Irrigacin Dr.Ing. Jos del C. Pizarro Baldera

TEMA IV: Diseo hidrulico de obras de arte de riego.Por: Snchez Gil Diego PaoloVargas Coronel Jimmy ShanonSoria Juzga GianCarlosUmbo Ruiz KerenskiVsquez Berrios Ricky MartinSilva Guerra JorgeRuiz Pezo Edson AlonsoSanchez Ramirez OrlandoRioja Armas Jhin

Docente: Dr. Ing. Jos del Carmen Pizarro Baldera INTRODUCCIONEn el proceso constructivo de un canal con fines de riego, existe un punto de suma importancia que es el diseo de obras de arte.

Las obras de arte son construcciones acopladas a los canales de riego cuyos fines son mejorar el funcionamiento y evitar que el canal diseado colapse o falle por los diferentes fenmenos naturales (exceso de caudal).OBJETIVOSObjetivo General:Brindar la suficiente informacin para tener un buen criterio para el diseo de las obras de arte.

Objetivos Especficos:Tener conocimientos sobre la importancia y funcin que cumple cada obra de arte dentro del canal de riego.

Realizar el diseo y establecer criterios de diseo para las obras de arte.Diferenciar las obras de arte en un sistema de riego.

MARCOTERICO4.01 Diseo Hidrulico de TransicionesEstructura que se usa para ir modificando en forma gradual la seccin transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos tramos con diferentes formas de seccin transversal, pendiente o direccin.

Importancia.Las transiciones son muy importantes ya que se evita que el paso de una seccin a la siguiente, de dimensiones y caractersticas diferentes, se realice de un modo brusco, reduciendo de ese modo las prdidas de carga en el canal.

Como criterios para el dimensionamiento hidrulico se pueden mencionar:

Minimizacin de las prdidas de energa.

Prevenir ondulaciones y vrtices.

Eliminacin de zonas con agua tranquila o flujo muy retardado.

ngulos recomendados: 12 30`, perdidas mnimas. 25, perdidas de carga.Estos criterios se cumplen para el caso de flujo sub crtico.

Tipos de TransicinLas estructuras de transicin de un canal trapezoidal a uno rectangular pueden agruparse en tres tipos:

Transicin con curvatura simpleTransicin de forma cuaTransiciones con doble curvatura.

Descripcin:No son apropiadas para flujos supercrticos.

a) y b); para velocidades muy pequeas del flujo (F 4,50 m

CADAS Usadas para regular la velocidad del agua, bajando bruscamente al nivel de la plantilla del canal. De acuerdo con la magnitud de la estructura, la cada se construye de concreto reforzado, bloques de concreto, mampostera

CAIDAS VERTICALESCriterios de diseo

Se construyen, cuando se necesita salvar un desnivel de 1 m como mximo.

Cuando el desnivel es 0.30 m y el caudal 300 L/s. x m de ancho de canal, no es necesario poza de disipacin.

Puede ser utilizado para medir la cantidad de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibradoEl caudal unitario vertiente se calcula con la formula:

Suministro de agua por metro de ancho de cresta. Tirante normal aguas arribas e la cada. Mxima descarga unitaria sobre la cada.Cadas Verticales con Obstculos para el Choque

Desarrollado para saltos pequeos; donde choca el agua de la lmina vertida y se obtiene una buena disipacin de energa.

El ancho y espaciamiento de los obstculos:b= 0.4 m; e = 0.4 mLongitud mnima de la cubeta = Ld +2.55yc , donde:

Cadas InclinadasSe proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad del flujo en la cada siempre mayor que la del propio canal, causando serios daos por erosin si no se coloca un revestimiento apropiado.

Se divide desde arriba hacia abajo en las siguientes partes:Transicin de entrada con seccin de controlCada propiamente dichaColchnTransicin de salida.

Criterios de diseo

Inclinacin recomendada 1.5 a 2.1; donde el ancho B es igual:

GRADAS Se proyectan para salvar desniveles abruptos.

Seccin de ControlLa seccin de control tiene por finalidad, mantener el flujo aguas arriba en rgimen tranquilo, de manera que es en la misma seccin de control donde ocurre el cambio de rgimen y el agua alcanza la profundidad y velocidad crtica.

La seccin de control consiste en una variacin de la seccin del canal en el punto donde, se inicia la cada o en una rampa en contra pendiente, de manera que la energa en el canal aguas arriba sea igual a la energa en el punto donde se inicia la cada.

Rpidas

Son canales abiertos, pavimentados o revestidos, en los que el agua corre con gran velocidad. Pueden establecerse como secciones de canal de poca longitud en tramos de mucha pendiente.

Para el diseo es necesario conocer las propiedades hidrulicas, las elevaciones de las rasantes y de las secciones del canal aguas arriba y aguas abajo de la rpida.

Sirven para conectar dos tramos de un canal; cuyo desnivel es bastante grande en una longitud relativamente corta.

1. Partes

Transicin de entrada. Seccin de control. Canal de la rpida. Trayectoria. Colchn de amortiguacin. Transicin de salida.

EJERCICIO DE APLICACION

EJERCICIO DE APLICACION

Asumiendo:SOLUCION1. Ancho de la cada:

2. Transicin de entrada.3. Dimensiones de la cada.

4. Longitud del tramo del canal rectangular:(inmediatamente aguas arriba de la cada)5. Ventilacin bajo la lamina vertiente:(consiste en calcular el dimetro de los agujeros de ventilacin)

Asumiendo una longitud de tubera igual a 2m y un valor f=0.02 para tuberas de fierro, se tiene:

Reemplazamos en la ecuacin (1):Resolviendo por tanteo, resulta:Esta rea equivalente aproximada al rea de 3 tubos, 3 de 4 (0.10m) y 2 de 2 (0.05m), estos tubos se colocarn de manera que conecten la cmara de aire de la cada con el espacio exterior.

4.06. El Aforador Parshall

Es una estructura que sirve para medir caudales en un rango muy amplio. Debido a que la velocidad del agua es muy grande en la estructura no se deposita sedimentos y la precisin del aforo queda dentro del 5% de error.

El medidor consta de las siguientes partes:

EntradaGargantaSalida

EntradaGarganta Salida4.06.01. Uso y ventajas El diseo es simple y su construccin suele resultar barata si se ubica en lugares que deben revestirse o si se combina entre cadas y sifones, etc.

La estructura trabajada aun teniendo gran variacin en el gasto y este se puede determinar con bastante precisin pues cuando el medidor trabaja con descarga libre de error es menor de 3% y cuando trabaja moderadamente sumergido el error es de 5%.

No se produce el problema de avenamiento en la estructura ni aguas arriba de ella conservando siempre su misma presin.

Su conservacin es casi nula y su fcil lectura permite un a nivel de usuario y sectorista de riego, sin mayor experiencia.

No influye la velocidad con que el agua aproxima la estructura.

Hidrulicamente funciona bien por su baja perdida de carga con relacin a otros tipos de medidores.

Tiene la capacidad a medir tanto con flujo libre como moderadamente sumergido. Prdida de carga menores.

El agua tiene velocidad suficiente para limpiar los sedimentos.

Opera en un rango amplio de flujos.

DESVENTAJAS

Mas caros debido a la fabricacin requerida.

La fabricacin e instalacin es critica para que funcionen como se deben.

Sin salto hidrulico:cuando el tirante aguas abajo del medidor es muy pequeo en relacin al nivel de la cresta del medidor y fsicamente se manifiesta con una circulacin libre del agua en el medidor, sin producir ninguna turbulencia o cambio brusco del Tirante de agua.

Con salto hidrulico: cuando el tirante aguas abajo del medidor es suficientemente grande con respecto al nivel de la cresta y por lo tanto el agua trata de recuperar el nivel de aguas abajo, lo cual se hace bruscamente, producindose el salto hidrulico.4.06.02 Funcionamiento Hidrulico.

Descarga libre:

La ecuacin para el caudal bajo condiciones de flujo libre es de la forma:

Donde:Q = caudal en m3 /s.K = factor que depende del ancho de la garganta.n = Factor que vara de 1.52 a 1.60

Ancho de la garganta, WKn1''0.06041.552''0.12071.553''0.17711.556''0.38121.589''0.53541.531'0.69091.5221.5'1.0561.5382'1.4281.5503'2.1841.5664'2.9531.5785'3.7321.5876'4.5191.5957'5.3121.6018'6.1121.607B. Descarga sumergida.

Se da cuando el caudal aguas debajo de la estructura obstaculiza la descarga por la garganta, en este caso la carga Hb difiere poco de la carga Ha siendo el caudal funcin de dos cargas: Ha y Hb ; es decir , cuando la mira en b marca una altura de agua (Hb) se dice que el medidor funciona con cierto grado de sumergencia.

La sumergencia del aforador calculada por Hb /Ha, > 0.5 para los tamaos de garganta de 1 hasta 3 pulgadas, el flujo se considera sumergido y hay que hacer una correccin a los caudales.

- Correccin por sumergenciaEl lmite de sumergencia para las gargantas de 6 y 9 pulgadas es 0.60 y para 1 hasta 8 pies el lmite es 0.70. Cuando la sumergencia sea mayor que estos lmites:

QS = Q QE

QE para los aforadores de 1 pulgada hasta < >1 pie. La correccin de < >1 pie de garganta se aplica a los de hasta 8 pies de garganta, multiplicando el QE por los siguientes factores:

Factor de GargantaAncho de la garganta (ft)Factor111.51.421.832.443.153.764.374.985.44.06.03. Criterios Para la eleccin del tamao ms adecuado del Parshall

Seccin transversal de los canales aguas arriba y aguas abajo

Intervalo de caudal

Profundidad normal del agua en los canales

Carga disponible

carga total en la cresta del medidor no superior a la carga total en la seccin de entrada.

Perdida de carga en el medidor

Usualmente el tamao del medidor vara de 1/3 a 1/2 del ancho del canal cuando se trata de canales rectangulares pequeos, y de 2/3 aproximadamente cuando se trata de canales trapezoidales.

El aforador debe ser instalado cerca de la compuerta de control.

Debe estar en un tramo recto del canal a una distancia de la compuerta donde no hay turbulencia.

Aspectos Constructivos

CONCLUSIONESCon el diseo de transiciones lo que se busca reducir las perdidas de carga por el cambio de seccin en el canal o por la pendiente del mismo.

Todas las estructuras hidrulicas y obras de arte para riego estn estrechamente relacionadas, dependiendo una de la otra, de tal manera que se puede decir que para el funcionamiento eficiente del sistema de riego estas debern encontrarse en optimas condicione.

Es importante realizar estudios de transporte de sedimentos o solidos y materiales flotantes, determinar las mximas avenidas, caudales medios y mnimos con la finalidad de construir las obras necesarias que garanticen la eficiencia y buen funcionamiento hidrulico del sistema de riego.

Las obras para canales de riego son aquellas estructuras que dan continuidad en toda su longitud del canal de riego.

Los materiales de construccin de los acueductos dependern de las condiciones de estabilidad, definida normalmente por las dimensiones del canal y la longitud del acueducto, as como del anlisis econmico de las variantes consideradas.

El aforador parshall es una Estructura de medicin de caudales en los canales con fines de riego, aprovechando la gran velocidad del agua existente en la estructura.

Las cadas y las rpidas estn diseados para salvar desniveles bruscos en la rasante del canal.

Los aliviaderos son de vital importancia, ya que estos protegen al canal de riego de colapsar por aumento de su caudal de conduccin.

En el diseo de la transicin de entrada del sifn, se recomienda que la parte superior de la abertura est ligeramente debajo de la superficie normal del agua, para evitar problemas de remanso de agua.

RECOMENDACIONESPara el diseo de cadas y rpidas se debe tener muy en consideracin los materiales a utilizar y la resistencia del concreto.

Para construir un aforador Parshall se debe tomar en cuenta su ubicacin en lugares donde el canal necesita revestimiento o combinado entre cadas y sifones.

Para la ubicacin de los aliviaderos se debe conocer todos los puntos del canal donde exista peligro de desborde o inundacin.

Es necesario tener muy presente las dimensiones del sifn para que la velocidad del agua no provoque daos en la estructura.

RECOMENDACIONESPara el diseo de transiciones se recomienda que la parte superior de la abertura del sifn este ligeramente debajo de la superficie normal del agua.

Se recomienda que los materiales de construccin para un acueducto se encuentren en buen estado ya quede estas depende su estabilidad y duracin.

Es recomendable realizar la reforestacin de las riberas de los ros para evitar la erosin lo cual promovera el transporte de materiales solidos lo cual supondra obras adicionales al sistema de irrigacin tales como los desarenadores.

Conocer el tipo de suelo y la estructura del mismo es de vital importancia para poder determinar la ubicacin adecuada y tener criterios adicionales para el dimensionamiento de las estructuras.

GRACIAS