 . 3 1 1 7 . 7 7 2 7 . 6 3 Э 1 6 2 8 3 . S 0 2 2 1 3 4 0 . 5 : 6 3 . 3 0 5 0 . 3 0 5 0 2 2 9 0 4 2 5 3 3 . 8 3 .

4 2 . 4 7 :

5 3 0 3 4

9 T Í4 1 2 . ' 1 3 1 0 . 5 9 6 0 £ в 4 7.929 1520 4 1 0 7 2 1 3 4 С В Е С D .3E О . З О : 0 2 2 9 0 4 2 5

1 2 1 9 ? 1 5 4 6 1 1 3 9 1 0 0 : 9 5 В . 2 0 0 1 3 2 9 4 0 7 7 2 1 3 4 0 . 0 0 0 0 3 0 5 . 0 3 0 5 0 2 2 9 0 5 0 6

1 5 2 4 0 1 8 . 5 2 9 1 7 2 7 2 8 . 6 8 5 5 . 2 3 3 1 6 2 8 C J 8 6 2 1 3 4 0 . 6 : 6 J . 3 J : 0 . 3 3 5 0 2 2 9 0 7 0 8 8 4 . 9 5 1

Tabla 4. Dimensiones y capacidades de aforadores Parshall

W m ms n ns St(Pla.Pulnl [m)

0,1 0.025 0.060 0.053 1.550 1.000 0.5600,2 0.051 0.121 0.109 1.550 1.000 0.6100.3 0.076 0.177 0.163 1.550 1.000 0.6400.6 0.152 0381 0307 1.580 1.080 0.5500,9 0229 0.535 0.438 1.530 1.060 0.6X1.0 0305 0.689 0.536 1.520 1.080 0.6201.6 0.457 1.059 0.780 1.540 1.115 0.6402,0 0.610 1.429 1.061 1.550 1.140 0.6602.6 0.762 1607 1305 1.560 1.150 0.6703,0 0914 2.169 1.554 1.560 1.160 0.6804,0 1219 2926 2.ОХ 1570 1.185 0 7005.0 1524 3.701 2.508 1.580 1.205 0.7206,0 1.829 4 494 2.968 1.590 1.230 0.7407,0 2.134 5.306 3.440 1.600 1.250 0.7608.0 2.438 6.064 3866 1.600 1.260 0.7X10,0 3.048 7515 4.642 1.590 1.275 0.80012,0 3.658 8695 5.494 1.590 1.275 0.80015,0 4.572 10970 6.773 1.590 1.275 0 80020,0 6.096 14.420 8.906 1.590 1.275 0.80025,0 7620 17670 11.040 1.990 1.275 080030,0 9.144 21330 13.170 1.590 1.275 0.80040.0 12.192 26230 17.440 1.590 1.275 0.80050,0 15240 35.140 21.700 1.590 1.275 0.800

Tabla 5. Valores de m, n, st, para diferentes anchos del medidor

NOMOGRAMA PARA CALCULAR LA PERDIDA DE CARGA EN

aoaccntajc oc M ED ID O RES PARSHALLsumeadoh DE 0 .15 A 2 . 5 0 M TS.Ъ % i> %%

ТАМАЙО W 0€L MCOfOOO CN METAOS

Fig. 9 monograma para calcular la perdida de carga en medidor Parshall de 0.15 a 2.50m

LEVANTAMIENTO PLANIMETRICO.Escala 1:1000

ELABORADO PORPROYECTO REVISADO POR ESCALA

DISEÑO DE SECCION OPTIMA DE UN CANAL ABIERTO, PARA RIEGO POR INUNDACION

A DOS PROPIEDADES DE PLANTACIONES DE CITRICOS.INDICADAS

YULEYSI ELIZABETH QUEZADA TORRES.

ESTUDIANTE DE INGENIERIA CIVIL

ING. FRANCISCO VERA DOMINGUEZ.

INGENIERO HIDRAULICO

CONTIENE SUPERVISOR DISEÑO UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

VISTA DE PLANTA. ABSC. 0+000 1+045 UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERIA CIVILPLANOS DEFINITIVOS CONSTRUIDOS

CARRERA DE INGENIERIA CIVILING. FRANCISCO VERA DOMINGUEZ.

FECHA:

OCTUBRE - COIS

LAMINA: 1/3

PERFIL LONGITUDINAL

Escala Horizontal:

Escala Vertical:

1:1000 1:100

ELABORADO POR REVISADO POR FECHA ESCALA

DISEÑO DE SECCION OPTIMA DE Ш CANAL ABIERTO, PARA RIEGO POR INUNDACION INDICADASOCTUBRE - 2015

YULEYSI ELIZABETH QUEZADA TORRES.

ESTUDIANTE DE INGENIERIA CIVIL

ING. FRANCISCO VERA DOMINGUEZ.

INGENIERO HIDRAULICO

CONTIENE LAMINASUPERVISOR DISEÑO UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERIA CIVILPLANOS DEFINITIVOS CONSTRUIDOS

ING. FRANCISCO VERA DOMINGUEZ. CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO:

A DOS PROPIEDADES DE PLANTACIONES DE CITRICOS.

PERFIL LONGITUDINAL. ABSC. 0+000 1+045

PARSHALL. VISTA DE PLANTA PARSHALL. VISTA LATERAL

Urkund Analysis ResultAnalysed Document: DISEÑO DE SECCION OPTIMA DE UN CANAL ABIERTO

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Sources included in the report:

http://www.uv.mx/ingenieriacivil/files/2013/09/manual-de-ee-hidraulica-de-tuberias-y-canales.pdf

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1

Ing. Francisco Vera D.

TUTOR ACADEMICO