Castillo pardo miquer_felipe_2010

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE CIENCIAS FSICASESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA DE FLUIDOSMejoramiento del canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral MONOGRAFA Para optar el Ttulo de Ingeniero Mecnico de Fluidos en la Modalidad M3AUTORMiquer Felipe Castillo Pardo LIMA PER 2010

2. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DEDICATORIAA mi abuelo: Felipe Pardo por su apoyo Y sabios consejos que me han permitido Culminar mis estudios. Que desdeEl cielo sigue iluminando mi camino.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 2 3. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------AGRADECIMIENTOA Dios por permitirme ser parte de esta vida.A mis padres Alejandro y Aurora por ese apoyo incondicional en todo el proceso de mi vida acadmica hasta lograr m objetivo de ser profesional.A mis abuelos, mis segundos padres Felipe y Jess Violeta por todo el apoyo brindado.A mis tos Alejandrina y Clavert por brindarme su apoyo y un espacio en sus hogares para iniciarme como estudiante Universitario.A la Junta de Usuarios Chancay Huaral, Empresa donde me han permitido desarrollarme como profesional.A mi alma Mater Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Escuela Acadmica Profesional de Ingeniera Mecnica de Fluidos y mis excelentes maestros por ser parte de mi formacin Profesional.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 3 4. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INDICERESUMEN. 7CAPITULO I: INTRODUCCION 111.1. FORMULACION DEL PROBLEMA.. 131.2. OBJETIVOS. 141.2.1. OBJETIVO GENERAL................ 141.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS 14CAPITULO II: FUNDAMENTO TEORICO.. 142.1 CANALES. 142.1.1. Definicin 142.1.2. Canales de riego por su funcin 142.1.3. Eficiencia de Conduccin 152.1.4. Medicin de caudales con Correntmetro.. 182.1.5. Permeabilidad del suelo... 212.1.6. Diseo de Canales 222.1.6.1. Estudio Topogrfico.. 222.1.6.2. Diseo Hidrulico 26 a. Diseo de secciones hidrulicas b. Rugosidad (n) c. Pendiente (S) d. Borde Libre (Bl) e. Velocidades permisibles f. Revestimiento g. Juntas en canales de concreto 2.2 OBRAS DE ARTE 34 2.2.1. Cada Vertical. 34 2.2.2. Aforador Parshall 38 2.2.2.1. Mediciones Hidrulicas.. 38 2.2.2.2. Diseo Hidrulico 38 2.2.2.3. Funcionamiento 40 a. Escurrimiento Libre. b. Escurrimiento Sumergido. c. Grado de sumersin. 2.2.2.4. Calculo del Gasto. 41 2.2.2.5. Criterios de Seleccin.. 42 1 Caudal de medicin. 2 Dimensiones del Canal. 3 Pendiente del Canal. 4 Ubicacin del Medidor. 5 Costo. 2.2.2.6.Eleccin del Medidor Parshall. 44Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 4 5. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------a. Eleccin del Ancho de la Garganta.b. Clculo de la Prdida de Carga.c. Nivel de la Cresta.d. Remanso Aguas Arriba.e. Eleccin Definitiva del Medidor. 2.2.3. Pasarela Peatonal 49 2.2.4. Tomas Laterales.. 50 2.2.5. Sifn Invertido 51 2.2.5.1. Aspectos generales.. 51 2.2.5.2. Tipos de sifones... 52 2.2.5.3. Hidrulica del sifn. 53 2.2.5.4. Perdidas de carga. 53 a. Prdidas de carga por transicin de entrada y salida b. Prdidas por rejillas c. Prdidas de carga por entrada al conducto d. Prdidas por friccin en el conducto e. Prdidas de carga por cambios de direccin o codos f. Prdidas por vlvula de limpieza 2.2.5.5.Velocidades 56 2.2.5.6.Dimetros mnimos.. 57 2.2.5.7.Numero de tuberas.. 57 2.2.5.8.Cmaras visitables58 2.2.5.9.Vertedor de rebose.. 59 2.2.5.10. Materiales. 59 2.2.5.11. Operacin y Mantenimiento 60CAPITULO III: DESARROLLO DEL TEMA.. 643.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL REA DEL PROYECTO. 643.1.1. Ubicacin. 643.1.2. Climatologa.653.1.3. Hidrologa 653.1.4. Topografa 673.1.4.1. Generalidades.. 673.1.4.2. Trabajo de Campo 673.1.4.3. Canal Palpa Alto. 683.1.4.4. Levantamiento Topogrfico de detalle 693.1.4.5. Trabajo de Gabinete. 69 3.1.5. Suelo (Geologa Geotecnia).. 69 3.1.6. Cultivos 71 3.1.7. Canteras72 3.1.7.1. Cantera de Relleno Santa Rosa 72 3.1.7.2. Cantera de Agregados Palpa 72 3.1.7.3. Cantera de Roca Huayn. 74 3.1.7.4. Fuentes de Agua.. 74 3.1.8. Geomorfologa. 75Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 5 6. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.1.9. rea y nmero de familias beneficiadas.. 753.2 EVALUACIN DE LA INFRAESTRUCTURA DE RIEGO EXISTENTE... 763.2.1. Obras de Captacin.. 763.2.2. Obras de Conduccin.. 763.2.3. Obras de Arte.. 783.3 INGENIERA DEL PROYECTO. 793.3.1. Consideraciones y Criterios de Diseo 793.3.2. Descripcin de las Obras a realizar..813.3.3. Planilla de Metrados 903.3.4. Presupuesto.. 903.3.5. Listado de Equipos y Materiales.. 913.3.6. Cronograma de ejecucin de obra... 91CAPITULO IV: CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.. 934.1 BIBLIOGRAFIA..95CAPITULO V: ANEXOS....96 5.1 Planilla de Metrados 5.2 Presupuesto 5.3 Listado de equipos y materiales 5.4 Costos unitarios 5.5 Cronograma de ejecucin de obra 5.6 Clculos hidrulicos y estructural: Canal y Obras de arte 5.7 Esquema Hidrulico 5.8 Planillas de aforos del canal 5.9 Diseo de Mezcla5.10 Panel fotogrfico5.11 PlanosBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 6 7. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------RELACION DE FIGURAS ANEXOSFig. N 01:Vista de un canal de riegoFig. N 02:Medicin del agua con un molinete de hlice y eje horizontalFig. N 03:Vista de una cada verticalFig. N 04:Vista de un Aforador Parshall y poza de medicinFig. N 05:Vista de una pasarela peatonalFig. N 06:Vista del ingreso de un sifn aun sin terminarBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 7 8. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------RELACION DE GRAFICOS ANEXOSGrafico N 01: Esquema Hidrulico de un Sector de RiegoGrafico N 02: Representacin de las prdidas de ConduccinGrafico N 03: Esquema de la Seccin Transversal de un Canal que va ser Aforado empleando CorrentmetroGrafico N 04: Seccin Transversal indicando la Velocidades y reas de las Sub-secciones, Mtodo de 2 Puntos.Grafico N05:Formato para hacer los aforosGrafico N06:Formato para el clculo de la Eficiencia de Conduccin y PermeabilidadGrafico N 07: Secciones de canales con diferentes tipos de revestimientosGrafico N 08: Detalle de Junta de contraccinGrafico N 09: Detalle de Junta de dilatacinGrafico N 10: Partes de una cada verticalGrafico N 11: Perfil longitudinal de una cada verticalGrafico N 12: Aforador ParshallGrafico N 13: Graficas para determinar demisiones en medidores ParshallGrafico N 14: Nomograma para calcular la perdida de carga en medidores Parshall de 0.15 a 2.50 m.Grafico N 15: Nomograma para calcular la perdida de carga en medidores Parshall de 3.0 a 15.0 m.Grafico N 16: Seccin transversal de pasarela peatonal para canal trapezoidalGrafico N 17: Seccin transversal de pasarela peatonal para canal rectangularBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 8 9. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Grafico N 18: Vista de planta y seccin de una Toma ParcelariaGrafico N 19: Perfil longitudinal de un sifnGrafico N 20:Rejilla metlicaGrafico N 21: Esquema de las prdidas a lo largo del sifnGrafico N 22: Esquema de un Sifn InvertidoGrafico N 23: Esquema de la ubicacin del rea del proyectoBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 9 10. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------RELACION DE CUADROS ANEXOSCuadro N01: Radio mnimo en canales abiertos para Q > 10 m3/sCuadro N02: Radio mnimo en canales abiertos en funcin del espejo de aguaCuadro N03: Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/sCuadro N04: Borde libre en funcin del caudalCuadro N05: Borde libre en funcin de la plantilla del canalCuadro N06: Velocidades mximas permisibles en canales revestidosCuadro N07: Relaciones geomtricas de las secciones ms frecuentesCuadro N08: Valores de rugosidad n de ManningCuadro N09: Lmites de Descarga Libre del Aforador ParshallCuadro N10: Ecuaciones de Gasto del Aforador Parshall para Descarga LibreCuadro N11: Capacidad de los Medidores ParshallCuadro N12: Cuadro de medidas estndar para medidores ParshallCuadro N13: Cuadro de ecuaciones para medidas estndar de medidores ParshallCuadro N14: Descargas del ro Chancay HuaraCuadro N15: Cedula de cultivosCuadro N16: Eficiencia de conduccin y permeabilidad sin proyectoCuadro N17: Eficiencia de conduccin y permeabilidad con proyectoCuadro N18: Relacin de Tomas LateralesCuadro N19: Relacin de TransicionesBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 10 11. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CAPITULO I: INTRODUCCIONLa Provincia de Huaral, tiene como principal actividad econmica la agricultura, y sulimitante para su desarrollo es la falta de agua en la cantidad suficiente a la demandahdrica de cultivos instalados, acentundose esta deficiencia en los meses de estiaje(Agosto Noviembre). Situacin que requiere de urgente atencin en los diferentessectores que conforman el valle.Razones que motivan la formulacin del presente proyecto. Como alternativa paracoadyuvar el desarrollo socio-econmico y sostenibilidad del uso racional de recursoshdricos. En este sentido La Junta de Usuarios de Distritos de Riego Chancay Huaral,como institucin encargada de distribuir el agua entre los agricultores del valledebidamente empadronados y con licencia de uso de agua. Tiene como responsabilidadinmediata el uso optimo de los recursos hdricos disponibles. As como en coordinacincon las entidades del sector agricultura afianzar el aprovechamiento de los recursoshdricos disponibles en el mbito de su jurisdiccin.Cabe mencionar que la Junta de Usuarios Chancay Huaral est conformado por 17Comisiones de Regantes que hacen un total de 21,108.5 has bajo riego y conformado por6,285 usuarios o agricultores.La Junta de Usuarios Distrito de Riego Chancay Huaral, viene priorizando proyectosenmarcados dentro de la Ley General de Aguas y Plan Estratgico de Afianzamiento yOptimizacin en el Uso de Recursos Hdricos superficiales disponibles, en tal sentido, hanelaborado el Proyecto de Inversin Pblica a nivel de Perfil y Expediente Tcnico:MEJORAMIENTO DEL CANAL PALPA ALTO EN TRAMOS CRITICOS Prog.0+046. 5-1+160 Y 6+800 - 7+780 Pertenecientes a la Comisin de Regantes Palpa,situado en la Provincia de Huaral, Departamento de Lima. El mismo que ha sidoformulado, en concordancia con los Lineamientos Planteados por el Sistema Nacional deInversin Pblica (SNIP), as como parmetros establecidos por la Direccin deProgramacin Multianual del Ministerio de Economa y Finanzas.El canal Palpa Alto, es la principal infraestructura de la Comisin de RegantesPalpa, teniendo un rea bajo riego de 722 ha, con una capacidad conductiva de 1.5 m3/s,(hasta la altura de toma de ingreso al reservorio Palpa - progresiva 7+142) y 1.0 m3/sBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 11 12. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------aguas abajo de este tramo. El canal actualmente es de tierra y presenta prdidas atribuidasal deficiente estado de conservacin y por deficiente sellado de las compuertas de tomaslaterales. Que en conjunto afectan las entregas de agua requerida para los diferentescultivos instalados. Es as como se procedi a realizar el diagnostico del canal, evaluando los tramos crticos (tramos de mayores prdidas) cada 500m a lo largo del canal que tiene 11.26 Km de longitud, luego se precedi a realizar el levantamiento topogrfico, diseos, calculo de metrados, presupuesto entre otros.Con el desarrollo de la presente Monografa Tcnica nos muestra criterios a tomar encuenta para el desarrollo de proyectos de Mejoramiento de Canales cuando se tiene unlimitado financiamiento para su ejecucin.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 12 13. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA El problema es Insuficiente disponibilidad de agua para riego en la Comisin de Regantes Palpa. Segn informacin obtenida de la poblacin beneficiaria, se evidencian indicios de disminucin de niveles de produccin y productividad agrcola, atribuido a la reduccin de entregas de agua en la cabecera de predio, con especial acentuacin en meses de estiaje. Situacin que deviene en: Ampliacin del periodo de turnos de riego (frecuencia de riego). Reduccin de volmenes de agua aplicada al cultivo. Estrs hdrico de cultivos. Situacin percibido con mayor nfasis por usuarios, cuyos predios se ubican aguas abajo de la progresiva 5.4 km. del canal. Efectuado la evaluacin de campo, respecto a capacidad conductiva del canal y permeabilidad se detect, la existencia de tramos crticos que requieren urgente atencin, por presentar elevada prdidas. Correspondiendo las mayores permeabilidades a tramos de canal afectados por progresiva erosin de taludes, incremento del espejo de agua (seccin irregular). As como al deficiente sellado de compuertas laterales. Para mejor apreciacin se indica que los tramos crticos identificados que requieren de urgente atencin, tienen valores de permeabilidad que vara en el rango de 2131 a 3695 l/m/da.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 13 14. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1.2. OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GENERALEl Objetivo General del Proyecto est orientado a Reducir las prdidas porconduccin en el canal Palpa Alto. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS Mejorar la estructura de conduccin, a travs del revestimiento de 2093.5 m canal distribuidos en dos tramos crticos, y la construccin de Obras de Arte. Mejorar la estructura de distribucin, a travs de la construccin de Tomas Laterales y aforador Parshall.CAPITULO II: FUNDAMENTO TEORICO2.1 CANALES 2.1.1. DefinicinLos canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captacin desde la obra detoma hasta el lugar de carga o distribucin, de acuerdo a la naturaleza del proyecto yen condiciones que permitan transportar los volmenes necesarios para cubrir lademanda. Fig. N 01: Vista de un canal de riego 2.1.2. Canales de riego por su funcinLos canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientesdenominaciones:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 14 15. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Canal de derivacin.- Llamado tambin canal madre o de derivacin y se le trazasiempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo lado ya que por elotro lado da con terrenos altos. Canal de primer orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salen delcanal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub laterales, elrea de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. Canal de segundo orden.- Llamados tambin sub laterales y nacen de los canaleslaterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales,el rea de riego que sirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.De lo anterior se deduce que varias unidades de rotacin constituyen una unidad deriego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adoptael nombre o codificacin del canal madre.Grafico N 01: Esquema Hidrulico de un Sector de Riego 2.1.3. Eficiencia de ConduccinEficiencia de conduccin, distribucin o de aplicacin, es un concepto utilizado paraevaluar las prdidas de agua en un sistema de riego, como el indicado en el GrficoBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 15 16. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------N01, con la finalidad de realizar mejoras en la infraestructura hidrulica de un canal,as como mejorar la operacin del sistema y disminuir los costos respectivos.La eficiencia de conduccin permite evaluar el estado de operacin y mantenimientodel canal principal o de derivacin en el tramo desde la fuente de abastecimiento hastaque se empieza a distribuir el agua en los canales laterales L1, L2, L3,..., Ln (Grfico N02). Es mayor cuanto mejor sea el estado del canal o cauce que conduce el agua. Estoquiere decir lo siguiente: Que, de preferencia sea revestido, para evitar que haya prdidas por filtracin. Que no tenga roturas, ni en la base, ni en los taludes ni en los bordos. Que no tenga mucho espejo de agua expuesto a la evaporacin. Que no se produzcan hurtos o sustraccin de agua en el recorrido, como el caso de usuarios informales, carguo de agua en cisternas, abastecimiento permanente de uso pecuario etc. Que se deriven los caudales mnimos recomendables tcnicamente, para tener velocidad aceptable y no producir sedimentacin que reduce la capacidad del canal o erosin que deforma la seccin, exponiendo una mayor superficie a la filtracin.La eficiencia de conduccin (Ec) est dada por la relacin entre la cantidad de aguaque entra al canal o tramo de canal de derivacin y la cantidad de agua que sale delcanal o tramo del canal mediante la siguiente expresin: QSQS EC = EC (%) = 100 QEQE QE= caudal que entra al canal o tramo del canal QS= caudal que sale del canal o tramo del canal.INFILTRACIN: es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie delterreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad delsuelo en una zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel dehumedad, pasa a formar parte del agua subterrnea, saturando los espacios vacos..Esto se produce generalmente en grandes areas.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 16 17. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------FILTRACIN: es un proceso de separacin de compuestos que consiste en pasar unamezcla a travs de un medio poroso o filtro, donde se retiene de la mayor parte de loscomponentes slidos de la mezcla. Dicha mezcla son fluidos, que pueden contenerslidos y lquidos (como tambin gases). Y en nuestro caso: Se producen en canales construidos sobre materiales muy permeables no aptos para una buena conduccin del agua. Estos materiales pueden ser desde arenas gruesas en los valles, hasta grava o piedra en las laderas de cerros por donde pasan los canales, que dan origen a filtraciones de gran magnitud, lo que obliga a revestir algunos tramos o cambiar la ubicacin del canal. Tambin se producen por orificios o cangrejeras que hacen pequeos animales como reptiles, roedores, que los usan para su hbitat natural y que generalmente no son detectables a simple vista. En canales no revestidos, en general se producen filtraciones, por el solo hecho que un rea o seccin considerable del canal est en contacto con el agua. En canales revestidos, tambin se producen filtraciones por las juntas de dilatacin mal hecha o deteriorada, por tramos o paos revestidos de canal con materiales de mala calidad, por losas resquebrajadas debido a fallas en el comportamiento del material de relleno de la plataforma.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 17 18. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Grafico N 02: Representacin de las prdidas de Conduccin 2.1.4. Medicin de caudales con CorrentmetroLa medicin o aforo de caudales empleando Correntmetro, se fundamenta en elmtodo rea velocidad, donde el caudal se determina multiplicando la velocidad mediadel flujo por el rea hidrulica de la seccin. La seccin hidrulica del canal puede sergrande o pequea y segn su magnitud conviene dividirla en sub-secciones (verGrafico N 03); a cada sub-seccin se le determina su rea y velocidad, ymultiplicndolas se obtiene el caudal que pasa por la sub-seccin. La suma de loscaudales de cada sub-seccin representa el caudal total que pasa por la seccin.Fig. N 02: Medicin del agua con un Molinete de hlice y eje horizontalBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 18 19. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Grafico N 03: Esquema de la Seccin Transversal de un Canal que va serAforado empleando CorrentmetroLa seccin escogida para aforar empleando un correntmetro debe cumplir con lassiguientes caractersticas: Debe ser: regular, estable, bien definida y en lo posible no debe ser susceptible a la erosin o sedimentacin. Se debe ubicar en un tramo recto y la longitud tiene que ser la suficiente como para garantizar el flujo uniforme. Se debe procurar que las velocidades del flujo sean perpendiculares a la seccin transversal del canal. Las velocidades deben ser mayores a 0.10 m/s. No debe estar ubicada cerca a estructuras u obstculos que produzcan remansos, para evitar el cambio de la distribucin de velocidades del flujo.Una vez escogida la seccin se procede a medir sus caractersticas geomtricas; anchodel canal que puede ser con una cinta graduada, para la medicin del tirante se puedeutilizar una varilla metlica graduada o un cable graduado, con un peso en su extremo.Segn el tamao y las caractersticas geomtricas del canal, ser conveniente dividir laseccin en sub-secciones, tal como se ve en el Grafico 03. El nmero de subseccionesvara de acuerdo al ancho de la seccin y a la irregularidad del fondo. En corrientesmuy anchas y con profundidades uniformes, el nmero de sub-secciones pueden serpocas; caso contrario, cuando los tirantes son variables y la seccin no es homognea,se recomienda dividir en ms sub-secciones. Para realizar las subdivisiones de laseccin se debe considerar lo siguiente:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 19 20. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- El ancho de la subseccin no debe ser mayor a 1/15 1/20 del ancho total de la seccin. El caudal que pasa por cada subseccin no debe ser mayor al 10% del caudal total. La diferencia de velocidades en la profundidad no debe ser mayor del 20% comparada unas con otras.La medicin de las velocidades empleando el correntmetro se puede hacer de unaforma ms simple, para ello se debe colocar el molinete en puntos especficos de ladistribucin vertical de velocidades. Si las caractersticas del molinete y la altura deltirante lo permiten, el mtodo ms conveniente para calcular la velocidad mediaconsiste en promediar las mediciones hechas con el molinete a 0.2 y 0.8 del tirante(Mtodo de 2 puntos), tal como se ve en el Grafico N 04:Grafico N 04: Seccin Transversal indicando la Velocidades y reas de las Sub-secciones, Mtodo de 2 Puntos.Si no es posible realizar mediciones en dos puntos sobre la profundidad del tirante,porque ste es demasiado pequeo, se recomienda tomar la lectura del molinete a unaprofundidad de 0.6 veces el tirante, contados a partir de la superficie libre del agua. Elproblema de este tipo de mediciones es que la velocidad media obtenida es mayor a lavelocidad real y por lo tanto el caudal es tambin mayor al real.Cuando la distribucin de las velocidades sobre el eje vertical es irregular, serecomienda tomar no menos de tres mediciones en la vertical. En este caso lavelocidad media es igual al promedio de las velocidades medidas a 0.2, 0.6 y 0.8 vecesel tirante, contados a partir de la superficie del agua.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 20 21. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Una vez dividida la seccin transversal en sub-secciones, y habiendo indicado laforma de calcular la velocidad media en cada sub-seccin, el caudal que pasa por laseccin ser igual a la suma de los caudales que pasan por cada sub-seccin, la cual sepuede escribir: Q = A1V1 + A2V2 +.+ AnVnDonde:Q: caudal que pasa por la seccin en (m3/s).A1, A2, An : rea de la sub-seccin 1,2 y n respectivamente, (m2)V1, V2, Vn : velocidad en la sub-seccin 1,2 y n respectivamente, (m/s)Grafico N05: Formato para hacer los aforos 2.1.5. Permeabilidad del sueloLa permeabilidad del suelo es la propiedad del sistema poroso del suelo que permiteque fluyan los lquidos. Normalmente, el tamao de los poros y su conectividaddeterminan si el suelo posee una alta o baja permeabilidad. El agua podr fluirfcilmente a travs de un suelo de poros grandes con una buena conectividad entreellos. Los poros pequeos como el mismo grado de conectividad tendran una bajapermeabilidad, ya que el agua fluira a travs del suelo ms lentamente. Es posibletener cero permeabilidad (ausencia de flujo) en un suelo de alta porosidad si los porosestn aislados (no conectados). Tambin es posible tener permeabilidad cero si losporos son muy pequeos, como en el caso de la arcilla.Se puede calcular con la siguiente relacin:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 21 22. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Permeabilidad = Caudal /rea mojada (Lit. /Da /m2)Grafico N06: Formato para el clculo de la Eficiencia de Conduccin yPermeabilidad. 2.1.6. Diseo de Canales 2.1.6.1.Estudio TopogrficoReferido al trazo del canal que consiste en determinar el mejor recorrido del canal deacuerdo a criterios tcnicos y econmicos. El estudio topogrfico contempla: Estudio de Reconocimiento Estudios Preliminares Estudios Definitivos.a) Estudios de Reconocimiento Son las primeras investigaciones que se realizan de las tierras que son materia de estudio, mediante fotografas areas (Fotogrametra). Se recorre la zona, anotndose todos los detalles que influyen en la determinacin de un eje probable de trazo, determinndose el punto inicial y el punto final del canal. El objetivo es: Efectuar el reconocimiento del rea con condiciones adecuadas para riego tales como Topografa, suelos, recursos hidrulicos entre otros. El grado de precisin: Es bajo, y la poligonal puede ser abierta o cerrada. Planos: los planos deben tener un croquis con detalles de nombre de los cerros, ros, muros, caminos, pantanos, lagunas, cultivos, puentes y otros.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 22 23. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Se recomienda empezar el recorrido desde un punto cercano al rio y al can. Y seguir un itinerario que encierra toda el rea. Recursos a emplearse: Instrumental mnimo: Brjula, Podmetro, Eclmetro, Altmetro, GPS, Wincha, equipo de topografa, correntmetro y cmara fotogrfica. Personal Tcnico Administrativo: la brigada de topografa o de reconocimiento debe estar conformada por: o Jefe de brigada (Gelogo, Hidrlogo, Agrcola, etc.) o Brigada de reconocimiento conformado por 01 topgrafo, 04 ayudantes mas logstica. o Movilidad, equipo de campaa entre otros. Aspectos a tener en cuenta: o El reconocimiento en lo posible debe coincidir con elreconocimiento geolgico. o Debe estar en estrecha relacin con el reconocimientohidrolgico. o En proyectos pequeos el jefe de brigada debe estar en lacapacidad de efectuar aspectos geolgicos y de aforos en ellugar.b) Estudios preliminares Grado de precisin alta basado en: o Control Altimtrico o Vertical: colocacin de BMs en el sitio dela toma y en el llano referido al nivel del mar. o Control Altimtrico uHorizontal: mediante red detriangulaciones Planos a escala 1:50,000c) Estudios definitivos Grado de precisin es de gran precisinBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 23 24. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- o Control Planimtrico: Triangulaciones trigonomtricas, equiposde alta precisin y observacin adecuada de procedimiento. o Control Altimtrico: nivelacin diferencial cerrada con errormximo admisible de e= 0.02 (k)0.5. El Plano Topogrfico debe contener representacin fisiogrfica del terreno utilizando una escala grande de 1:50 hasta 1:2000. El estudio definitivo est referido generalmente al levantamiento local del lugar de ubicacin de las estructuras principales de la franja de recorrido del canal de conduccin.d) Criterios generales para asumir el radio del canal: En el diseo de canales, el cambio brusco de direccin se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significa ningn ahorro de energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo. Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:Cuadro N01Radio mnimo en canales abiertos para Q > 10 m3/sCapacidad del canalRadio mnimoHasta 10 m3/s 3 * ancho de la base De 10 a 14 m3/s4 * ancho de la base De 14 a 17 m3/s5 * ancho de la base De 17 a 20 m3/s6 * ancho de la base De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la baseLos radios mnimos deben ser redondeados hasta el prximo metro superior Fuente: "International Institute For Land Reclamation And Improvement" ILRI, Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 24 25. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cuadro N02Radio mnimo en canales abiertos en funcin del espejo de aguaCANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJETipo RadioTipo Radio Sub canal4T Colector principal5T Lateral3T Colector5T Sub lateral3T Sub colector5TSiendo T el ancho superior del espejo de aguaFuente: Salzgitter Consult GMBH "Planificacin de Canales, Zona Piloto Ferreafe" Tomo II/1- Proyecto Tinajones Chiclayo 1984.Cuadro N03Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/sCapacidad del canalRadio mnimo20 m3/s 100 m15 m3/s80 m10 m3/s60 m5 m3/s 20 m 31 m /s 10 m 30,5 m /s5mFuente: Ministerio de Agricultura y Alimentacin, Boletn Tcnico N- 7 "ConsideracionesGenerales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978. Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mnimo que ms se ajuste a nuestro criterio. Y podemos concluir. Cuando el PI esta cerca de un barranco el radio debe ser grande entre 50 a 100 m. En una zona plana el radio puede ser pequeo mayo o igual a 5 m. Si el ngulo es grande el radio puede ser pequeo o viceversa.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 25 26. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------e) Elemento de curva:PI 1 PT1 PC1 PI T ET Lc F Pc : Principio de curvaPc PTC/2C/2 PT : Principio de tangente PI : Punto de inflexion RR /2 /2 E: Externa F: Flecha T: Tangente O Lc : Longitud de curva desde Pc hasta PT. : Angulo de deflexion formado en el PI. (en radianes)T = R.Tg 2 LC = .R C = 2 R.Sen 2R E= R F = R.(1 Cos 2 )Cos 22.1.6.2. Diseo HidrulicoReferido a la seccin hidrulica ms eficiente. La cual es muy importante saber losiguiente:a. Diseo de secciones hidrulicasUn canal puede adoptar diferentes formas desde trapezoidal hasta rectangular(pasando por formas poligonales, parablicas, semicirculares, etc.).Los canales en zonas de montaa se construyen generalmente de formastrapezoidales y rectangulares, los primeros en suelos con menor estabilidadrelativa y los segundos en suelos con mayor estabilidad relativa o en suelosrocosos.Un canal trapezoidal es caracterizado por la siguiente relacin hidrulica obtenidode la siguiente grafica:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 26 27. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------BB: Espejo de aguaBLB: Base o plantillaY: Tirante1 1YZ ZBL : Borde libreZ: Talud b ejerea de seccin hmeda: A = b.Y + z.Y 2Espejo de agua: B = b + 2.z.YPermetro mojado:P = b + 2.Y . 1 + z 2Radio hidrulico:AR= PRelacin de rea mnima :(Amin = Y 2 2. 1 + z 2 z)Relacin de mxima eficiencia hidrulica : b Y ( = 2 1+ z2 z)Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la mismarea y pendiente conduce el mayor caudal, sta condicin est referida a unpermetro hmedo mnimo.De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde el ngulo aque forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquier seccin demxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2No siempre se puede disear de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final seimponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseo propio paracada situacin.Para el diseo de secciones Hidrulicas se debe tener en cuenta ciertos factores,tales como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad,velocidad mxima y mnima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.La ecuacin ms utilizada es la de Manning, y su expresin es:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 27 28. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Donde: Q = Caudal (m3/s) n = RugosidadA = rea (m2) R = Radio hidrulicoS = Pendiente del canal Cuadro N07 Relaciones geomtricas de las secciones ms frecuentes Fuente: Villn Bjar, Mximo; Hidrulica de canales, Depto. De Ingeniera Agrcola Instituto Tecnolgico de Costa Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981.b. Rugosidad (n)Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo,vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radio hidrulico y obstrucciones enel canal, generalmente cuando se disea canales en tierra se supone que el canalest recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valorde rugosidad inicialmente asumido difcilmente se conservar con el tiempo, loque quiere decir que en la prctica constantemente se har frente a un continuocambio de la rugosidad. La siguiente tabla nos da valores de "n" estimados.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 28 29. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cuadro N08Valores de rugosidad n de ManningnSuperficie0.010 - 0.013 Muy lisa, vidrio, plstico, cobre.0.011 a 0.016 Concreto0.013 Madera suave, metal, concreto frotachado.0.017 Canales de tierra en buenas condiciones.0.020 Canales naturales de tierra, libres de vegetacin.Canales naturales con alguna vegetacin y piedras0.025esparcidas en el fondo0.035 Canales naturales con abundante vegetacin.0.040 Arroyos de montaa con muchas piedras. Fuente: BUREAU OF RECLAMATION; Normas tcnicas complementarias para el diseo y ejecucin de obras e instalaciones hidrulicas.c. Pendiente (S)La pendiente o desnivel depende del tipo de suelo, puede ser mayor en suelosgravosos que en suelos arenosos. La pendiente se expresa como una diferencia dealtura por cada 1.000 metros de longitud. Por ejemplo una pendiente de 1/1000(uno por mil) significa que el fondo del canal baja 1 metro en 1000 metros derecorrido. Generalmente la pendiente en canales se considera entre 0.1% a 0.5%.Excesiva pendiente, aumenta la velocidad del agua y erosiona el fondo del canal.Poca pendiente, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra enel fondo.Si el terreno tiene mucha pendiente, se debe construir cadas verticales oinclinadas, gradas con sus respectivas pozas de disipacin. As se disminuye lavelocidad del agua y no erosiona el canal.d. Borde libre (Bl)No existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el clculodel borde libre, debido a que la fluctuacin de la superficie del agua en un canal,se puede originar por causas incontrolables.Segn el BUREAU OF RECLAMATION el borde libre para caudales menores a2.0 m3/s se calcula con la siguiente relacin.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 29 30. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bl = 0.30 + 0.0037.V3.Y1/2Otro criterio de clculo prctico del borde libre es la tercera parte del tirantenormal del canal.En los cuadros siguientes tenemos otros criterios: Cuadro N04 Borde libre en funcin del caudal GASTO REVESTIDO SIN REVESTIR(m3/s)(Cm)(Cm) 0.05 7.50 10.000.05 0.25 10.0020.000.25 0.50 20.0040.00 0.50 1.00 25.0050.00>1.00 30.0060.00 Secretaria de Recursos hidrulicos de Mxico, citado Agricultura (10) Pg. 2. Cuadro N05 Borde libre en funcin de la plantilla del canalAncho de la plantilla Borde libre (m) (m) Hasta 0.8 0.40.8 1.50.51.5 3.00.63.0 20.0 1.0 Fuente: Villn Bjar, Mximo; Hidrulica de canales, Depto. De Ingeniera Agrcola Instituto Tecnolgico de Costa Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981.e. Velocidades permisibleLa velocidad en los canales revestidos no deber ser menor de 0.6 m/s con el finde evitar el desarrollo de vegetacin y el depsito de sedimentos en el canal. Lavelocidad mxima no deber ser mayor del 80% de la velocidad crtica de laseccin, ni de los valores que se presentan en el siguiente cuadro, para distintosmateriales de revestimiento.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 30 31. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Cuadro N06 Velocidades mximas permisibles en canales revestidos Tipo y resistencia de Velocidad mximarevestimiento(m/s) Mampostera de tabique 1.4Concreto 210 kg/cm2 7.4Concreto 170 kg/cm2 6.6Concreto 130 kg/cm2 5.8Concreto 110 kg/cm2 4.4 Concreto 90 kg/cm2 2.8 Fuente: BUREAU OF RECLAMATION; Normas tcnicas complementarias para el diseo y ejecucin de obras e instalaciones hidrulicas.f. RevestimientoEl revestimiento del canal nos ayuda a: Evitar la erosin del material Disminuye las perdidas por filtracin Disminuye las labores de mantenimiento Disminuye la rugosidad, por ende aumenta la velocidad del flujo y disminuyeel tirante.En cuanto a los tipos de revestimiento lo ms comn es de Concreto yMampostera de piedra. Cuyos espesores varan entre e=5.0 cm. a 20 cm. Paracanales rectangulares los espesores son mayores que para los trapezoidales.Las resistencias de los concretos ms comunes para el revestimiento son:Fc=100 kg/cm2 para solados, Fc=175 kg/cm2 y Fc=210 kg/cm2 para concretoarmado.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 31 32. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Concreto Fc=210kg/cm2 Concreto Fc=175kg/cm2 Mampostera de piedra Grafico N 07: Secciones de canales con diferentes tipos de revestimientosg. Juntas en canales de concretoEl concreto se expande y contrae con los cambios de humedad y temperatura. Latendencia general es a contraerse y este causa el agrietamiento a edad temprana.Las grietas irregulares son feas y difciles de manejar, pero generalmente noafectan la integridad del concreto. Las juntas son simplemente grietas planificadaspreviamente, que pueden ser creados mediante moldes, herramientas, aserrado ycon la colocacin de formadores de juntas.Algunas formas de juntas son:Juntas de Construccin.- No son juntas de movimiento, se usan para facilitar laconstruccin, se originan por diferentes bloques de vaciado de concreto, por logeneral deben coincidir con los otros tipos de juntas, se recomienda ubicarlas en lazona del cortante mnimo.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 32 33. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Juntas de Contraccin.- Son juntas planas que sirven para prevenir las fisuras(agrietamientos) por disminucin del volumen de concreto esfuerzos decontraccin. Normalmente se proyecta cada 3.0 a 3.5 m. Junta transversalGrafico N 08: Detalle de Junta de contraccinRelleno.- Permite la compresin, se puede usar corchos, neopreno, jebe, cauchoen espuma, asfalto, etc.Las juntas asflticas son obsoletas, se recomienda usar un sellador con materialelastomerico de Polyuretano, por ejemplo DYNATRED.Juntas de Dilatacin.- Son juntas de expansin, se colocan en canales deconcreto y en estructuras de concreto armado tales como obras de arte que separanla estructura del canal. En el Per no se tiene ninguna norma especfica para usaro no usar en la construccin de canales, pero normalmente se usa especficamenteen proyectos realizados por el Programa Su sectorial de Irrigacin (PSI) y otros. El espaciamiento entre juntas para canales est entre los 14 m a 30 m. Para muros se colocan entre 10 m a 15 m. Las juntas de dilatacin con Wter Stop (W. S.) se emplean en muros oestructuras de concreto armado, pueden ser de jebe y PVC. Juntas de Jebe.- Permiten mayor movimiento de juntas, es para medioshmedos.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 33 34. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Juntas de PVC.- permite un movimiento menor a las de Jebe, son sensiblesa la luz y al secado por lo que usan en lugares oscuros como stanos. Grafico N 09: Detalle de Junta de dilatacin 2.2 OBRAS DE ARTE 2.2.1. Cada VerticalLas cadas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuarcambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otroinferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua saltelibremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimientode tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan.La finalidad de una cada es conducir agua desde una elevacin alta hasta unaelevacin baja y disipar la energa generada por esta diferencia de niveles. Ladiferencia de nivel en forma de una cada se introduce cuando sea necesario de reducirla pendiente de un canal.Una cada vertical consta de las siguientes partes:Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 34 35. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Transicin a la entrada, que une por medio de un estrechamiento progresivo la seccin del canal superior con la seccin de control.Seccin de control, es la seccin correspondiente al punto donde se inicia la cada, cercano a este punto se presentan las condiciones crticas.Muro Vertical, la cual es de seccin rectangular y puede ser vertical o inclinada.Poza o colchn amortiguador, es de seccin rectangular, siendo su funcin la de absorber la energa cintica del agua al pie de la cada.Transicin de salida, une la poza de disipacin con el canal aguas abajo. Fig. N 03: Vista de una cada verticalSeccion de Control Canal de IngresoMuro Vertical Canal de SalidaTransision de EntradaColchn AmortiguadorTransicion de Salida Grafico N 10: Partes de una cada verticalBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 35 36. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Grafico N 11: Perfil longitudinal de una cada verticalPara desniveles 4.5m se usan cadas y para mayores a 4.5m se usan rpidas. Lascadas de hasta 1 m se recomienda que sean verticales y esta sern sin obstculos.Procedimiento de diseo:i. Datos: Canal aguas arriba Canal aguas abajoii.Calculo del ancho de cada, tirante y velocidad en la seccin de control: Ancho de caida (b): se calcularan con las siguientes relaciones 18.78.Q 0.5 Q b= b=10.11 + Q 0.5 1.48.E 1.5 E: energa especifica Q: caudalg: gravedad Descarga unitaria (q):Q q= bq2YC = 3 Tirante critico (Yc):g Q Velocidad critica (Vc):VC =YC .b iii.Diseo de la transicin de entrada: Longitud de la transicin (L): T1 T2L=2.Tg T1 : espejo de agua en el canal T2 : espejo de agua en la pozaBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 36 37. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- : ngulo que forman los espejos de agua, se asumen 12.5, (para cuando las prdidas de energa deben reducirse al mnimo tales como Retenciones y otros), 22.5 o 25 (para estructuras donde se puede perder energa, tales como cadas, rpidas, etc. Resultan transiciones ms cortas). iv. Diseo de la Cada Vertical sin obstculos: Z= altura de la pared vertical en la cada q= Q/b caudal unitario por unidad de ancho bp= ancho de la poza de amortiguacin D = (Yc/Z)3 Numero de cada D = q2/(g. Z3) v.Geometra de la Cada Vertical: LD= 4.30.D0.27. Z YP= 1.00.D0.22. Z Y1= 0.54.D0.425. ZLuego V1 = Q/b.Y10.27 Y2= 1.66.D . ZLuego V2 = Q/ b.Y2 Lj= 5. (Y2-Y1) LP= Lj + LD LR= 1/3.Y2 L = LP + LR vi. Profundidad del colchn disipador hcd = Y2 - Yn vii.Diseo de la transicin de salida, similar a la transicin de entradaviii.Longitud total de la estructura = LTE + L + LTS, que es la suma de las longitudes de transicin de entrada, poza y transicin de salida. ix. Calculo de ventilacin: Qaire = 0.1q/(YP/Yn)1.5.b (m3/s) caudal total de aire. x.Comparando las energas respecto al nivel de referencia lnea BC: HA = h + Yn1 + V2/2g HB = Y1 + V12/2g HC = Y2 + V22/2gBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 37 38. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- HD = hcd + Yn + V2/2gFinalmente se debe cumplir que: HA > HB > HC < HD, la energa en el punto A debeser mayor que en B, este mayor que la energa en el punto C y este menor que en elpunto D. 2.2.2. Aforador ParshallEn general, la ubicacin de la estructura debe ser slo en tramos rectos donde el flujosea estable y uniforme, la pendiente del fondo del canal suave, sin curvas ni oleaje. Fig. N 04: Vista de un Aforador Parshall y poza de medicin 2.2.2.1.Mediciones HidrulicasLa evaluacin de los canales desde la parte hidrulica ha sido necesaria paraobtener los parmetros geomtricos de la seccin del canal, caractersticas delcauce, conformacin del lecho, coeficiente de resistencia al flujo, etc., pararealizar el diseo de las estructuras de medicin.El resumen de los datos obtenidos se muestra en el Cuadro N 10. 2.2.2.2.Diseo HidrulicoEl PARSHALL se compone de tres partes bsicas que son: La entrada, la gargantay la Salida, Grafico N 12.La entrada est formada por dos muros convergente de inclinacin 4:1; lagarganta est constituida por dos paredes verticales y paralelas entre s y la salidaformada por dos paredes divergentes de inclinacin 6:1.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 38 39. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------En cuanto al perfil longitudinal del piso es horizontal en toda la entrada hasta lacresta, descendiendo en la garganta y elevndose en la salida, muchas de estasmedidas son estndar para medidores entre 1 pie a 8 pies, que son los ms usualesdentro de los canales de un Distrito de Riego.Los medidores se designan por el ancho de la garganta en pies (w). Adems de ladescripcin bsica anotada, el Medidor PARSHALL cuenta con dos mirasgraduadas a y b; colocada la primera a los 2/3 del muro de entrada contados apartir de la cresta o comienzo de la garganta y la otra b colocada entre lagarganta y la salida; ntese que la graduacin de esta segunda tiene los mismosniveles que la primera; siendo la cota 0 el nivel de la entrada.La mira b, se usa nicamente para descargas cuando el medidor est sumergido.Se puede tambin dotar de pozas de observacin para la colocacin delimngrafos.Grafico N 12AFORADOR PARSHALLBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 39 40. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2.2.3.FuncionamientoEl medidor Parshall es un medidor de volmenes de agua, cuyos murosconvergentes guan suavemente los filetes lquidos hacia la cresta, que es laseccin de control en la cual, debido al cambio brusco en la pendiente del piso, elagua descarga a la altura crtica cuando el escurrimiento es libre. El medidorParshall funciona en dos casos que son: Escurrimiento libre y Escurrimientosumergido o ahogado.Cuando el escurrimiento es libre, el agua aguas abajo de la estructura, noobstaculiza a la descarga por la garganta y en caso contrario se tiene escurrimientosumergido o ahogado.a. Escurrimiento Libre. Este puede suceder de dos maneras: 1.Sin produccin de salto hidrulico. Este caso se presenta cuando el tirante aguas abajo del medidor es muy pequeo en relacin al nivel de la cresta del medidor; fsicamente se manifiesta con una circulacin libre del agua en el medidor, sin producir ningn desorden o cambio brusco del tirante del agua (salto hidrulico). 2.Con produccin de salto hidrulico. Este caso se presenta cuando el tirante aguas abajo del medidor, es lo 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 produciendo el salto hidrulico. El escurrimiento es libre siempre y cuando el salto hidrulico se produzca fuera de la garganta del medidor.b. Escurrimiento Sumergido. Ocurre cuando el caudal de aguas abajo obstaculiza la descarga por la garganta, en este caso Hb difiere poco de Ha, por lo tanto el caudal es funcin de las dos cargas: Ha y Hb. Cuando la mira b no marca altura de agua, la descarga es libre.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 40 41. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------c. Grado de sumersin. La relacin S=Hb/Ha, se llama grado de sumersin y se representa en tanto por uno. Este parmetro determina si en un momento dado el medidor trabaja con descarga libre o sumergida, Ha es la altura de carga en la entrada y Hb es la altura de carga en la garganta. Los valores lmites de descarga libre estn determinadas en el Cuadro N 09.Cuadro N 09 Lmites de Descarga Libre del Aforador ParshallTamao del MedidorDescarga LibreDescarga con SumersinW = 1S < 0.60 S de 0.60 a 0.952 < W < 8 S < 0.70 S de 0.70 a 0.9510 < W < 50 S < 0.80 S de 0.80 a 0.95 Las investigaciones de Parshall mostraron que, cuando el grado de sumersin (S) es mayor a 0.95, la determinacin del gasto se vuelve muy incierta, debiendo adoptarse el valor mximo de S igual a 0.95. 2.2.2.4.Calculo del GastoDesde el punto de vista de operacin es recomendable que el medidor trabaje condescarga libre para el gasto mximo.Las ecuaciones para obtener el gasto a descarga libre se dan en el Cuadro N 10.Cuadro N 10Ecuaciones de Gasto del Aforador Parshall para Descarga LibreTamao del Ecuacin de GastoEcuacin de Gasto Medidor(Sistema Ingles)(Sistema Mtrico) W = 0.5 pies W = 0.15 mQ = 2.06 H a.581 Q = 0.3812 H a.581 W = 1 a 8 pies0.026 W = 0.30 a 2.50 Q=4W H 1.522 W 0.026 Q = 0.372 W ( 3.281H a )1.57 Wa m W = 10 a 50 pies W =2.5 a 15.0 m Q = (3.6875 W + 2.5) H a.61 Q = (2.293 W + 0.474) H a.6 1Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 41 42. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2.2.5.Criterios de SeleccinLos criterios bsicos para seleccionar un Medidor Parshall son cinco:1 Caudal de medicin. Es necesario conocer los Caudales mximo y mnimo que conduce el canal, los mismos sirven para seleccionar el ancho de la garganta del medidor como una primera aproximacin. En el Cuadro N 09 y Grfico N 13, se dan las capacidades de los medidores Parshall.Grafico N 13 Como se muestra en el Cuadro N 10, para determinados de caudales se tiene usualmente ms de un medidor que cumplen los requisitos en cuanto a su capacidad de medicin. En este caso se puede evaluar y elegir cualquiera de ellos siempre en cuando cumplan las dems condiciones.Cuadro N 11Capacidad de los Medidores ParshallAncho de Volumen (l/s) CrestaW (pies) MximoMnimo 1 450 10 2 930 20 31430 27 41900 35 52400 60 62930 75 83950130 10 5680540 1517000540 5085000700Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 42 43. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2 Dimensiones del Canal. El ancho del canal usualmente determina el ancho de la garganta del medidor Parshall. Para canales rectangulares el ancho de la garganta recomendable debe variar entre 1/3 a 1/2 del ancho del canal. Para canales trapezoidales se recomienda un ancho (w) igual a 2/3 del ancho del fondo del canal. La altura total del canal no influye en el dimensionamiento del medidor, sin embargo, si el medidor tiene un Ha mayor que la altura del canal, es necesario sobre elevar los bordes de ste ltimo. Mientras menor sea el ancho del medidor, mayor ser la prdida de carga que ste origina y por lo tanto el aumento del tirante aguas arriba, y mientras mayor sea el ancho del medidor la medicin ser ms imprecisa para variaciones pequeas de gasto.3 Pendiente del Canal. Como la pendiente tiene influencia directa en el tirante del canal, tendr a su vez influencia en el diseo del medidor. Dentro de los lmites de pendiente en funcin del gasto es recomendable que los medidores Parshall estn ubicados en tramos con pendientes medias, ni poco que produzca gran remanso y sedimentacin en el ingreso, ni muy altas que generen problemas de erosin de las estructuras. La pendiente debe ser menor a la pendiente crtica.4 Ubicacin del Medidor. La colocacin de los medidores debe estar en tramos rectos, donde el flujo sea estable y/o ms uniforme posible. Es conveniente combinar el medidor con una cada, por que el medidor trabajar libre y podremos elegir un medidor de menor garganta y por lo tanto ms econmico.5 Costo. Para seleccionar un Parshall se debe considerar el costo y por lo tanto el criterio es escoger el medidor de menor garganta siempre y cuando tenga condiciones hidrulicas apropiadas.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 43 44. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2.2.6.Eleccin del Medidor ParshallLa eleccin del medidor se hace en base a tanteos, escogiendo un ancho degarganta y comprobando las condiciones hidrulicas, y para lo cual es necesarioconocer los siguientes datos:- Gasto mximo y mnimo.- Tirante para el gasto mximo.- Sumersin (recomendada 0.7 para 1 a 8)El clculo del gasto mximo y su correspondiente tirante se obtuvo por mtodosanalticos empleando el programa Hcanales, conociendo previamente lapendiente, la rugosidad y caractersticas de la seccin transversal.A continuacin se detallan los pasos que fueron seguidos para el diseo delmedidor Parshall.a. Eleccin del Ancho de la Garganta. En base a los caudales mximos y mnimos del canal por medir, se seleccionarn los anchos de garganta que cumplen dichos requisitos; una primera seleccin se hizo aplicando el criterio expuesto en Dimensiones del Canal segn sea rectangular o trapezoidal.b. Clculo de la Prdida de Carga. La prdida de carga producida por el Parshall, origina un remanso aguas arriba del medidor, el cual es necesario calcular para verificar los bordes libres del canal. La ecuacin emprica para medidores de 10 a 50 es la siguiente: 5.072 p=(1 S ) 0.72 Q 0.67(H.1)( w + 4.57) 1.46 Mientras para medidores Parshall de 1 a 8 se emplean los nomogramas del Grfico N 14, que se adjunta, considerando un grado de sumersin mximo del 70%.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 44 45. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Grfico N 14Grfico N 15Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 45 46. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------c. Nivel de la Cresta. Empleando las hojas de clculo para cada medidor, se busca en la columna de la sumersin adoptada el volumen mximo para el que se est calculando el medidor y se sale con la altura Ha correspondiente a dicha columna, ese valor se usa para encontrar Hb a base de la relacin:S = Hb/Ha.(H.2) Donde la sumersin se da en tanto por uno. La altura de la cresta sobre el fondo del canal se designa con x la cual se obtiene de la siguiente manera:x = d-Hb. (H.3) Donde d es el tirante normal del canal y Hb es el obtenido en el clculo anterior. Como adems de la prdida de carga obtenida en estos clculos hay otras como las producidas por las transiciones de entrada y salida, se recomienda un incremento del 10 % sobre el dato anterior obtenido, luego se tiene:x = 1.1(d Hb ) (H.4)d. Remanso Aguas Arriba. Con el tirante d y la prdida de carga p, sumando se obtiene el tirante aguas arriba D del medidor para cada ancho w tentativo. Evaluando los tirantes D, con las condiciones a la que se quiere llegar, se elige el medidor ms apropiado, generalmente el medidor que remanse menos, siempre en cuando no sea muy ancho que dificulte las lecturas para gastos pequeos.e. Eleccin Definitiva del Medidor. El diseo del medidor Parshall termina con el clculo de la cresta. Las comprobaciones del tirante aguas arriba sirven para evaluar si la altura del borde libre del canal es suficiente para contener el remanso producido por elBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 46 47. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- medidor, pudindose en caso contrario sobre elevar los bordes libres o elegir un medidor con mayor ancho de garganta. Los medidores Parshall de 1 a 8 tienen una serie de medidas estndar segn el Cuadro N 12 y 13. Cuadro N 12Cuadro N 13Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 47 48. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Procedimiento de diseo:i. Datos: Canal aguas arriba Canal aguas abajoii. Eleccin del ancho de garganta: Se aproxima con las siguientes relaciones y se ajusta a las opciones de los cuadros anteriores 4.4 y 4.5. Canal trapezoidal 2/3 T Canal rectangular de 1/3 a 1/2 T Donde T: espejo de agua del canal.iii. Condiciones de sumergencia: Flujo libre S = Ha/Hb 70%iv. Formula de calibracin: Q = KH au Donde: K y u = son factores que dependen del ancho de la gargantav. Determinacin de Ha y Hb: Ha es la altura de carga en la entrada y Hb es la altura de carga en la garganta. Ha: se determina con la ecuacin de calibracin. Hb: se calcula con la condicin de sumergencia.vi. Determinacin de la perdida de carga (Pc):5.072(1 S ) .Q 0.670.72 PC =, para medidores W = 3 a 15 m. (W + 4.57 )1.46 Para medidores W < 2.5m se utiliza nomograma vii. Verificacin del nuevo tirante aguas arriba del Parshall = Yn + PcBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 48 49. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- viii. Con el ancho de garganta se realiza las dimensiones normalizadas del aforador con el cuadro 4.4.ix. Calculo de las transiciones Transicin de entrada: M = se obtiene del cuadro 4.4 Transicin de salida: T C L= 2.Tg T = tirante del canal aguas abajo C = ancho del medidor de salida obtenida del cuadro 4.4. El desnivel de la rampa a la entrada ser de acuerdo a la siguiente relacin 1:4.x. Finalmente se calculara la Curva de Calibracin en funcin de Q(m3/s) y Ha (m). 2.2.3. Pasarela PeatonalEl establecimiento de una red de Riego trae consigo la planificacin paralela decaminos para el trnsito peatonal.Los caminos para que tengan continuidad en su recorrido deben cruzar canales deriego.Pasarela peatonal Fig. N 05: Vista de una pasarela peatonalBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 49 50. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Para Canal trapezoidal:Grafico N 16Para Canal rectangular:Grafico N 17 2.2.4. Tomas LateralesSon estructuras que sirven para captar y derivar el agua de una fuente superficial elcanal principal, y es conducido a travs de otro canal secundarioToma Lateral Grafico N 18: Vista de planta y seccin de una Toma ParcelariaBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 50 51. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Procedimiento de diseo: Se calcula mediante la siguiente frmula matemtica: Caudal de descarga: Q = CC .B.Z . 2.g . y Velocidad de descarga: V = Q/ A Cc: coeficiente de contraccin varia en el rango de 0.55 0.61 g: aceleracin de gravedad (m/s2) Y: tirante del flujo, aguas arriba de la compuerta (m) Z: altura de la compuerta (m) b: ancho de la compuerta (m) A: rea de apertura (m2) 2.2.5. Sifn Invertido 2.2.5.1.Aspectos GeneralesEs un conducto cerrado a presin, que sirve para superar obstculos como,quebradas, ros, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de tnelessubterrneos (metros), etc. Siempre que sea posible se debe evitar el uso deSifones Invertidos por los grandes inconvenientes que representa su conservaciny mantenimiento, sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manerael problema de paso de depresiones.Consideraciones econmicas determinan la factibilidad de hacer un sifn, sinembargo que para caudales mayores a 2 m3/s es ms econmico usar sifn en vezde acueducto. Fig. N 06: Vista del ingreso de un sifn aun sin terminar.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 51 52. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Transicion de entrada 2V1/2g Transicion de salida 2 Y1 Rejilla de emergencia V4/2gY41Conducto 243 Grafico N 19: Perfil longitudinal de un sifn. 2.2.5.2.Tipos de sifonesLos principales tipos de sifones son los que se indican a continuacin.a) Ramas oblicuasb) pozo verticalc) ramas verticalesd) con cmaras de limpiezaTipo a) Se emplea para cruces de obstculos para lo que se cuenta con suficientedesarrollo, y en terrenos que no presentan grandes dificultades de ejecucin.Tipos b y c) con una o dos ramas verticales son preferidos para emplazamientosde poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas. Suscaractersticas de fcil limpieza y reducido espacio, los hacen muy aconsejables.Tipo d) Con cmaras de limpieza, tiene su aplicacin en obras de cruce de vassubterrneas (metros).El sifn invertido es una obra de costo relativamente elevado y presentadificultades de limpieza y desobstruccin, razn por la cual debe ser utilizadosolamente despus de un estudio comparativo con otras alternativas.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 52 53. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2.5.3.Hidrulica del sifnEl sifn invertido, presenta aproximadamente una forma de U interconectada condos cmaras. En su entrada existe una cmara cuya funcin es orientar el flujohacia el sifn propiamente dicho y a su salida otra cmara que permite guiar elflujo efluente hacia el colector aguas abajo. Entre estas cmaras, el escurrimientose produce por gravedad, en conducto forzado (a presin), siendo por lo tanto elnivel de agua en la cmara de entrada superior al de la cmara de salida.Muy importante ser determinar las dimensiones del ducto y estas dependen delcaudal que deba pasar y de la velocidad que se pueda dar. Se considera unavelocidad conveniente en el barril o tubera de 2.50 3.50 m/s que nos evita eldepsito de azolves (lodos o basura) en el fondo del conducto y que esta no puedaproducir erosin en el material del conducto.La conexin entre las dos cmaras, lo que constituye el sifn propiamente dicho,puede ser a travs de dos o ms conductos. Los conceptos hidrulicos aplicables,son por tanto, aquellos que corresponden a conductos forzados con prdida decarga igual a la diferencia de niveles entre la entrada y la salida. Para losclculos de prdidas de carga distribuida, se recomienda el uso de la frmulauniversal con el coeficiente de rugosidad uniforme equivalente K = 2 mm. Si seutiliza la formula de ASEN WILLIAMS se recomienda utilizar el coeficiente C =100. Para la frmula de MANNING, se recomienda el valor de n = 0,015. 2.2.5.4.Perdidas de cargaLas principales prdidas de carga que se presentan son: Prdidas por transicin de entrada y salida Prdidas en la rejilla Prdidas de entrada al conducto Prdidas por friccin en el conducto o barril Prdidas por cambio de direccin o codos Prdidas por vlvulas de limpiezaPara el clculo de prdidas de carga localizadas (singulares) se utilizan lassiguientes expresiones.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 53 54. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------a. Prdidas de carga por transicin de entrada y salida2 2 Perdida por transicin de entrada: v 2 v1h1e = 0.12g 2 2v3 v 4 Perdida por transicin de salida : h1s = 0.2 2g V1 = Velocidad en la seccin 1 de transicin o canal de ingreso. V2 = Velocidad en la seccin 2 de transicin. V3 = Velocidad en la seccin 3 de transicin. V4 = Velocidad en la seccin 4 de transicin o canal de salida.b. Prdidas por rejillas Cuando la estructura consta de bastidores de barrotes y rejillas para el paso del agua, las prdidas originadas se calculan con: 2 v h2 = K n2gDonde:2 A A K = 1.45 0.45 n n A A g g K = coeficiente de perdida en la rejilla An = rea neta de paso entre rejillas Ag = rea bruta de la estructura y suGrafico N 20: Rejilla metlicasoporte dentro del rea hidrulica Vn = Velocidad a travs del rea neta de la rejilla dentro del rea hidrulica.c. Prdidas de carga por entrada al conducto v2h3 = K e 2g V = Velocidad del agua en el barril Ke = coeficiente que depende de la forma de entrada, para entrada con arista ligeramente redondeada Ke = 0.23.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 54 55. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------d. Prdidas por friccin en el conducto La formula muy empleada para determinar la prdida por friccin es la de Manning:21 21 3 2 V V =.r .s h f = 2n 3 .L /n r n = coeficiente de rugosidad S = Perdida por friccin V = Velocidad del agua en el conducto r = Radio hidrulico L = Longitud total del conducto. Para conducto circular r = d/4 Tambin es usada la de Darcy Weisbach:Esta frmula solo es aplicada para conductos circulares y se estima que esms precisa para dimetros pequeos. L V2hf = f D 2gf = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo y del numero deReynolds.L = Longitud de la tubera D = Dimetro de la tuberaV = Velocidad del agua en el conducto. Tambin es muy usada la formula de Hazzen Williams.e. Prdidas de carga por cambios de direccin o codos Una formula muy empleada es: V2hcd = K c90 2 g = ngulo de deflexin Kc = coeficiente para codos comunes = 0.25f. Prdidas por vlvula de limpieza Esta prdida existe aun cuando una de las partes este cerrada por la vlvula, ya que se forman turbulencia dentro de la tubera, pero en vista de que se considera muy pequea y no se ha podido evaluar se desprecia.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 55 56. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- En resumen: Las prdidas totales h ser la suma de todas las prdidas anteriores. Y la carga hidrulica es: H = la diferencia de energas entre el ingreso y salida del sifn. Siempre debe cumplirse que la carga hidrulica debe ser superior a las prdidas totales H > h. Grafico N 21: Esquema de las prdidas a lo largo del sifn 2.2.5.5.VelocidadesPara obtener una buena auto-limpieza en el sifn, el objetivo fundamental de unproyecto consiste en garantizar una condicin de escurrimiento tal, que por lomenos una vez por da propicie la auto-limpieza de las tuberas a lo largo delperodo de proyecto. Para esto, es necesaria la determinacin minuciosa de loscaudales de Aguas Residuales afluentes al sifn.Para obtener una buena auto-limpieza en el sifn, la velocidad del lquido en suinterior, debe ser como mnima de 0,90 m/s, que adems de impedir lasedimentacin del material slido (arena) en la tubera, es capaz de remover yarrastrar la arena ya depositada.Si la velocidad igual a 0,90 m/s es capaz de arrastrar la arena sedimentada en latubera, la ocurrencia de valores de velocidad superiores a 0,90 m/s, por lo menosBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 56 57. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------una vez al da, con mayor razn producirn la auto-limpieza del sifn impidiendoas, la formacin de depsitos de material slido que puede obstruir la tubera.La imposicin de una velocidad mnima de 0,90 m/s recomendada por algunosautores para los caudales mnimos de Aguas Residuales no es un criterio adecuadode dimensionamiento y conduce a valores excesivos de prdidas de carga en elsifn para los caudales mximos. En muchos casos esta situacin puede obligar adesistir del uso de sifones invertidos.Un criterio de dimensionamiento, que est siendo adoptado con xito en Brasil, esel de garantizar una velocidad igual o superior a 0,60 m/s, para el caudal medio, alo largo de todo el perodo de Proyecto.Este criterio, da resultados prximos a aquellos obtenidos por el uso del criterioconsiderado racional de garantizar el auto limpieza con velocidad de 0,90 m/s parael caudal mximo de un da cualquiera. Esto ocurre porque ste caudal mximo deAguas Residuales es obtenido multiplicando el caudal medio (excepto el defiltracin) por el coeficiente de la hora de mayor contribucin, K2, quenormalmente es admitido igual a = 1,5.La velocidad mxima, es funcin de las caractersticas del material del sifn y dela carga disponible, de un modo general, la misma no debe ser mayor a 3,0 4,0m/s. 2.2.5.6.Dimetros mnimosConsiderando que para tuberas de menor dimensin es mayor la posibilidad deobstruccin, es recomendable que el dimetro mnimo del sifn tenga un valorsimilar al fijado para los colectores, esto es, 150 mm (6").Por tanto se recomienda un dimetro de 150 mm como dimetro mnimo. 2.2.5.7.Numero de tuberasEl sifn invertido deber tener, como mnimo dos lneas, a fin de hacer posible elaislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento, cuando sea necesariala ejecucin de reparaciones y/o desobstrucciones. Sin embargo es posible laconstruccin con una sola lnea y funciona bien.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 57 58. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------En el caso de existir grandes variaciones de caudal, el nmero de lneas debe serdeterminado convenientemente para garantizar el mantenimiento de la velocidadadecuada a lo largo del tiempo. 2.2.5.8.Cmaras visitablesEl sifn invertido debe ser proyectado con dos cmaras visitables, cmara deentrada y cmara de salida.Cmara de entradaLa cmara de entrada debe ser proyectada de manera de orientar el escurrimientohacia las tuberas que constituyen el sifn propiamente dicho, debe prever ademsdispositivos que permitan:a) El aislamiento de cualquiera de las lneas para su limpieza.b) El desvo del caudal afluente para cualquiera de las lneas, aisladamente o enconjunto con otra.c) El desvo o by - pass directamente para un curso de agua o galera.d) La entrada de un operador o equipos para desobstruccin o agotamiento.Los dispositivos para aislamiento de tuberas pueden ser compuertas de madera(agujas), que deslizan en ranuras apropiadas, o vertederos adecuadamentedispuestos para permitir la entrada en servicio de la nueva tubera despus dealcanzar el lmite de capacidad de la anterior.Generalmente han sido utilizadas compuertas que tienen la ventaja de poderdistribuir mejor los caudales, de modo de mantener siempre una velocidad mnimade auto limpieza; sin embargo, sta alternativa tiene la desventaja de requerir laentrada de personas en la cmara para efectuar la operacin de las compuertas.La utilizacin del vertedor lateral tiene la ventaja de evitar la entrada frecuente depersonas en la cmara, sin embargo ocasiona mayor prdida de carga, pues esconsiderado un obstculo sumergido, cuando el escurrimiento pasa sobre l.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 58 59. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cuando es utilizado el vertedor lateral, deben ser tomados los debidos cuidados enrelacin a las velocidades para atender las condiciones de auto-limpieza.Cmara de salidaDebe ser tambin adecuadamente proyectada de modo de permitir la inspeccin,el aislamiento y la limpieza de cualquier lnea del sifn. Las soleras de los tubosafluentes y de la tubera de salida quedarn rebajadas, en relacin a la tubera dellegada en la cmara de entrada, en 1/3 del valor correspondiente a la prdida decarga a lo largo del sifn, ms las prdidas localizadas.Las cmaras de Entrada y Salida deben ser proyectadas con dimensionesadecuadas, de modo que permitan el acceso y movimiento de personas y equipos,en forma cmoda durante las operaciones que se realicen en las mismas. 2.2.5.9.Vertedor de reboseExistiendo la posibilidad de ocurrencia de accidentes, roturas, obstrucciones etc.,que pueden interrumpir el funcionamiento del sifn, se requiere de dispositivos dedescarga.Si el sifn est destinado a atravesar un curso de agua, se puede prever una tuberao canal de descarga en la cmara de entrada, con una cota suficiente para ellanzamiento de las Aguas al ro. 2.2.5.10. MaterialesPueden ser utilizados tubos de hierro fundido dctil, concreto armado, acero yplstico sin embargo es ms frecuente el uso de hierro fundido dctil por sufacilidad de instalacin. ltimamente se viene utilizando tuberas de PVC tipoRibloc que es de fcil instalacin y que estn dando buenos resultados.En los casos en que el sifn es construido sobre lechos o cursos de agua, se debeverificar su peso o anclar las tuberas, para evitar su flotacin, condicin quepuede ocurrir durante el perodo de construccin o cuando el sifn es vaciado parareparaciones.Los tubos livianos generalmente llevan una envoltura de cemento para evitar laflotacin y su desplazamiento sirviendo adems esta envoltura para su proteccin.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 59 60. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2.5.11. Operacin y MantenimientoLos sifones exigen cuidados especiales sistemticos con la finalidad de evitarobstrucciones. Una de las principales preocupaciones relacionadas al uso de lossifones se refiere a la necesidad de desobstruccin de los mismos, particularmentecuando ocurre la acumulacin de slidos pesados, como piedras, que resisten elarrastre hidrulico, situacin que se traduce en la necesidad de utilizacin deequipos mecanizados de limpieza.Un equipo de limpieza de sifones bastante eficiente es la denominada Bucket-Machine. Este equipo est provisto de un motor, que es responsable delaccionamiento de una roldana que enrolla y desenrolla un cable de acero, quetiene en la extremidad un recipiente que se introduce por el interior de las tuberas,raspando la solera y recolectando el material sedimentado. Existen recipientes dedistintos tamaos y su eleccin depende del dimetro de las tuberas y tambin delas dimensiones de las cmaras de Entrada y Salida.Se recomienda la realizacin de inspecciones regulares, a travs de las cualespuedan ser previstas a tiempo la remocin de obstrucciones incipientes. Enpromedio, estas inspecciones deben ser realizadas una vez por mes.La limpieza puede ser efectuada por diversos procedimientos.a) Limpieza manual, utilizando raspadores con cables,b) Lavado con agua proveniente de camiones succin presinc) Retencin temporal del agua en el tramo aguas arriba del sifn, seguida de una apertura instantnea de la compuerta en la cmara de entrada.d) Descarga de fondo en el punto bajo del sifn si las condiciones locales lo permiten.Procedimiento de diseo:i.Datos: Canal aguas arriba Canal aguas abajo Longitud del conducto ngulos de deflexin.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 60 61. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ii. Calculo de la diferencia de cargas H: H = Cota 01 Cota 06iii. Calculo de las caractersticas hidrulicas de la tubera: V = Se asume una velocidad entre 1.5 a 3.0 m/s A = Q/V rea de la tubera1/2 D = (4Q/V) dimetro de la tubera Luego asumimos un dimetro comercial en Pulgadas. Re calcular D, A y Viv. Calculo de la longitud de la transicin de entrada y salida: Longitud de transicinT1 T2 L=2.Tg / 2 T1 = tirante del canal aguas arriba o abajo T2 = dimetro de la tubera. /2 = 12.5v. Calculo de las perdidas hidrulicas: Perdida de carga por transicin de entrada y salida: h1e = 0.10 (Vt2 - Vc2)/2g perdida por transicin de entrada h1e = 0.20 (Vt2 - Vc2)/2g perdida por transicin de salida Vt: velocidad de la tubera Vc: velocidad del canal aguas arriba y aguas abajo Perdida de carga por rejillas: h2 = KVn2/2g K = 1.45 0.45 (An/Ag) (An/Ag)2 coeficiente de perdidas por rejilla An = rea neta a travs de la rejilla Ag = rea de la tubera o rea bruta Se calcula el rea neta por metro cuadrado An Luego An = At .AnBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 61 62. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Vn = Q/An velocidad a travs del rea neta de la rejilla.Finalmente se calcula la perdida por entrada y salida de la rejilla = 2h2. Perdida de carga por entrada al conducto: h3 = KeV2/2g V = velocidad del agua en la tubera Ke = coeficiente que depende de la forma de entrada, para entrada ligeramente redondeada es 0.23. Perdida de carga por friccin en el conducto: h4 = SL = (V.n/0.397D2/3)2L Frmula de Manning n = 0.01 coeficiente de rugosidad de la tubera PVC S = perdida por friccin V = velocidad del agua en el conducto D = dimetro de la tubera L = longitud total del conducto. Perdida de carga por cambio de direccin o codos: h5 = Kc (/90)1/2V2/2g D = deflexin del cambio Kc = 0.25 coeficiente para codos comunes V = velocidad del agua en el conducto. Por lo tanto se determina la prdida total de carga h: h = h1e + h1s + 2h2 + h3 + h4 + h5 Luego verificando que H > h para que el diseo sea correcto y no habr problema hidrulico.Bach. Miquer Felipe Castillo Pardo 62 63. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Grafico N 22ESQUEMA DE UN SIFN INVERTIDOBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 63 64. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CAPITULO III: DESARROLLO DEL TEMA3.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL REA DEL PROYECTO 3.1.1. UbicacinEl Canal Palpa Alto es la principal infraestructura de riego de la Comisin deRegantes Palpa y se ubica en el departamento de Lima, provincia de Huaral, distritode Aucallama y Centro Poblado de Palpa. Hidrogrficamente corresponde al valle deChancay Huaral, que se encuentra situado en la parte media de la costa central delPer, aproximadamente a 85 km. al norte de la capital.El Sistema de Riego Palpa, se inicia en el ro Chancay, a la altura de la progresiva26+480 partiendo del litoral, en la cota 393.90 msnm aproximadamente.El acceso al tramo inicial del canal Palpa Alto se realiza desde la ciudad de Huaral,empleando la carretera afirmada que conduce al centro poblado Palpa y desde estalocalidad en direccin norte se accede a travs de un camino carrozable de 05 km.Vase el siguiente grafico.Grafico N 23: Esquema de la ubicacin del rea del proyectoBach. Miquer Felipe Castillo Pardo 64 65. Mejoramiento del Canal Palpa Alto en tramos crticos - Huaral-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.1.2. ClimatologaEl clima del rea del Proyecto, corresponde a un clima hmedo y templado, contemperaturas que tienen variaciones estacionales, presentndose dos perodos, uno deDiciembre a Abril con temperaturas promedio mensuales de 20C a 23C y elsegundo entre Mayo a Noviembre con promedios mensuales entre 16.5 C y 19C.La precipitacin en el rea del Proyecto es inferior a 100 mm anuales y la humedadpromedio mensual de 83%, con variaciones entre 78% y 87%.La Evapotranspiracin potencial es elevada comparada con las precipitacionespluviales, situacin que determina la existencia de dficit de agua permanente. Siendopor tanto indispensable la aplicacin de riego a los cultivos del valle.El clima en la cuenca ChancayHuaral corresponde a zona sub tropical, segn laclasificacin de Kopen y al tipo de clima semi tropical, que se caracteriza por unaescasa precipitacin y temperaturas con oscilaciones estacinales.La zona del proyecto, est comprendida en la faja de 330 a 370 m.s.n.m. 3.1.3. HidrologaLos recursos hdricos superficiales con que cuenta el rea del Proyecto, correspondena las descargas del ro Chancay, el cual se origina desde la cordillera occidental delos Andes a una altitud de 5,100 msnm. y desemboca en el Ocano Pacfico, conun recorrido de 105 km., la mayor parte de su longitud con fuerte pendiente,variando entre 12.5% a 2%