informde de viaje a viluyo 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO –PUNO

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA TOPOGRAFICA Y

AGRIMENSURA

INFORME Nº 1DISEÑO DE CANALES

HIDRAULICOS ASIGNATURA : HIDRAULICA II

PRESENTADO POR : Estefany Rebeca CALLI GONGORA

DOCENTE :Ing .Juan ARAOZ BARRIOS

PUNO – PERÚ2014

INTRODUCCION

El presente informe de la primera práctica de HIDRAULICA II de la escuela profesional de Ingeniería Topográfica y Agrimensura de la Universidad Nacional del Altiplano-puno; he aquí los trabajos que realizamos los estudiantes para la presente practica de campo diseño de canales hidráulicos.

Ilustra una aplicación sobre el diseño de canales, ya que en un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales, así como el caudal constituyen factores importantes en un proyecto de riego, ya que es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo suelo, cultivo, condiciones climáticas, es decir mediante la conjunción de la relación agua-suelo-planta-hidrología.

HIDRAULICA II Página 2

OBJETIVOS

Aplicar todo lo teórico en hidráulica II para el diseño de los sistemas de flujo a superficies libres de canales.

Nivelar el rio y el bocatoma de viluyo.

Calcular el caudal q cae del Bocatoma

.

MARCO TEORICO

NIVELACION

La nivelación es el procedimiento mediante el cual se determina:

A) El desnivel existente entre dos (o más), hechos físicos existentes entre sí.

B) La relación entre uno (o más), hechos físicos y un plano de referencia.

El primer caso constituye la forma más común de nivelación, se comparan varios puntos (o planos) entre sí y se determina su desnivel en metros o centímetros. En el segundo caso establecemos un nuevo "valor" llamado cota que relaciona individualmente a cada uno de los hechos físicos que forman parte de la nivelación con otro que se toma como referencia por ejemplo el nivel del mar.

DISTINTOS TIPOS DE NIVELACIÓN:

Existen tres métodos de nivelación utilizados en los trabajos topográficos: nivelación geométrica, nivelación trigonométrica y nivelación satelital; este último utiliza el sistema de posicionamiento global y realiza una variante de la nivelación trigonométrica.

La geodesia utiliza estos tres métodos, y agrega dos métodos más: el método gravimétrico y el barométrico. Por su parte, la cartografía utiliza también la restitución fotogramétrica.

Es el más preciso y utilizado de todos, se lleva a cabo mediante la utilización de un nivel óptico o electrónico, existen cuatro tipos de nivelación geométrica definidos según su precisión: 1° y 2° orden (utilizados en geodesia), 3° y 4° orden (utilizados en topografía), el procedimiento es igual en todos ellos, solo cambian


los elementos utilizados para medir; y también podríamos diferenciar dos tipos más según el trabajo a realizar: nivelación geométrica lineal (si se nivela desde un punto hasta otro siguiendo una trayectoria que una ambos) o nivelación geométrica de superficie (cuando nivelamos un sector o una línea desde una misma estación referida a un mismo plano de referencia).

El procedimiento para nivelaciones lineales sean estas topográficas o geodésicas es igual, solo cambia la precisión a alcanzar y los instrumentos a utilizar. Se realiza mediante lecturas efectuadas con el Hilo Medio del retículo del nivel, sobre una mira graduada que se coloca a una distancia no mayor de 60 o 70 m, estas lecturas se restan convenientemente entre sí obteniéndose de esta manera el desnivel existente entre los dos puntos donde estuvo apoyada la mira.

Este es el procedimiento en el caso de que solo queramos obtener el desnivel existente entre dos puntos, pero en el caso en que es necesario el replanteo o la obtención de una o más cotas, el cálculo se complica ya que debemos agregar dos nuevos elementos al cálculo: la cota y el plano Visual (PV) o cota del eje óptico del anteojo del nivel, paso intermedio que debemos calcular antes de calcular la cota de los demás puntos.

Para el trabajo con cotas debemos tener al menos uno de los puntos, objetos del trabajo, con cota conocida o un PF en sus inmediaciones, a los efectos de tomarlo como plano de referencia, de no ser así se deberá hacer una nivelación, llamada de "enlace" a los efectos de darle cota a uno de los puntos dentro del trabajo, de no ser posible o económicamente conveniente siempre queda la


opción de nivelar uno de los puntos mediante la colocación sobre él de un baro altímetro (instrumento que a través de la medición de la presión barométrica nos da una altura sobre el nivel del mar bastante aproximada) o simplemente darle una cota arbitraria.

Supongamos como en el caso anterior tener un PF como inicio del trabajo, esto facilita la tarea, se debe colocar la mira sobre este y se toma la lectura, en general solo se utiliza el hilo medio, aunque algunos prefieren tomar lecturas sobre los tres hilos y hacer luego la comprobación siguientes

(Hilo sup. + Hilo inf. ) / 2 = Hilo medio

Lo cual no es necesario, y en la práctica suele tornarse engorroso; una vez tomada la lectura se suma este valor a la cota del PF y hemos obtenido la cota del PV. Ya obtenida esta cota se colocará la mira sobre la estaca a la que se quiere dar cota y se tomará una nueva lectura, notemos ahora que a simple vista se hace obvio que esta lectura es la diferencia entre la cota del PV y la cota de la estaca, de manera que restamos la lectura obtenida a la cota del PV y el resultado es la de la estaca.

NIVELACIÓN GEOMÉTRICA COMPUESTA O LINEAL

Es el más usado ya que generalmente los puntos a nivelar se encuentran a más de la distancia máxima en que se puede colocar la mira, y por lo tanto se deben realizar tantas nivelaciones simples como sean necesarias para unirlos, para realizar una nivelación se debe tener en cuenta una distancia para cada tramo de entre 120 a 180 m y luego dividir la longitud total por esta distancia para hallar la cantidad de tramos a realizar; los puntos intermedios entre los dos (o más) puntos objetos del trabajo, se llamarán puntos de paso o PP


NIVELACIÓN GEOMÉTRICA DE SUPERFICIES

Es la nivelación que se ejecuta partiendo de un PF, acotando varios puntos desde una misma estación.

Para su ejecución se lee sobre la mira colocada sobre un PF, y se obtiene un PV que será común a todos los puntos relevados o replanteados, de ahí en adelante. Este procedimiento se utiliza en los casos en que se debe relevar una superficie para conocer su pendiente o para luego dibujar las curvas de nivel que representarán una superficie en un gráfico, o también al replantear la pendiente de por ejemplo un caño de cloacas o el cordón de una vereda.

NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA

Es la nivelación que se realiza a partir de la medición de ángulos cenitales, de altura o depresión, y de distancias que luego se usarán para la resolución de triángulos rectángulos, donde la incógnita será el cateto opuesto del ángulo a resolver, que en estos casos son el desnivel existente entre el punto estación y un, otro, punto cualquiera.

El ejemplo más simple es cuando con un teodolito medimos un ángulo y con un E.D.M. adosado al mismo, la distancia inclinada existente entre la estación y un punto cualquiera.


BOCATOMA

Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.

Tradicionalmente las bocatomas se construían y en muchos sitios se construyen aun, amontonando tierra y piedra en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año a año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente.

Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:

COMPUERTA DE CONTROL Y CIERRE DE LA COMPUERTA

Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:

Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto plan métricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante;Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarena miento de la aproximación a la bocatoma.Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.


CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS

BOCATOMAS DIRECTAS

Son posibles de diseñar en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua, igualmente en las épocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.

BOCATOMAS CON BARRAJES

Son las más empleadas ya que aseguran una alimentación más regular, conservan un nivel constante en la captación que permite dominar una mayor área regable.

Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje móvil y la toma con barraje mixto.

BARRAJES

Es una represa construida a través del río con el objeto de levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal que permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso seguro del agua en esta, considerando las pérdidas de carga que se producen en los muros, rejillas y compuertas de sección en la toma.

El barraje puede presentar los casos extremos siguientes:

Una presa muy larga y poco elevada en tramos anchos del curso del río. La solución es sencilla ya que la presión del agua no es elevada y permite diseños estables.

Una presa corta pero elevada en tramos profundos del curso del rio. En este caso la presión es menor por lo cual la presa será más cara , ya que demandará estribos y cimentaciones más reforzadas .

DISEÑO DEL BARRAJE

Para el diseño del barraje se considera esta estructura como si fuera un vertedero de pared gruesa. El gasto sobre el barraje está dado por:

DONDE:

L= Longitud del barraje en metros Yc=Tirante critico en metros


Q=√g∗L∗Y c3/ 2

El perfil de la cresta del vertedero se ajusta al perfil que tendría la vena liquida al caer libremente. Utilizando la fórmula:

DONDE:

X e y: coordenadas referidas a la cresta Hd : carga de diseño

BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO

Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa sólida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captación.

Esta solución es posible cuando el régimen del rio es uniforme y la capacidad de captación de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulación, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa.

Igualmente es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de solidos o una capacidad de transporte apreciable.

Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se diseñan muros de encausamiento y protección.


y= x1. 85

2∗Hd0. 85

BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL

En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contención.

Es conveniente esta solucion cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de solidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas.

En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas , de ninguna manera el barraje móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causar relanzamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las máximas descargas

BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO

Tienen una parte de la presa integrada por una estructura sólida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje móvil). La parte móvil tiene en ciertos casos muros guías o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado también desempedradores.

El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al extremo del mismo se instalan compuertas para la eliminación de los materiales gruesos.

Este tipo de bocatoma se adapta mejor al régimen variable de los ríos de la costa peruana, ya que en la época de estiaje trabajan únicamente con la regulación que se efectúa con el barraje móvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la época de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo.

CANALES

En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.


Cuando un fluido es transportado por una tubería parcialmente llena, se dice que cuenta con una cara a la atmósfera, por lo tanto se comporta como un canal.

CLASIFICACIÓN DE CANALES

CANALES NATURALES

Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la navegación, generalmente sin necesidad de dragado.

Los canales naturales influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales. Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares.

En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes en las observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

CANALES DE RIEGO

Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.


CANALES DE NAVEGACIÓN

Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ríos u océanos

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN DEL CANAL

Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.

Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.

Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo.

Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal normal a la dirección del flujo.

Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada y el perímetro mojado, se expresa como: R = A / P

Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T

Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de escurrimiento o flujo crítico es el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)

El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto del área mojada con la potencia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como:

A.= R^(2/3)


CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANAL

Las características geométricas son la forma de la sección transversal, sus dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal.

Las características hidráulicas son la profundidad del agua (h, en m), el perímetro mojado (P, en m), el área mojada (A, en m²) y el radio hidráulico (R, en m), toda función de la forma del canal. También son relevantes la rugosidad de las paredes del canal, que es función del material en que ha sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la pendiente de la línea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal. Él radio hidráulico se define como:

DONDE:

y son el área y el perímetro mojado.

TIPOS DE FLUJO EN UN CANAL

FLUJO PERMANENTE

Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio.

Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la abscisa de una sección genérica, se tiene que:

V = fv(x)Q = fq(x)h = fh(x)


FLUJO TRANSITORIO O NO PERMANENTE

Un flujo transitorio presenta cambios en sus características a lo largo del tiempo para el cual se analiza el comportamiento del canal. Las características del flujo son función del tiempo; en este caso se tiene que:

V = fv(x, t)Q = fq(x, t)h = fh(x, t)

Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo suscritico como en el supercrítico.

FLUJO UNIFORME

Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba mencionadas asumen la forma:

V = fv(x) = ConstanteQ = fq(x) = Constanteh = fh(x) = Constante


FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

El flujo es variado: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo variado puede ser permanente o no permanente. Debido a que el flujo uniforme no permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se utilizará de aquí para adelante para designar exclusivamente el flujo variado no permanente.

El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas; de otro modo es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica.


PROCEDIMIENTO

1. Ubicamos un punto fijo para empezar con la práctica.

2. Obtenemos los datos del aforamiento mediándote flotadores :

N° DE REITERACIONES

DISTNACIA RECORRIDA TIEMPO DEL FLOTADOR

1 10 CM 9.722 10 CM 9.273 10 CM 9.294 10 CM 9.485 10 CM 9.276 10 CM 9.45

PROMEDIO 10 CM 9.41

Obteniendo el promedio de la velocidad del agua en el canal

9,41 l/s = 0.941m3

3. Obtenemos el perímetro mojado ,borde libre izquierdo y derecho cada 5m.

DISTANCIA BORDE IZQUIERDO

AREA MOJADA BORDE DERECHO

5M 13 87 1310M 11 59 1215M 12 59 1020M 11 59.5 1125M 11 59 1130M 12 61 1135M 12 61.5 1240M 11 61 1145M 14 57 14

PROMEDIO 11.8cm 62.66 cm 11.6cm

AREA MOJADA: 62.66 m2 = 0.6266 m2

BORDE IZQUIERDO: 11.8 cm


BORDE DERECHO: 11.6 cm

4. El caudal recorrido es :

Q =V * A

Q = 1.943m3 * 0.6266 m2

Q =1.2174838 m3/s.

5. También se obtuvo las dimensiones en detalle de las compuertas.

6. Luego obtenemos los datos de la nivelación del rio.

NIVELACION DEL RIOProgresiva V (+) equipo V(-) cota observaciones 0.939 3900.879 3899.94 0+000 1.021 3899.858 0+0.80 1.781 3899.098 borde IZQUIERDO del rio (espejo de agua )0+2.10 2.398 3898.481 RIO0+4.00 2.065 3898.814 RIO0+7.30 1.964 3898.915 RIO0+10.10 1.763 3899.116 borde IZQUIERDO del rio (espejo de agua)0+17 1.75 3899.129 0+24.30 1.655 3899.224 0+25.70 1.69 3899.189 0+33.00 1.914 3898.965 0+35.50 2.07 3898.809 borde DERECHO del rio (espejo de agua)0+40.00 2.148 3898.731 RIO0+47.50 2.048 3898.831 borde DERECHO del rio (espejo de agua)0+50.00 1.811 3899.068 0+53.50 1.27 3899.609


CONCLUSIONES

La práctica se concluyó satisfactoriamente.

Logramos hacer la nivelación del rio.

Logramos calcular e caudal que fluye por el canal.

RECOMENDACIONES Y SUGERENCIAS

Debería realizarse el mantenimiento de la bocatoma ya que esta descuidado lleno de piedras y lodo.

Se debió diseñar el bocatoma con un concreto resistente ya que está totalmente facturado

BIBLIOGRAFIA

http://es.slideshare.net/LuisSantillanTafur/bocatoma.

http://es.wikipedia.org/wiki/Nivelaci%C3%B3n.

http://es.slideshare.net/linoolascuagacruzado/diseo-de-canales


http://es.slideshare.net/linoolascuagacruzado/diseo-de-canales

http://es.wikipedia.org/wiki/Nivelaci%C3%B3n

http://es.slideshare.net/LuisSantillanTafur/bocatoma

informde de viaje a viluyo 2015

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