Download pdf - TRABAJO 06-Diseno Obras Williams Mendoza

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL CENTRO DEL PERÚ

CURSO: IRRIGACIONES

DISEÑO DE: CAÍDAS ESCALONADAS, ACUEDUCTOS, TRANSICIONES,

PARTIDORES

PROFESOR: ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA

ALUMNOS:

MENDOZA SANCHEZ WALTER WILLIAMS 2005210438K

Huancayo, Mayo del 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

Facultad de Ingeniería Civil Hidráulica

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RESUMEN EJECUTIVO

En el presente trabajo se describirán los distintos tipos de estructuras necesarias para el diseño de obras de drenaje transversal a lo largo de diferentes obras lineales, como así también los fundamentos teóricos que sirven de base para el cálculo y diseño de dichas estructuras. La presencia de depresiones, cursos de agua o accidentes topográficos, incorporan condiciones especiales y particulares a un canal, de manera que será necesario considerar estructuras complementarias, que permitan superar estos obstáculos. Actualmente existe el reto nacional de lograr la economía de agua en las redes de riego, ya que numerosas redes peruanas sufren una baja eficiencia en la utilización del agua disponible. Para lograrlo la A.N.A. ha iniciado un programa de modernización de los distritos de riego de la República Peruana, lo que implica la introducción de nuevas tecnologías, por lo cual se necesita la capacitación de los ingenieros y técnicos encargados con el diseño, la construcción y la operación de los sistemas de riego. Es importante resaltar que en el estudio de la materia, se deberá tener siempre presente, que la aplicación de las técnicas que se presentan a lo largo del curso, deberán tomar en cuenta las condiciones físicas, económicas y sociales que varían de un proyecto a otro, y que siempre se deberá de buscar todas aquellas posibles soluciones, para proponer y desarrollar a nivel de proyecto ejecutivo la solución óptima, basándose en un análisis técnico-económico y fundamentada en las condiciones socio-económicas que lleven al éxito su ejecución. . Se desarrollará cada estructura en particular, describiendo su función, características particulares y

su procedimiento de cálculo. _________________________________________________________________________________________

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

DISEÑO CAIDAS ESCALONADAS…...…………………..……...………………………………………………...…. 2

DISEÑO ACUEDUCTOS…………..…...…………………..……...………………………………………………...…. 3

DISEÑO TRANSICIONES……………...…………………..……...………………………………………………...…. 3

DISEÑO PARTIDORES………………...…………………..……...………………………………………………...…. 4

CONCLUSIONES.…………...…………………...….…………………..……………………………………...…….…. 5

RECOMENDACIONES.…………...…………………...….…………………..……...………………………...…….…. 6

BIBLIOGRAFIA.…………...…………………...….…………………..……………………….………………...…….…. 6

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

DISEÑO DE: CAÍDAS ESCALONADAS, ACUEDUCTOS, TRANSICIONES Y PARTIDORES

OBJETIVOS:

Realizar el diseño hidráulico de una rápida.

Optimizar el diseño hidráulico para obtener una estructura económica y funcional.

Una fuente de información que le sirva de guía para diseñar eficientemente dicha estructura.

El objetivo que se pretende con las Obras Hidráulicas es que se aprenda la planeación, el diseño y el cálculo de las zonas de riego junto con sus estructura más comúnmente aceptadas por la A.N.A. y que pueda diseñar, desde el punto de vista hidráulico, cuidando en ambos conceptos que los proyectos presenten características favorables en economía, operación y mantenimiento.

CAPITULO I: CONCEPTOS GENERALES

1.1.- CAIDAS ESCALONADAS. La estructura consiste en una serie de cajones disipadores de energía puesto uno a continuación de otro a manera de una escalera. El agua cae dentro del primer cajón, disipa su energía mediante la formación de un resalto hidráulico y pasa sobre un vertedero frontal el siguiente cajón donde se repite el proceso. Diseño Hidráulico:

El número de saltos en los que se divide el desnivel total que se quiere pasar con la rápida depende de consideraciones económicas 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 cajón y entonces la estructura se reduce a una caída 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 varía entre (1.8-2)

El agua cae con un movimiento acelerado contrayéndose gradualmente el grueso del chorro. Junto al fondo del cajón este grueso o caldo contraído d1 está dado por: ,

T=H+Y1+Zb. Dentro del cajón, el agua pasa del régimen supercrítico al régimen subcritico, mediante la

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

La longitud mínima del cajón debe ser igual a la longitud de la parábola Lp que sigue el chorro al caer, más 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 aéreos o enterrados cuando el cruce es por encima o por debajo que la quebrada o del otro canal, su diseño hidráulico 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 también como pasarela o losa peatonal. Diseño Hidráulico:

Estas obras constan de transición de entrada y transición de salida, siendo siempre rectangular la sección de la canoa.

La energía de la canoa debe ser en lo posible igual a la energía del canal, para el cual se trata de dar velocidad en la canoa igual a la del canal, despreciándose las perdidas descarga, en este caso, normalmente suele dárselo a las transiciones, ángulo de 12^30’

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

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

La condición de flujo en la canoa debe ser subcritico 1.3.- TRANSICIONES. La transición es una estructura que se usa para ir modificando en forma gradual la sección transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos tramos con diferente forma de sección transversal, pendiente o dirección. La finalidad de la transición es evitar que el paso de una sección a la siguiente, de dimensiones y características diferentes, se realice de un modo brusco, reduciendo así las pérdidas de carga en el canal. Las transiciones se diseñan tanto a la entrada como a la salida de diferentes estructuras tales como: Tomas, rápidas, caídas, desarenadores, puentes canal, alcantarillas, sifones invertidos, etc.



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a) TRANSICION RECTA DISEÑO SIMPLIFICADO DE TRANSICIONES.

Para el diseño de una transición recta, se debe definir la longitud de a transición de modo que las pérdidas en el paso entre dos tramos de características diferentes sean las mínimas posibles. En la hidráulica y en el diseño de estructuras hidráulicas, las fórmulas que representan los diseños se obtienen de forma experimental, es por eso que se tendrá confianza en las formulas siguientes.

LONGITUD DE LA TRANSICION. La Figura 1a muestra un esquema en planta de una transición 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 α el ángulo que forman los espejos de agua,

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

De esta Figura se puede observar que se cumple que (ver la Figura 1b), del triángulo, la tgα se puede expresar como Dónde:

L= longitud de la transición, m.

T1, T2= espejos de agua, m. α= ángulo que forman los espejos de agua. b) TRANSICIONES ALABEADAS (método racional). El diseño de transiciones para un régimen subcritico, de la Figura 2, muestra la proyección en planta y el perfil longitudinal de una transición alabeada (tanto de contracción como de expansión), que une una sección rectangular con una trapezoidal, la que representa uno de los casos más generales, ya que se da un cambio de sección (ancho de solera y talud) y la cota de fondo

Figura 2-Planta y perfil de una sección alabeada.

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

TIPOS DE PARTIDORES

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

1. Rápida aceleración que en lo posible iguale las velocidades

2. Aislamiento de la sección de partición de variaciones del escurrimiento aguas abajo.



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En los partidores de resalto, la partición se hace en una sección idéntica para ambos ramales, y en la misma punta partidora, por lo tanto, la perturbación por creación de una capa límite se reduce al mínimo. En los partidores de escurrimiento crítico es imposible igualar las condiciones de escurrimiento en el arranque de los ramales. El principio general de un partidor de escurrimiento crítico está dado por la ecuación:

Dónde: (se toma el correspondiente al Y1, más alto que ocurre aguas abajo del partidor, y puede ser de cualquier canal) Δ = Pérdida de carga entre la sección de partición y la del ramal. Yc = Altura crítica

a = Diferencia de cotas, entre la sección de partición 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 crítico Se fundamenta principalmente en el diseño de un umbral en el fondo, dicho umbral debe tener

ciertas características que permitan la ocurrencia del tirante crítico encima de él, de manera que en la sección de partición, no influyan las condiciones de aguas debajo de los canales derivados, es decir que no me cree ningún efecto de contracorriente.

El espesor a del umbral debe ser igual a 3.5 veces el tirante crítico. 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 sección del partidor se recomienda en 10 veces el tirante

crítico. L ≥ 10Yc El caudal que pasa por el umbral del partidor se calcula según la fórmula 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 tendrán 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 difícil obtener una perfecta igualación de velocidades sobre el umbral.

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

CONCLUSIONES

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

Las pérdidas de carga en las transiciones, dependen del ángulo que forman los aleros de la transición con el eje del canal. Para ciertos ángulos recomendables a veces resultan transiciones muy largas, con el consecuente desmedro económico; por lo tanto debe sopesarse estas medidas para obtener una estructura económica y funcional a la vez.



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RECOMENDACIONES. La velocidad de caída aumenta con el tamaño de la partícula, suponiendo que su forma

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

Tener cuidado por los diferentes diseños que se emplean para los diversos proyectos y los análisis correspondientes de caídas ,acueductos, transiciones y partidores

Las hojas de cálculo son para métodos prácticos y rutinarios del estudiante y nivel de presentar un diseño hidráulico 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 hidráulicas-Apuntes de clase”. Inédito, Departamento de Irrigación, UACh, Chapingo,México.

ANEXOS:

CAIDAS ESCALONADAS: