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TRABAJO 06-Diseno Obras Williams Mendoza

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

    UNIVERSIDAD NACIONAL

    DEL CENTRO DEL PER

    CURSO: IRRIGACIONES

    DISEO DE: CADAS ESCALONADAS, ACUEDUCTOS, TRANSICIONES,

    PARTIDORES

    PROFESOR: ABEL A. MUIZ PAUCARMAYTA

    ALUMNOS:

    MENDOZA SANCHEZ WALTER WILLIAMS 2005210438K

    Huancayo, Mayo del 2013

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingeniera Civil Hidrulica

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    RESUMEN EJECUTIVO

    En el presente trabajo se describirn los distintos tipos de estructuras necesarias para el diseo de obras de drenaje transversal a lo largo de diferentes obras lineales, como as tambin los fundamentos tericos que sirven de base para el clculo y diseo de dichas estructuras. La presencia de depresiones, cursos de agua o accidentes topogrficos, incorporan condiciones especiales y particulares a un canal, de manera que ser necesario considerar estructuras complementarias, que permitan superar estos obstculos. Actualmente existe el reto nacional de lograr la economa de agua en las redes de riego, ya que numerosas redes peruanas sufren una baja eficiencia en la utilizacin del agua disponible. Para lograrlo la A.N.A. ha iniciado un programa de modernizacin de los distritos de riego de la Repblica Peruana, lo que implica la introduccin de nuevas tecnologas, por lo cual se necesita la capacitacin de los ingenieros y tcnicos encargados con el diseo, la construccin y la operacin de los sistemas de riego. Es importante resaltar que en el estudio de la materia, se deber tener siempre presente, que la aplicacin de las tcnicas que se presentan a lo largo del curso, debern tomar en cuenta las condiciones fsicas, econmicas y sociales que varan de un proyecto a otro, y que siempre se deber de buscar todas aquellas posibles soluciones, para proponer y desarrollar a nivel de proyecto ejecutivo la solucin ptima, basndose en un anlisis tcnico-econmico y fundamentada en las condiciones socio-econmicas que lleven al xito su ejecucin. . Se desarrollar cada estructura en particular, describiendo su funcin, caractersticas particulares y

    su procedimiento de clculo. _________________________________________________________________________________________

    EXECUTIVE SUMMARY They will describe the distinct necessary- structures fellows in order to the works design of transverse drainage In the present work to I deliver it of different you act linear, I have a meal thus also the theoretic basics that the calculus and said structures design serve base prop.

    He witnesses it of depressions, water courses or topographic accidents; they incorporate especial conditions and individuals to a canal, so that he will be necessary to consider structures complementary, that they permit to surpass these obstacles.

    At present to achieve the economy of water in the nets of irrigation national challenge exists, right now than numerous Peruvian nets they suffer a hushed efficiency in the available water's utilization. Stop to achieve it her A.N.A. has initiated a modernization program of the irrigation districts of the Republic Peruana, what implies the new- technologies introduction, whereby needs the capacitation of the engineers and technical persons in charge with the design, the construction and the irrigation systems operation itself.

    Projecting out Is important than in the matter's study, it will happen to me that they will have to have present always, than the techniques application that they show up than along the course, they will have to take into account the physical conditions, economic and social that they vary of a project to other, and I will have to owe of searching than always all those possible solutions, to propose and to develop level of executive project optimal solution, being based on a technical analysis - economic and based in the conditions member - economic that they imply to the success his execution. .

    Each structure will develop in particular, describing his show, characteristic individuals and his calculation procedure.

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    TABLA DE CONTENIDO

    RESUMEN EJECUTIVO........... 1

    OBJETIVOS............ 2 MARCO TEORICO............ 2 CAPITULO 1: CONCEPTOS GENERALES..................................................................................................... 2

    DISEO CAIDAS ESCALONADAS............ 2

    DISEO ACUEDUCTOS.............. 3

    DISEO TRANSICIONES............ 3

    DISEO PARTIDORES............ 4

    CONCLUSIONES............... 5

    RECOMENDACIONES.................. 6

    BIBLIOGRAFIA................ 6

    ANEXOS (DISEO EN EXCEL DE CAIDAS, ACUEDUCTOS, TRANSICIONES Y PARTIDORES.. 6

    DISEO DE: CADAS ESCALONADAS, ACUEDUCTOS, TRANSICIONES Y PARTIDORES

    OBJETIVOS:

    Realizar el diseo hidrulico de una rpida.

    Optimizar el diseo hidrulico para obtener una estructura econmica y funcional.

    Una fuente de informacin que le sirva de gua para disear eficientemente dicha estructura.

    El objetivo que se pretende con las Obras Hidrulicas es que se aprenda la planeacin, el diseo y el clculo de las zonas de riego junto con sus estructura ms comnmente aceptadas por la A.N.A. y que pueda disear, desde el punto de vista hidrulico, cuidando en ambos conceptos que los proyectos presenten caractersticas favorables en economa, operacin y mantenimiento.

    CAPITULO I: CONCEPTOS GENERALES

    1.1.- CAIDAS ESCALONADAS. La estructura consiste en una serie de cajones disipadores de energa puesto uno a continuacin de otro a manera de una escalera. El agua cae dentro del primer cajn, disipa su energa mediante la formacin de un resalto hidrulico y pasa sobre un vertedero frontal el siguiente cajn donde se repite el proceso. Diseo Hidrulico:

    El nmero de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la rpida depende de consideraciones econmicas y por lo general se establece comparando diferentes alternativas. En el caso de que el desnivel a vencerse no pase de 4m por lo general se utiliza un solo cajn y entonces la estructura se reduce a una cada o salto simple.

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    La carga H del agua sobre el vertedero esta dado: Q=MbH^1.5,M depende de la forma del vertedero y vara entre (1.8-2)

    El agua cae con un movimiento acelerado contrayndose gradualmente el grueso del chorro. Junto al fondo del cajn este grueso o caldo contrado d1 est dado por: ,

    T=H+Y1+Zb. Dentro del cajn, el agua pasa del rgimen supercrtico al rgimen subcritico, mediante la

    formacin de un resalto, cuyos caldos conjugados son d1y d2. Segn H+Y2>0.9d2, para resalto se sumerja es suficiente, siempre que Y2>0.25d2

    La longitud mnima del cajn debe ser igual a la longitud de la parbola Lp que sigue el chorro al caer, ms la longitud Lr necesaria para que se forme el resalto.

    =

    =

    1.2.- ACUEDUCTOS. Son generalmente proyectadas en el cruce de canales o cruce de canales con quebradas y pueden ser areos o enterrados cuando el cruce es por encima o por debajo que la quebrada o del otro canal, su diseo hidrulico se asemeja al de una alcantarilla que f luye a pelo libre .a veces se proyecta con una tapa en la parte superior y en este caso sirve tambin como pasarela o losa peatonal. Diseo Hidrulico:

    Estas obras constan de transicin de entrada y transicin de salida, siendo siempre rectangular la seccin de la canoa.

    La energa de la canoa debe ser en lo posible igual a la energa del canal, para el cual se trata de dar velocidad en la canoa igual a la del canal, desprecindose las perdidas descarga, en este caso, normalmente suele drselo a las transiciones, ngulo de 12^30

    La pendiente en la seccin de la canoa, debe ajustarse lo ms posible a la pendiente del canal a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo.

    Normalmente se aconseja disear considerando un tirante en la canoa igual al del canal, si le caso lo permite.

    La condicin de flujo en la canoa debe ser subcritico 1.3.- TRANSICIONES. La transicin es una estructura que se usa para ir modificando en forma gradual la seccin transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos tramos con diferente forma de seccin transversal, pendiente o direccin. La finalidad de la transicin es evitar que el paso de una seccin a la siguiente, de dimensiones y caractersticas diferentes, se realice de un modo brusco, reduciendo as las prdidas de carga en el canal. Las transiciones se disean tanto a la entrada como a la salida de diferentes estructuras tales como: Tomas, rpidas, cadas, desarenadores, puentes canal, alcantarillas, sifones invertidos, etc.

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    a) TRANSICION RECTA DISEO SIMPLIFICADO DE TRANSICIONES. Para el diseo de una transicin recta, se debe definir la longitud de a transicin de modo que las prdidas en el paso entre dos tramos de caractersticas diferentes sean las mnimas posibles. En la hidrulica y en el diseo de estructuras hidrulicas, las frmulas que representan los diseos se obtienen de forma experimental, es por eso que se tendr confianza en las formulas siguientes.

    LONGITUD DE LA TRANSICION. La Figura 1a muestra un esquema en planta de una transicin que une dos tramos de diferente forma de un canal, donde T1, T2 representan los espejos de agua, b1, b2 los anchos de solera y el ngulo que forman los espejos de agua,

    Figura 1 a) Vista en planta de una transicin, b) diferencia de alturas entre espejos de agua.

    De esta Figura se puede observar que se cumple que (ver la Figura 1b), del tringulo, la tg se puede expresar como Dnde:

    L= longitud de la transicin, m.

    T1, T2= espejos de agua, m. = ngulo que forman los espejos de agua. b) TRANSICIONES ALABEADAS (mtodo racional). El diseo de transiciones para un rgimen subcritico, de la Figura 2, muestra la proyeccin en planta y el perfil longitudinal de una transicin alabeada (tanto de contraccin como de expansin), que une una seccin rectangular con una trapezoidal, la que representa uno de los casos ms generales, ya que se da un cambio de seccin (ancho de solera y talud) y la cota de fondo

    Figura 2-Planta y perfil de una seccin alabeada.

    1.4.- PARTIDORES Los partidores como aparatos que extraen de un canal de gasto variable, en una proporcin fija otro gasto tambin variable, pero que es un porciento invariable del total del gasto del canal; y que la punta partidora en un principio consista en un macizo triangular habiendo sido reemplazado hoy en da por una plancha de acero de poco espesor paralela a la direccin de la corriente, modificacin que considera poco efectiva.

    TIPOS DE PARTIDORES

    a.- Partidores de escurrimiento crtico, los cuales pueden ser que barrera y por estrechamiento. b.- Partidores de resalto o de barrera de seccin triangular. Ambos tipos tienen dos caractersticas comunes.

    1. Rpida aceleracin que en lo posible iguale las velocidades

    2. Aislamiento de la seccin de particin de variaciones del escurrimiento aguas abajo.

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    En los partidores de resalto, la particin se hace en una seccin idntica para ambos ramales, y en la misma punta partidora, por lo tanto, la perturbacin por creacin de una capa lmite se reduce al mnimo. En los partidores de escurrimiento crtico es imposible igualar las condiciones de escurrimiento en el arranque de los ramales. El principio general de un partidor de escurrimiento crtico est dado por la ecuacin:

    Dnde: (se toma el correspondiente al Y1, ms alto que ocurre aguas abajo del partidor, y puede ser de cualquier canal) = Prdida de carga entre la seccin de particin y la del ramal. Yc = Altura crtica

    a = Diferencia de cotas, entre la seccin de particin y el ramal, cuando a es un valor positivo,

    tendremos un partidor de barrera y cuando es cero, tendremos un partidor por estrechamiento

    Partidores de escurrimiento crtico Se fundamenta principalmente en el diseo de un umbral en el fondo, dicho umbral debe tener

    ciertas caractersticas que permitan la ocurrencia del tirante crtico encima de l, de manera que en la seccin de particin, no influyan las condiciones de aguas debajo de los canales derivados, es decir que no me cree ningn efecto de contracorriente.

    El espesor a del umbral debe ser igual a 3.5 veces el tirante crtico. e > 3.5 Yc La arista aguas arriba del umbral debe ser redondeada con un radio de 5 a 10 cm. La longitud del umbral o ancho de la seccin del partidor se recomienda en 10 veces el tirante

    crtico. L 10Yc El caudal que pasa por el umbral del partidor se calcula segn la frmula En la longitud L del umbral, se obtiene en un 80% de su valor, un caudal unitario uniforme, el

    cual disminuye hacia las paredes, donde llega al 80% de la velocidad central y hasta entonces tendrn que efectuarse correcciones a los anchos correspondientes a los caudales que se quieren derivar y se consideran 2 casos: - Que el ancho del ramal compensado sea mayor a 0.1L - Que el ancho del ramal compensado sea menor a 0.1L

    La punta partidora puede ser un macizo triangular (tajamar) o una plancha de acero delgada (6 mm); que va incrustada una longitud de 1.5Yc en el umbral del partidor.

    Estos tipos de partidores son los menos exactos debido a que siempre es difcil obtener una perfecta igualacin de velocidades sobre el umbral.

    Se recomienda ubicarlos en un tramo recto, de unos 20 m, donde se aprecie que la rugosidad es ms o menos uniforme.

    CONCLUSIONES

    El tipo de cada escalonada funciona igualmente bien con todos los caudales intermedios hasta llegar al mximo para el cual ha sido diseado y se utiliza para caudales menores de 10m3/s.

    Las prdidas de carga en las transiciones, dependen del ngulo que forman los aleros de la transicin con el eje del canal. Para ciertos ngulos recomendables a veces resultan transiciones muy largas, con el consecuente desmedro econmico; por lo tanto debe sopesarse estas medidas para obtener una estructura econmica y funcional a la vez.

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    RECOMENDACIONES. La velocidad de cada aumenta con el tamao de la partcula, suponiendo que su forma

    general y densidad permanecen iguales. Cuanto ms grande es una partcula, ms turbulento deber ser el flujo que se necesita para mantenerla en suspensin; y puesto que la turbulencia aumenta con la velocidad de flujo, resulta que la cantidad ms grande de material es movida durante la poca de avenidas, es decir, cuando las velocidades y la turbulencia son mayores, de manera que solamente en unas cuantas horas o muy pocos das durante la poca de inundaciones, una corriente transporta ms material que durante perodos de flujo bajo o normal mucho ms largos.

    Tener cuidado por los diferentes diseos que se emplean para los diversos proyectos y los anlisis correspondientes de cadas ,acueductos, transiciones y partidores

    Las hojas de clculo son para mtodos prcticos y rutinarios del estudiante y nivel de presentar un diseo hidrulico eficaz y eficiente.

    BIBLIOGRAFIA

    Departamento de Recursos de Agua y Tierra, Universidad Nacional Agraria - La Molina

    Chow, Ven Te.1959. Open-ChannelHydraulics. International Student Edition,McGraw- Hill Book Co.Inc.

    Arteaga, T. R. E. 2008. Obras hidrulicas-Apuntes de clase. Indito, Departamento de Irrigacin, UACh, Chapingo,Mxico.

    ANEXOS:

    CAIDAS ESCALONADAS: