CAPÍTULO VI DISEÑO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS …

CAPÍTULO VI

DISEÑO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS

Dentro del dimensionamiento de las obras hidráulicas requeridas pertinentes al

sistema de riego, se debe mencionar:

Obra de captación

Desarenador

Tanquilla rompecarga

Tubería de aducción

Tanques de almacenamiento

Antes de dar paso al diseño de las respectivas obras es importante mencionar

que para el diseño de las mismas, principalmente la obra de captación es básico

tener registro de caudales de por lo menos diez años a fin de conocer el caudal

mínimo (Qmin), el caudal medio (Qmed ) y el caudal máximo o caudal de crecida de

la fuente (Qmax); sin embargo de la quebrada Escufrini fuente superficial de agua

donde se construirá la obra, no se tiene registro alguno de aforos por parte los

organismos correspondientes (MPPA y CEB).

No obstante se tenían registros de caudales mínimos registrados de la

quebrada Escudun aledaña de la Quebrada Escufrini, tomando en cuenta esta

cercanía se aplicó una metodología, que permitió obtener un valor del caudal

mínimo de la quebrada en estudio. (Ver Capítulo IV).

El caudal mínimo disponible de la quebrada Escufrini es de 171,93 l/s, su

caudal máximo para un periodo de retorno de 25 años es de 33,73 l/s y el caudal

que se desea captar es de 47,37 l/s, igualmente es importante mencionar que el

agua de la quebrada es ligeramente turbia, con pocos sedimentos en suspensión,

además de las hojas secas del follaje de los arboles circundantes en la zona.

6.1. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO DEL SITO DE CAPTACIÓN

Para todo proyecto es fundamental tener a la mano un plano detallado que

permita tener una mejor referencia de la topografía de la zona, por esto se

procedió a realizar un levantamiento planialtimétrico del sitio de localización de la

obra de captación. Ver Figura 6.1

Figura 6.1. Levantamiento topográfico en la quebrada Escufrini

Es de mencionar que las curvas de nivel se trazaron a una equidistancia de

0,25m. (Ver Plano 1)

En el Apéndice F se pueden apreciar las coordenadas obtenidas a través del

levantamiento topográfico e igualmente en el Plano 1, se observa la sección

escogida para ubicar la obra de captación; considerada por la estabilidad y

accesibilidad que proporciona, igualmente es importante resaltar que aguas arriba

no existe otra derivación del recurso hídrico y el medio ambiente que rodea la

quebrada no ha sido intervenido. (Ver Figura 6.2)

Figura 6.2. Vista panorámica de la ubicación de la quebrada Escufrini.

Igualmente en la Figura 6.3 se aprecia la sección del sitio de captación.

Figura 6.3. Sección del sitio de captación en la quebrada Escufrini.

6.2. DISEÑO DE LA OBRA DE CAPTACIÓN

Una obra de captación es una estructura que se diseña y se construye teniendo

en cuenta criterios técnicos para tomar de la fuente de agua el caudal demandado.

El principal objetivo de la obra es captar agua y no sedimentos igualmente

conducir el agua a la línea de aducción.

Quebrada

Escufrini

Recorrido de la

Quebrada Escufrini

(6.1)

Para este caso en particular, donde el caudal mínimo de la quebrada es bajo se

diseñara una estructura de captación que intercepta el flujo del rio, llamado dique-

toma, el cual permite aumentar el nivel del agua y tendrá un área de captación

sobre la altura del vertedero central.

A continuación se presenta una metodología explicada por Arocha (1980),

partiendo de los siguientes datos.

Qmin = 171,93 l/s = 0,17193 m3/s

Qdiseño = 47,37 l/s = 0,04737 m3/s

Ancho de la sección del cauce = 3,60 m

6.2.1. Diseño hidráulico de la captación

Partiendo de la ecuación del vertedero o de Cipolleti, se estima la altura del

vertedero de rebose y se asume una longitud inicial de 1,20 m. (Ver Ecuación

6.1.).

(

)

Dónde:

Qmin = caudal mínimo (m3/s)

C = coeficiente del vertedero ≈ 1,50 (Ver Figura 6.4)

L = ancho del vertedero de captación (m)

H = carga hidráulica sobre la cresta (m)

(6.2)

(6.3)

Figura 6.4. Valores aproximados del coeficiente C en la expresión

.

Fuente: Arocha (1980, p.265).

Entonces, aplicando la Ecuación 6.1, se obtiene:

A continuación se estima la carga de agua sobre la cresta, aplicando la

Ecuación 6.2.

√ ( )

Dónde:

q = caudal por metro lineal de la cresta (m3/m*s) =

h1= altura del agua sobre la cresta (m).

Sabiendo que se sustituyen todos los valores en la Ecuación

6.2 y por tanteo se obtiene la altura del agua sobre la cresta.

h1 = 0,079 m

La carga hidráulica sobre la cresta provoca una velocidad horizontal (Vh) cuyo

valor se calcula a través de la Ecuación 6.3.

(6.4)

√ ( )

Es significativo indicar que este resultado está bien ya que la velocidad no debe

ser mayor de 3 m/s porque erosiona el concreto.

6.2.2. Diseño de la rejilla

La rejilla se utiliza para proteger el área de captación contra el paso de material

grueso. Se coloca sobre la cresta de captación, con una inclinación de 15% hacia

aguas abajo esto con la finalidad de impedir la entrada de partículas a la toma.

Características de la rejilla

Cabilla cuadrada de ½’’ x ½’’

Separación entre cabillas (s) = 1 cm.

Asumiendo un ancho de la cresta de 40 cm, para utilizar un diámetro de la tubería

de aducción de 150 mm (6’’) y una distancia desde la pared interior a la rejilla (So)

de 7,5 cm.

Se estima el caudal por unidad de ancho de la rejilla, por medio de la Ecuación

6.4.

{

(

)}

Donde:

Qc = caudal por unidad de ancho de rejilla (m3/s)

C1 = coeficiente de % de área libre de la rejilla ≈ 0,50 (Ver Figura 6.5)

C2 = coeficiente de contracción de la rejilla ≈ 0, 45 (Ver Figura 6.5)

g = aceleración de la gravedad (m/s2)

So = distancia desde la pared interior hasta la rejilla (m)

bo = ancho efectivo de la rejilla.

B = So + bo

Figura.6.5 coeficientes para el diseño de rejilla. Fuente: Arocha (1980, p.231)

Para aplicar la Ecuación 6.4 es necesario conocer las siguientes variables, que

se aprecian en la Figura 6.6.

Bo= 0,40 cm

B = Bo – So = 0,40 -0,075 = 0,325 m

bo= B – So = 0,325 - 0,075 = 0,25 m

(6.5)

Figura.6.6. Sección transversal del dique-toma.

Sabiendo que el ángulo de inclinación de la cresta es de 15° se procede a

estimar la distancia “S” con la Ecuación 6.5.

Comprobando:

Entonces,

Con los resultados obtenidos hasta ahora, se procede a sustituir en la Ecuación

6.4 y así se obtiene el valor del caudal por unidad de ancho de la rejilla:

(6.6)

(6.7)

(6.8)

Se estima ahora el caudal total que debe pasar por el vertedero de rebose, a

través de la Ecuación 6.6.

Se estima igualmente el caudal que debe entrar por la rejilla, con la Ecuación

6.7.

𝑎 𝑎 𝑎 𝑎 𝑎 𝑎 𝑎

Verificando:

Teniendo como base el valor del ancho de la rejilla (25 cm) y la cantidad de

agua que va a captar, se procede a estimar la longitud de la misma.

Usando una Cabilla cuadrada de ½” =1,27 cm de espesor, se aplican entonces

las Ecuaciónes 6.8, 6.9 y 6.10.

√

Dónde:

Acaptación = área de captación

Qc = caudal del captación (m3/s)

C1 y C2 = coeficientes del vertedero

g = gravedad = 9,81 (m/s2)

Hmin = altura del vertedero de rebose (m)

(6.9)

(6.10)

𝐴

𝐴

𝑎

( )

Verificando,

A continuacion se presenta en la Figura 6.7 el detalle de la rejilla con las

dimensiones calculadas

(6.11)

Figura 6.7. Detalle de la rejilla.

Automáticamente al entrar el agua a través de la rejilla cae a una galería de

captación que transfiere el agua con la inclinación adecuada hacia la tubería de

aducción conectada al desarenador, por esto se presenta el diseño de la rejilla

aplicando el método de Zamarin y partiendo de los siguientes datos.

Ancho de la rejilla = 0,25 m

Longitud de la rejilla = 1 m

Suponiendo un d50= 4 cm

Vf = 3 m/s

Vo = 1 m/s

Inicialmente se calcula en número de manning (n) con la Ecuación 6.11.

n = ( )

= 0,022

Para reducir los cálculos numéricos se procedió a utilizar una hoja de cálculo

que arrojo los resultados expuestos en la Tabla 6.1.

Tabla 6.1. Galería de captación. Método de Zamarin

X (m)

Q (m

3/s)

V (m/s)

A (m

2)

d (m)

P (m)

R (m)

S (m/m)

hf (m)

SumHf (m)

H (m)

Y (m)

0 0,00000 1,0 0,000 0,000 0,25 0,00 0,000 0,0000 0 0,051 0,00

0,1 0,00474 1,2 0,004 0,016 0,28 0,01 0,215 0,0108 0,011 0,073 0,10

0,2 0,00948 1,4 0,007 0,027 0,30 0,02 0,158 0,0187 0,029 0,100 0,16

0,3 0,01422 1,6 0,009 0,036 0,32 0,03 0,155 0,0157 0,034 0,130 0,20

0,4 0,01896 1,8 0,011 0,042 0,33 0,03 0,165 0,0160 0,032 0,165 0,24

0,5 0,02370 2,0 0,012 0,047 0,34 0,03 0,181 0,0173 0,033 0,204 0,28

0,6 0,02844 2,2 0,013 0,052 0,35 0,04 0,202 0,0191 0,036 0,247 0,33

0,7 0,03318 2,4 0,014 0,055 0,36 0,04 0,225 0,0214 0,040 0,294 0,39

0,8 0,03792 2,6 0,015 0,058 0,37 0,04 0,252 0,0239 0,045 0,345 0,45

0,9 0,04266 2,8 0,015 0,061 0,37 0,04 0,281 0,0266 0,051 0,400 0,51

1 0,04740 3,0 0,016 0,063 0,38 0,04 0,312 0,0296 0,056 0,459 0,58

Nota:

X = longitud divida en tramos (m)

Q = caudal (m3/s)

V = velocidad del caudal (m/s)

A = área del flujo (m2)

d = profundidad del flujo (m)

P = perímetro mojado (m)

R = radio hidráulico (m)

S = gradiente hidráulico (m/m)

hf = perdidas de energía (m)

Sumhf = sumatoria de las pérdidas de energía (m)

H = carga de velocidad (m)

Y = altura de la toma de fondo (m)

A través de la Figura 6.8, se puede apreciar la forma de la galería que se

obtiene con los valores de “Y”, igualmente la altura del flujo de agua indicado con

la línea punteada.

Figura 6.8. Galería de captación y profundidad del flujo de agua en la galería.

(Escala: S/E)

6.2.3. Conexión de la tubería de salida y limpieza

Como se había mencionado, el agua entra en la toma mediante la rejilla y es

captada y conducida a través de la galería de concreto había una tubería que está

conectada a la misma.

Adicionalmente en el dique toma debe colocarse una tubería de limpieza para

desalojar los sedimentos que se depositaran con el tiempo aguas arriba del dique.

Como se observa en la Figura 6.9.

d (Profundidad delflujo)

y (Profundidad de lagaleria)

Figura 6.9. Detalle de tuberías de la sección transversal dique -toma

De la misma forma se puede observar la vista frontal y en planta de la obra de

captación en las Figuras 6.10 y 6.11 respectivamente y en el Apéndice G.1 se

pueden apreciar con sus respectivas medidas.

Figura 6.10. Vista frontal del dique- toma

Figura 6.11. Vista en planta del dique- toma

6.2.4. Análisis de estabilidad de la obra de captación

Toda obra de captación debe ir acompañada de un análisis de estabilidad, el

cual tiene por objeto verificar y determinar la dimensiones de la sección

transversal del dique toma con el fin de contrarrestar los efectos del volcamiento y

deslizamiento causados por el empuje hidrostático, el empuje generado por los

sedimentos y cualquier otro impacto sobre el dique.

En este caso particular no es necesario estimar el efecto de supresión y la

presión negativa de la lámina de agua, ya que no es una obra de gran

envergadura, igualmente se calcula desde el punto de vista más desfavorable.

Arocha (1980).

(6.12)

(6.13)

(6.14)

Inicialmente se estima la altura de agua sobre el dique, tomando el caudal

máximo para un periodo de retorno de 25 años (33,73 m3/s), a partir de la

ecuación del vertedero (Ecuación 6.1), ahora utilizando un “c” igual a 1,86 y una la

longitud del ancho de la sección de la quebrada que es de 3,6 m.

A partir de esta altura (H) se determina la fuerza de impacto sobre el dique,

suponiendo que en épocas de crecidas arrastre 500 kg – m. Aplicando entonces

las Ecuaciones 6.12, 6.13 y 6.14 se obtiene:

Área del caudal máximo (𝐴 )

√

Velocidad del caudal máximo (Vh)

Fuerza de impacto (F)

Dónde:

M = masa= F/g (kg)

(6.15)

Brazo con respecto al punto de volamiento

bimpacto = 2,98 m

A continuación se presenta en la Figura 6.12 un diagrama de la sección

transversal del dique-toma, indicando las fuerzas que actual en la estructura y son

las que se tomaran en cuenta en el análisis de estabilidad.

Figura 6.12. Diagrama de cuerpo libre de la sección transversal.

o Calculo de las fuerzas verticales o estabilizadoras por metro de ancho

Se estiman las fuerzas verticales o estabilizadoras, las fuerzas horizontales o

desestabilizadoras, cada una con sus brazos con respecto al punto de

volcamiento. (Ver Figura 6.12). Usando la siguiente ecuación se estiman las

fuerzas:

F = A * * 1m

Donde

F = fuerza (kg)

A = área de la figura (m2)

Peso específico del concreto ( ) = 2400 kg/m2

Peso específico del agua ( ) = 1000 kg/m2

Peso específico de los sedimentos ( ) = 1800 kg/m2

A manera de resumen se presenta en la Tabla. 6.2. Las fuerzas y los

momentos actuantes en el dique-toma.

Tabla 6.2. Fuerzas y momentos actuantes en la sección transversal

Descripción F. Horizontales

(kg)

F Verticales

(kg)

Brazo (m)

M. resistente

(kg.m)

M. volcante

(kg.m)

W1 ----- 960,00 1,60 1536,00 0,00 w2 ----- 1344,00 0,93 1249,92 0,00 W3 ----- 3360,00 0,70 2352,00 0,00 W4 ----- 1248,00 1,60 1996,80 0,00 Fa1 500,00 ----- 1,33 0,00 665,00 Fa 2 200,00 ----- 1,50 0,00 300,00 F.sed 576,00 ----- 1,27 0,00 731,52 F.impacto 232,00 ----- 2,98 0,00 691,36 Total 1508,00 6912,00 ----- 7134,72 2387,88

Nota:

F. Horizontales = Fuerzas horizontales (kg)

F. Verticales = fuerzas verticales (kg)

Brazo (m) = distancia desde el punto de aplicación de la fuerza con respecto al

punto de volcamiento “0”.

M. resistente = momentos resistentes (kg.m)

M. volcante = momentos volcantes (kg.m)

Para verificar que la estructura resista al volcamiento y deslizamiento se aplican

las Ecuaciones 6.19 y 6.20 respectivamente.

(6.19)

(6.20)

(6.22)

∑

∑

𝑎 𝑎 𝑎

∑

∑

Dónde:

= Coeficiente de fricción= 0.70 (adimensional)

𝑎

Por lo tanto las dimensiones asumidas quedan intactas y c = 1,80 m

Considerando los esfuerzos actuantes sobre el terreno de fundación, se estima

la excentricidad a través de la Ecuación 6.22. La excentricidad tiene por objetivo

indicar el movimiento que hay desde el centroide de la figura con respecto al punto

de volcamiento. Ver Figura 6.13.

∑ ∑

∑

𝑎

Verificación de la excentricidad

(6.23)

Figura 6.13. Resultante en la sección transversal del dique-toma

Seguidamente se calcula la profundidad de socavación que se pueda generar

en época de altas precipitaciones que generan caudales máximos, para estimar

este valor se emplea la siguiente ecuación:

Dónde:

Hb = profundidad de socavación

q = caudal unitario máximo (m3/s/m) (q = Qmax(25 años)/L)

D = diámetro del material de arrastre (mm)

H = altura del agua antes y después de la captación (m)

L = longitud del cauce (m)

Sabiendo que el caudal máximo de la quebrada es de 33,73 m3/s, el diámetro

de las partículas es de 400mm, la altura del dique es de 1m y la longitud de la

(Profundidad del estribo

aguas debajo de la

captación)

sección del cauce es de 3,60 m, se procede a sustituir los valores en la Ecuación

6.23, obteniéndose el siguiente resultado:

Hb ≤

2,90 > 1

Es de notar que una crecida máxima en un periodo de retorno de 25 años

puede generar una socavación aguas abajo del dique mayor que la profundidad

del estribo, siempre y cuando el suelo se encuentre desnudo, entonces como

medida de seguridad y para evitar esta acción es necesario colocar un enrocado

para cumplir la función de disipar la energía que trae el agua al caer y así evitar la

socavación.

6.3. DISEÑO DEL DESARENADOR

El desarenador es aquella estructura hidráulica que tiene como función

principal decantar los sedimentos que se encuentran en suspensión y que no

pueden ser retenidos por el dique toma, es decir que las partículas con diámetros

mayores a 0,3 mm como las arenas finas, gruesas y cantos rodados deben quedar

en el desarenador.

El desarenador escogido para el sistema de riego se puede apreciar en el

Apéndice G.2, con sus respectivas dimensiones. La estructura se ubicara a 31,4 m

de la obra de captación cerca de la quebrada Escufrini y a 2717,8 msnm, su

diseño se baso en un modelo especificado en el Manual de Acueductos Rurales

(ACUERUR), elaborado por el Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS)

adaptado para recibir el caudal de diseño de 47,37 l/s.

(6.24)

6.4. DISEÑO LÍNEA DE ADUCCIÓN

6.4.1. Trazado

El trazado de la línea de aducción corresponde a la ubicación de la tubería que

pretende conducir el caudal de diseño, desde la obra de captación, pasando por el

desarenador, hasta el tanque de almacenamiento de cada sector. Este trazado

depende en gran parte de la topografía de la zona.

La línea de aducción comprende 3 tramos, el primero que va desde el dique -

toma a una altura de 2719,07 msnm hasta una tanquilla distribuidora colocada a

2588,52 msnm; el segundo va desde esta última altura hasta el tanque de

almacenamiento ubicado en el sector Las curubitas que se encuentra a 2580,63

msnm y el tercero va desde la tanquilla distribuidora hasta otro tanque de

almacenamiento que pertenece al sector El Potrero ubicado a una altura de

2496,58 msnm.

Estos valores indican que hay una carga disponible de 130,55 m para el primer

tramo y para el segundo y tercero una carga de 7,89 m y de 91,94 m

respectivamente desde la tanquilla distribuidora. Estos son valores muy

significativos que se deben tomar en cuenta para seleccionar la clase de tubería

que soportar esas cargas hidrostáticas o la implementación de una tanquilla

rompecarga para reducir la presión a cero y por ende minimizar costos.

Diseño de la tubería y cálculos de las presiones en la red. El diseño

comprende inicialmente en elegir el diámetro de la tubería, que se estima a

través de los siguientes pasos:

o Carga disponible (∆H). se estima a través de la Ecuación 6.24.

(6.25)

(6.26)

( )

Se determina la carga disponible tomando en cuenta las perdidas localizadas

por medio de la Ecuación 6.25.

o Pérdidas de cargas (hf). Se utilizó la ecuación de Hazen-Williams,

expresada en función del caudal y del tipo de tubería, usando la

Ecuación 6.26.

(

)

Dónde:

Hf = perdidas de cargas (m)

Q = caudal a conducir (m3/h)

C = coeficiente de rugosidad (adimensional)

D = diámetro de la tubería (mm)

L = longitud del tramo (m)

Según la Norma ISO los diámetros de la tubería se pueden apreciar a través de

la Tabla 6.3.

Tabla 6.3. Diámetros comerciales de tuberías. Normas ISO

Diámetro nominal (Pulgadas) Diámetro Nominal (mm)

1’’ 25

1 /2’’ 40

2’’ 50

2 ½ “ 63

3’’ 75

(6.27)

(6.28)

3 ½” 90

4’’ 110

5’’ 125

6’’ 160

8” 200

Igualmente se puede apreciar l coeficiente de rugosidad en la Figura 6.14. donde

se observa que depende del tipo de tubería:

Figura 6.14. Coeficiente “C” según el tipo de tubería. Fuente Arocha (1980, p.

260)

Para determinar el diámetro de la tubería, se debe comprobar que las perdidas

sean menores que la carga disponible:

Posteriormente se determinan las pérdidas localizadas que representan el 10% de

las pérdidas por carga, usando la Ecuación 6.27.

o Calculo de presiones máximas sobre los tramos. Aplicando el

teorema de Bernoulli. (Ver Ecuación 6.28)

Donde:

P1 = presión en el punto 1 (mca)

= peso especifico del agua ( )

V = velocidad del flujo en el tramo indicado (m/s)

g = gravedad (m/s2)

Z = cota (msnm)

Aplicando cada ecuación se obtuvieron resultados que se tabularon en el

Apéndice G.3

A continuación se presenta a través de la Tabla 6.4 un breve resumen de las

longitudes, el diámetro y la clase de tuberías necesarias en cada tramo.

Tabla 6.4. Trazado línea de aducción. Tramo C-13

Descripción Tramo Longitud

(m)

Diámetro

(pulgadas)

Presión

(mca)/clase

ΔZ (m) Q (Lt/s)

Desde la captación al

Desarenador

C- D

35,48 6” 63mca/SDR_21 PEAD

5,26 47,4

Desde el

Desarenador hasta el

cambio de tipo de

tubería

D-7 583,35

6” 105/ LAG (6")

61,29 47,4

Desde el cambio de

tipo de tubería hasta

la 1ra tanquilla

rompecarga

7-8 94,88 6” 63mca/SDR_21 PEAD

9 47,4

Desde la 1era

tanquilla rompecarga

hasta la derivación.

8-13 383,56

6”

63mca/SDR_21 PEAD

61,52 47,4

Tabla 6.5. Trazado línea de aducción. Tramo 13 -16

Desde la derivación

hasta el 1er Tanque

de almacenamiento

13-14 90,47 5” 63mca/SDR_21 PEAD

1,37 33,4

Desde el

almacenamiento

hasta la 2da

14-15 246,71 5” 63mca/SDR_21 PEAD

64 33,4

Tanquilla.

Desde la 2da

Tanquilla hasta el

sector El Potrero

15-16 246,83 5” 63mca/SDR_21 PEAD

64 33,4

Tabla 6.6. Trazado de la línea de aducción. Tramo 13 - 13.9

Descripción Tramo Longitud

(m)

Diámetro

(pulgadas)

Presión

(mca)/clase

ΔZ (m) Q (Lt/s)

Desde la derivación

hasta la 3ra tanquilla

rompecargas

13-13.1 73,37 3 ½” 63mca/SDR_21 PEAD

2,48 14

Desde la

3ratanquillarompecargas

hasta el almacenamiento

13.1-13.5 404,75

3 ½” 63mca/SDR_21 PEAD

82,94 14

Desde el

almacenamiento hasta el

sector Las curubitas

13.5-13.9 376,85

3 ½” 63mca/SDR_21 PEAD

59,58 14

El perfil longitudinal de cada tramo se puede apreciar en el Apéndice G.3,

igualmente a través del croquis de la Figura 6.15 se aprecia el trazado.

Figura 6.15. Croquis de la línea de aducción

(6.29)

6.5. Tanques de almacenamiento

Se construirán dos tanques de tipo australiano, uno para el sector las Curubitas

y otro para el sector el Potrero, teniendo en cuenta que el tiempo de operación de

los mismos será de 3 h suponiendo que todas las hectáreas rieguen al mismo

tiempo esta cantidad de tiempo. La capacidad de los mismos se estimó a través

de la Ecuación 6.29.

1er tanque, sector Las Curubitas:

𝐿

El área disponible para la construcción del tanque es de 17 m, pero es de saber

que cuando se selecciona un tipo de tanque australiano el área de ubicación del

tanque tiene que ser una superficie por lo menos 2 metros mayor al diámetro del

tanque australiano adquirido, dicho esto, se seleccionó un tanque de

almacenamiento a través de un catálogo de una casa comercial (ver Apéndice H)

con las siguientes especificaciones.

Tanque australiano de Tres anillos (Altura = 2,44 m)

Capacidad = 436.100 Lt

Diámetro=15,09 m

Numero de Anillos= 3

Nro de Laminas= 48

Calibre 20

2do tanque, sector El Potrero:

𝐿

Retomando la afirmación anterior se puede decir que el área disponible para la

construcción del tanque es de 16m pero el tanque a seleccionar debe ser menor o

igual a 14m, a través del catálogo (ver Apéndice H) se seleccionó lo siguiente:

Tanque australiano de Dos Anillos (Altura = 1,57m)

Capacidad = 160800 Lt

Diámetro = 11,32 m

Numero de Anillos = 2

No de Laminas= 24

Calibre 20

Para garantizar que el terreno soporte el peso de cada uno de estos tanques,

se realizó un muestreo en cada sitio y se llevó al Laboratorio De Suelos de la

Dirección de Infraestructura (DINFRA), los resultados se indican en el Apéndice H.

Es importante resaltar que el análisis de suelo índico que la capacidad de

mecánica del suelo es baja entonces es necesario trasladar material de préstamo

que permita darle resistencia y soporte al suelo.

6.6. Diseño de las obras auxiliares y/o complementarias

6.6.1. Tanquilla rompecarga

La línea de aducción es trazada para que el agua se transporte de un sitio a

otro aprovechando la fuerza de la gravedad debido al tipo de topografía de la

zona, por lo tanto a lo largo de la línea de aducción se crean presiones superiores

a la cantidad que soporta el tipo de tubería seleccionada, entonces se procedió a

ubicar 3 taquillas romprecargas a lo largo del recorrido como se indica en la Tabla

6.4, 6.5 y 6.6.

Esta estructura permite disipar la energía del agua con la reducción de la

presión hasta cero (presión atmosférica). La presión de trabajo de la tubería de

LAG de 6“ es de 105 mca y la tubería de SDR_21 PEAD soporta hasta 63 mca.

El diseño de las estructuras se basó en un modelo especificado en el Manual

de Acueductos Rurales (ACUERUR), elaborado por el Instituto Nacional de Obras

Sanitarias (INOS), la primera tanquilla adaptada para recibir un caudal de 47,37

Lt/s, la segunda para un caudal de 33,4 Lt/s y la tercera para recibir un caudal de

14 Lt/s. Ver Apéndice G.2.

6.7. Ventosas y válvulas de limpieza

En este caso no existen subidas solo bajadas por lo tanto no se colocaran

válvulas de limpiezas, sin embargo siempre hay acumulación de aire en las

tuberías generando disminución del área por donde pasa el flujo de agua, creando

un aumento en las perdidas por fricción y ocasionando golpes repentinos similares

al golpe de ariete, igualmente contribuye a la corrosión de las tuberías de LAG, por

lo tanto se ubicara una ventosa cada 500 metros horizontales.

CAPITULO VII

INVERSION DEL PROYECTO

En este capítulo se hará referencia al costo de los materiales requeridos para la

construcción de cada obra que se ha nombrado a lo largo del proyecto como: la

obra de captación, desarenador, línea de aducción, tanques de almacenamiento y

entre las obras complementarias encontramos tres tanquillas rompecargas y una

ventosa, tomando en cuenta los accesorios de cada una.

El presupuesto se realizó tomando precios de distintas casas comerciales, para

el día 18 de septiembre del 2013. Igualmente se incluye una variación de precios

del 15% como margen de seguridad por cualquier eventualidad que pueda surgir.

En la Tabla 7.1 se pueden apreciar dichos cálculos.

Tabla. 7.1 Invesión del proyecto

Actividad Obra Hidraulica Descripción de los materiales Unidad Cantidad Observaciones P.Unitario Total

Piedra Picada Nº 1 m3 10 130,00 1300,00

Arena Lavada Gris m3 5 104,50 522,50

Cemento Gris Tipo Portland saco 95 37,30 3543,50













Cabilla estriada, Ø = 3/8 ", Alta resistencia, L = 12m pza 53 140,00 7420,00


Alambre liso calibre Nº18 Kg 5 28,68 143,40

Cabilla cuadrada Ø = 1/2 ", Alta resistencia, L = 6m pza 2 101,20 202,40










Malla Truckson (70 m2) rollo 1 Dimensiones 6x6 70 4950,00 4950,00




Malla Truckson (70 m2) rollo 1 Dimensiones 6x6 70 4950,00 4950,00

Tubería clase SDR_21 , Ø = 160 mm, L = 12m pza 43 4674,00 200982,00

Tubería clase SDR_21 , Ø = 125 mm, rollo de 100 m pza 4 24500,00 98000,00

Tubería clase SDR_21 , Ø = 90 mm, rollo de 100 m pza 9 12682,00 114138,00

Tubería clase SDR_21 , Ø = 50 mm, rollo de 100 m pza 2 para el rebose de tanques australianos 6195,00 12390,00

Codos clase SDR_21 , 90°, Ø = 160 mm pza 6 1280,00 7680,00

Codos clase SDR_21 , 90°, Ø = 90 mm 8 1090,00 8720,00

Codos clase SDR_21 , 90°, Ø = 75 mm 2 830,00 1660,00

Union de hierro a plastico (junta Dreee) pza 1 1265,00 1265,00

puntos de soldadura pza 42 550,00 23100,00

valvulas de compuerta (brida-brida), Ø = 160mm pza 6 13368,00 80208,00

valvulas de compuerta (brida-brida), Ø = 90mm pza 7 6292,00 44044,00

Ventosa, Ø = 6 " pza 1 535,00 535,00

Tanque capacidad 436.000 Litros pza 1 315931,76 315931,76

Tanque capacidad 160.800 Litros pza 1 96000,00 96000,00

1.123.255,66

134.790,68

168.488,35

1.969.794,41

Tres Tanquillas rompecargas

concreto de 250 Kg/cm2

concreto de 200 Kg/cm2

Desarenador

Tanquillas rompecargas

Tanque capacidad 436.000 Litros


Desarenador

Presupuesto de Materiales

Sub-Total:

Impuesto al Valor Agregado (IVA 12%)

Variación de Precios (15%)

Total



Acero

Tuberia Linea de aduccion

Dique - Toma

Obras hidraulicas en generalAccesorios

OBRA: EVALUACIÓN Y DISEÑO CON FINES DE REHABILITACIÓN DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DEL SISTEMA DE RIEGO “POTRERO-LAS CURUBITAS” UBICADO EN LAS MESITAS, PARAMO EL POTRERO-LAS

CURUBITAS, PARROQUIA GENERAL RIVAS, MUNICIPIO BOCONÓ, ESTADO TRUJILLO.

Concreto

Dique - Toma

Conclusiones y recomendaciones Yeffri, S. Hidalgo, A .

CAPITULO VIII

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1. CONCLUSIONES

Durante el diagnóstico de la situación actual del sistema de riego se

encontró que dicho sistema ha culminado su vida útil, puesto que se instalo

hace mas de 30 años por COORPOANDES y no cuenta con las obras

hidráulicas pertinentes (obra de captación, desarenador y tanquillas

rompecargas) que pudieron alargar su durabilidad.

En los últimos años solo se han sustituido 100 tubos de LAG (6”) que

forman parte de la línea de aducción y que se encuentran en buenas

condiciones; debido al crecimiento poblacional y al aumento de producción

de las tierras, el sistema de riego que es usado con doble propósito no da

abasto para toda la población ni para todos los productores, por esta razón

se planteó diseñar las obras hidráulicas necesarias y establecer un trazado

aguas arriba de la actual captación, de esta manera se le da cabida para que

34 productores que conforman 76 familias puedan gozar del sistema de riego

por 25 años (vida útil de las obras hidráulicas).

Previo al diseño se aplicaron varias metodologías que permitieron obtener

un valor de caudal mínimo de 195,38l/s del cual se puede disponer solo

171,93 l/s para el sistema de riego, es decir que dicho caudal representa la

oferta de agua en la quebrada Escufrini; igualmente se aplicó el método

racional para obtener un valor de 33,73 l/s que representa el caudal máximo

para un periodo de retorno de 25 años considerado en el análisis de

estabilidad de la obra de captación.


En todo sistema de riego es imprescindible comparar ofertas de agua con

demanda, y para estimar esta última se realizó un balance hídrico a tres de

los cultivos más representativos producidos en la zona, en este caso fueron

la papa, la zanahoria y la fresa, de ellos se tomó un valor de 4,37 mm/día

correspondiente al ETc mas critico entre los tres cultivos, valor que sirvió

para estimar el caudal necesario para regar una hectárea (caudal modulo),

considerando que la eficiencia del riego por aspersión es de 70%. Entonces

el caudal modulo fue de 0,72 l/s, se supone que las 63 ha se siembren de

papa (cultivo que mayor agua demanda), se necesitarían 45,36 l/s para

poder abastecer la superficie en producción.

Al valor anterior se le suman las necesidades de agua de la población que

fue un caudal de 2,01 l/s y se obtiene un caudal de diseño de 47,7 l/s.

Retomando el punto de la comparación entre oferta y demanda se puede

apreciar entonces, que la oferta de agua es mayor a la demanda.

Los resultados anteriores permitieron diseñar un dique – toma que

intercepta el flujo del rio y permite aumentar el nivel del agua, esta estructura

posee un área de captación sobre la altura del vertedero central;

seguidamente se calculó el diámetro de la línea de aducción que se divide en

tres tramos, el primero va desde la captación hasta una tanquilla de

distribución (punto 13), el segundo tramo va desde el punto 13 al primer

tanque de almacenamiento ubicado en el sector Las Curubitas y por último el

tramo tres va desde el punto 13 hasta un segundo tanque de

almacenamiento ubicado en el sector El Potrero; complementando así una

longitud de 2536 aproximadamente.


Es importante resaltar que el desarenador y las tanquillas rompecargas

utilizadas se obtuvieron del manual ACUERUR adaptadas para recibir el

caudal de diseño.

Se calculó la inversión inicial del proyecto obteniéndose un valor de

1.426.534,69 BSF.

8.2. RECOMENDACIONES

Antes de ejecutar el proyecto, es necesario realizar una visita a la

sección escogida en la quebrada Escufrini, para la construcción de la

obra de captación; la visita debe realizarse en compañía de un técnico

especialista en geología que pueda realizar un estudio de estabilidad

del talud y un estudio de resistencia de la roca a una sección de 100

metros aguas arriba y aguas abajo del sitio de construcción de la obra.

Es fundamental indicar que se debe efectuar un muestreo de suelo en

el lecho de la quebrada Escufrini, que permite saber la capacidad de

soporte de carga en el sitio de captación. También determinar la

cantidad real de sedimentos que arrastra el flujo de agua de la

quebrada en estudio.

Para obtener datos más representativos de los caudales de la

quebrada Escufrini, es necesario que se efectué un estudio hidrológico

mas especifico, es decir que se deben efectuar mediciones periódicas

del caudal por 5 años consecutivos para la construcción de la curva de

duración de caudales y de esta manera obtener los valores de Qmax,

Qmedio y Qmin.


Para completar este proyecto se debe efectuar un trabajo más

específico sobre la operación del sistema de riego y el diseño de la

distribución del agua a cada sector desde los tanques de

almacenamiento. Así mismo dejar un manual del usuario para el buen

manejo y mantenimiento de las obras hidráulicas y coordinar los

tiempos de riego que ayuden a evitar problemas entre los

beneficiarios.


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APÉNDICES


APÉNDICE A

Datos meteorológicos y de suelos


Apéndice A.1

Datos Meteorológicos de la Estación Las

Mesitas


Apéndice A.2

Análisis de suelo


APÉNDICE B

Mapas de la descripción física de la zona en

estudio


Apéndice B.1

Mapa geológico


Apéndice B.2

Mapa de vegetación


Apéndice B.3

Mapa de suelos


Apéndice B.4

Mapa del relieve


APÉNDICE C

Datos referentes a caudales y análisis de

agua


Apéndice C.1

Informe del aforo proporcionado por el CEB


Apéndice C.2

Análisis físico y bacteriológico del agua


APÉNDICE E

Delimitación de quebrada Escufrini y Escudun

(Ver carpeta adjunta)


APÉNDICE D

Informes de Inspección de las pasantías

realizadas en la DDE



APÉNDICE F

Coordenadas del levantamiento topográfico



APÉNDICE G

Obras hidráulicas



Apéndice G.1

Obra de captación



Apéndice G.2

Desarenador



Apéndice G.3

Tanquillas rompecargas



Apéndice G.4

Trazado y cálculos de la línea de aducción



APÉNDICE H

Catalogo de tanques australianos y estudio de

suelo para su establecimiento


CAPÍTULO VI DISEÑO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS …

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