UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

INFORME FINAL

Integrantes: Leyva Bravo, Oscar Lizrraga Rossell, Andrea

Facultad: Ingeniera Agrcola

Curso: Topografa 2

Profesor: Ing. Arapa Quispe

Ciclo: 2014 I

1. INTRODUCCIN

Al iniciar el curso de Topografa II se supo de antemano que se realizara un viaje de prcticas al Fundo Herbay Alto perteneciente a la Universidad Nacional Agraria la Molina, ubicado al distrito de San Vicente de Caete, provincia de Lima, para realizar el trazo y diseo de un canal de dicha localidad el sbado 26 de Octubre del presente ao.

Este mtodo se define como la modificacin y perfilado de la superficie del terreno mediante un plano de la misma. En el cual se trata de sustituir la superficie curva irregular del terreno por una superficie polidrica.

2. OBJETIVOS

En campo:

Aprender el correcto funcionamiento del nivel de ingeniero para determinar el eje del canal con una pendiente determinada.

Aprender el correcto funcionamiento de la estacin total para realizar el relleno topogrfico de la faja del canal, geo referencindolo antes con las coordenadas dadas por el GPS.

En gabinete:

Aprender a procesar datos para la elaboracin de los siguientes planos: plano en planta con curvas de nivel, plano del perfil longitudinal, plano de secciones transversales con reas de corte y relleno.

Realizar el diseo geomtrico e hidrulico de la seccin del canal

3. REVISIN LITERATURA

3.1 CANALES

Canal es un conducto abierto, en el cual el agua circula por accin de la gravedad, sin ninguna presin, la superficie libre del agua est en contacto con la atmsfera.

a) Caractersticas geomtricas del canal

b = ancho de solera (m)

B = ancho de canal (m)

E = espejo de agua

Y = tirante (m)

H-Y = borde libre en m.

H = profundidad del canal

C = ancho de corona (m)

Z = talud

b) Caractersticas hidrulicas del canal

CARACTERISTICAS HIDRAULICAS

Q = cauldal (m3/s)

V = velocidad media del agua (m/s)

n = coeficiente de rugosidad

S = pendiente del canal

A = rea mojada

R = radio hidrulico (m)

P = permetro mojado (m)

3.2 TIPOS DE CANAL

Dependen de la seccin transversal del canal. Los ms usados son: rectangulares, trapeciales, circulares y triangulares.

3.3 ELEMENTOS BSICOS EN EL DISEO DE CANALES

Se consideran elementos; topogrficos, geolgicos, hidrolgicos, hidrulicos, ambientales, agrolgicos, entre otros.

3.4 TRAZO DE CANALES

Cuando se traza de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente informacin:

Fotografas areas, imgenes satelitales, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo, vas de comunicacin.

Planos topogrficos y catastrales.

Estudios geolgicos, salinidad, suelos y dems informacin que pueda conjugarse en el trazo de canales.

Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesario, obtenin0ose finalmente el trazo definitivo.

En el caso de no existir informacin topogrfica bsica se procede a levantar el relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos:

3.5 FASES O ETAPAS DEL TRAZO DE UN CANAL

a) Reconocimiento del terreno y estudio de la ruta seleccionada

Se debe tener en cuenta el punto de captacin y el punto de entrega en el terreno a irrigar, para a partir de esto, realizar un estudio rpido de las lneas de trazo o rutas a seguir.

b) Trazo preliminar y trazo de la lnea de gradiente hidrulica del canal

Sobre la lnea o ruta seleccionada se procede al trazo de la lnea de gradiente del canal conocido como trazo preliminar del eje del canal, a partir del punto de captacin (0+000). Esto se hace con el fin de obtener la topografa necesaria para la localizacin definitiva del canal.

Esta lnea de gradiente del canal se realiza con nivel de ingeniero, con una progresiva de 20 metros si el terreno es uniforme, o cada 5 o 10 metros si es terreno presenta accidentes.

c) Establecimiento y nivelacin de BMs

Los bancos de nivel deben ser establecidos con una separacin de 500 a 1000my monumentados como puntos de control permanente, se establecen con control plani-altimetrico. Se deben situar fuera de las lneas de trazo del canal, para luego no ser tapados por su construccin.

d) Levantamiento de secciones transversales

Sobre la base de las estacas niveladas del trazo del eje definitivo se realiza el levantamiento de las secciones transversales cada 20 metros, y la elaboracin de los perfiles transversales de la faja de terreno.

Este levantamiento se realiz con nivel de ingeniero y mira en este caso, pudiendo hacerse tambin con eclmetro y jalones, o eclmetro y mira.

e) Levantamiento topogrfico de la faja del terreno

El levantamiento topogrfico de la faja del terreno permite generar un plano con curvas de nivel con los detalles ms importantes, seales del trazo preliminar y de extensin para realizar el trazo definitivo.

f) Trazo definitivo

Es la fase del trazo del canal que consiste en el trazado definitivo del eje del canal, uniendo los tramos rectos y tramos de curva. Este trazo puede quedar situado ms arriba o ms abajo de la lnea de trazo preliminar. Se debe sealar la progresiva cada 20 metros, adems de los puntos PC, PI, Pt, O; as como la ubicacin de obras hidrulicas si es que hubieran.

3.6 CONSIDERACIONES PRCTICAS PARA EL DISEO GEOMTRICO E HIDRULICO DE CANALES

3.6.1 DISEO GEOMTRICO E HIDRULICO DE UN CANAL

A nivel de parcela generalmente nos encontramos con canales de tierra de seccin trapezoidal, por lo que el diseo de un canal implica conocer el valor numrico de las especificaciones tcnicas.

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 o Strickler, se expresa de la siguiente manera:

Donde:

Q = Caudal (m3/s)n = RugosidadA = rea (m2)R = Radio hidrulico = rea de la seccin hmeda / Permetro hmedo.

Relaciones geomtricas de las secciones transversales ms frecuentes

a) Caudal (Q).- En el diseo de una canal el caudal debe ser un dato de partid, que se calcula en base al mdulo de riego (L.p.s/Ha), la superficie que se va a regar (Has) y del caudal que resulta de las prdidas por infiltracin durante la conduccin.

b) Talud apropiado segn el tipo de material (Z) .- La inclinacin de las paredes laterales de un canal, depende de la clase de terreno donde est alojado. A continuacin se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material:

Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo

c) Radios mnimos en canales.- 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 significara ahorro de energa (la curva no ser hidrulicamente ms eficiente).

Radio mnimo en canales abiertos en funcin del espejo de agua

La curvatura permitida depende de varios factores, tales como la capacidad, velocidad, caractersticas del suelo y seccin del canal, los cuales deben conjugarse para evitar la erosin en las curvas y el desarrollo de ondas no deseables.

Por ejemplo para un caudal 0,02 m3/seg. El radio ser 20cm.

d) Velocidades mxima y mnima permisible.- La velocidad mnima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentacin; pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra. El valor de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento de plantas en el canal.

La velocidad mxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero.

Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin

e) Borde libre.- Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el clculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

B.L = H - y

En la prctica corriente es dejar un bordo libre o resguardo igual a un tercio del tirante, es decir:

Mximo Villn Bjar, sugiere valores en funcin de la plantilla del canal:

Borde libre en funcin de la plantilla del canal

f) Pendiente admisible en canales de tierra (S) .- La pendiente, debe ser la mxima que permita determinar la mayor superficie posible de la tierra y que, a la vez, de valores para la velocidad que no causen erosin del material en que est alojado el caudal.La pendiente mxima admisible para canales de tierra vara segn la textura, a continuacin se muestran las pendientes mximas en funcin del suelo:

Tipo de Suelo

Pendiente (%)

Suelos sueltos

0.5 - 1.0

Suelos francos

1.5 - 2.5

Suelos arcillosos

3.0 -4.5

g) Coeficiente de Rugosidad (n) .- Los valores del coeficiente de rugosidad para el diseo de canales alojados en tierra estn comprendidos ente 0.025 a 0.030 y para canales revestidos de concreto de 0.015. para un suelo suelto los valores de n variaran, por ejemplo para hormign y concreto ser 0.014; para mampostera de piedra de cantera ser 0.017, para dragados en tierra ser 0.027, etc.

Se debe tener en cuenta que para la realizacion de los calculos, se puede utilizar el programa Hcanales, lo cual facilita el desarrollo de las formulas.En donde solo es necesario introducir el caudal, talud, rugosidad y pendiente.

3.6.2 DISEO DE CURVAS HORIZONTALES

a) Elementos de la Curva

A

Arco

C

cuerda larga, es la cuerda que sub-tiende al curva desde PC hasta PT

ngulo de deflexin, formado en el PI

E

external, es la distancia de PI a la curva medida de la bisectriz

F

Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda larga.

G

grado, es el ngulo central

LC

Longitud de la curva que une PC con PT.

PC

principio de una curva

PI

punto de inflexin

PT

punto de tangente

PSC

punto sobre curva

PST

punto sobre tangente

R

radio de curva

ST

subtangente

b) Clculo de Elementos de Curva

Elementos

Datos

Frmula

Radio ( R)

ST,

R = ST* cotg1/2

C,

R = C/ (2*sen1/2

Cuerda ( C)

R,

C = 2R*sen1/2

ST,

C = 2*ST*cos1/2

Longitud de Curva

R,

LC = * *R/180

Sub-tangente (ST)

R,

ST = R*tang1/2

Angulo de deflexin ()

C, R

= arcsen(C/2R)

Externa (E)

ST,

E = ST*Tang1/2

3.6.3 SECCIN HIDRULICA PTIMA

Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica

Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la misma rea y pendiente conduce el mayor caudal posible, sta condicin est referida a un permetro hmedo mnimo, la ecuacin que determina la seccin de mxima eficiencia hidrulica es:

Siendo el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z), b plantilla del canal y y tirante o altura de agua.

Determinacin de Mnima Infiltracin

Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua por infiltracin en canales de tierra, esta condicin depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuacin que determina la mnima infiltracin es:

Relacin plantilla vs tirante para, mxima eficiencia, mnima infiltracin y el promedio de ambas.

De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde el ngulo a que forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquier seccin de mxima eficiencia debe cumplirse:

R = y/2

Donde:

R = Radio hidrulico

y = Tirante del canal

4.0 Ubicacin

4.1 Geogrficamente

Altitud: 108 m.s.n.m.

Coordenadas Geogrficas: 130810.95 Latitud S ; 762042.46Longitud O

Datum: Zona 18 - PSAD 56

4.2 Hidrogrficamente

Vertiente : Ocano Pacifico

Cuenca principal: Ro Caete

4.3 Polticamente

Regin: Lima

Departamento: Lima

Provincia: Caete

Distrito: San Vicente de Caete

Centro Poblado: Herbay Alto

5.0 ACCESIBILIDAD Y DESCRIPCIN DEL REA DE TRABAJO

El acceso al rea del proyecto, desde la ciudad de Lima, es la Carretera Panamericana Sur, constituye la va ms importante de comunicacin y se llega a travs de esta a la ciudad de Caete. De la ciudad de Caete se contina hacia el Distrito de San Vicente de Caete y de all por la va que conduce a Herbay Alto en una distancia aproximada de 4.5 kilmetros.

Se cuenta con sistemas de comunicacin por telfono, celulares, fax, internet y sistema de radiocomunicacin de mediana frecuencia y alta frecuencia interconectando a los agricultores de la cuenca.

Mapa del Distrito de San Vicente de Caete Provincia de Caete - Lima

Mapa Vial de la Zona Fuente: Mapa Vial de Lima del MTC

CARRETERA HERBAY ALTO

PANAMERICANA SUR

Fuente: Google Earth

5.1 Fisiografa

El relieve general consta de un rea de llanura: reas llanas y algo montaosas. La erosin e inundaciones son fenmenos predominantes. La fisiografa principal consta de terrazas, cauces de ros, llanuras inundables, llanuras aluviales, etc.

Por su localizacin geogrfica al mbito del Proyecto le corresponde un clima templado-clido. Los promedios anuales de temperatura estn alrededor de los 20.48C.

La humedad relativa es variable durante el da, desde 84.50% en horas de la madrugada, hasta 79.80% al medioda. Las precipitaciones son escasas, como corresponde a la costa peruana, salvo en los aos de ocurrencia del Fenmeno El Nio.

La informacin climatolgica obtenida se basa en estudios realizados en la Estacin Meteorolgica de Caete, la cual se encuentra ubicada en el distrito de San Vicente de Caete.

5.2 Recursos hdricos - fuentes de agua

La cuenca hidrogrfica principal es la cuenca del ro Caete tiene en general la forma de una L, cuya rama menor est orientada del Oeste a Este, se ubica en la parte baja. Tiene una extensin de 6078.5 km2 presentando una pendiente promedio a 1.85% para la parte baja que desemboca en el Ocano Pacfico.

5.3 Caractersticas del suelo de fundacin

Los suelos sobre los que se emplazar el Proyecto son de textura franco-arenosa.

6.0 EQUIPOS Y MATERIALES

6.1 Equipos

01 estacin total

01 GPS navegador

01 brjula

01 nivel de ingeniero

6.2 Materiales

03 prismas

01 miras

03 jalones

05 fichas

01 wincha de 30m.

01 libretas de campo

estacas de madera

50 banderines

7.0 METODOLOGA Y PROCEDIMIENTOS (CAMPO Y GABINETE)

7.1 Actividades del proyecto en campo

Las actividades en campo fueron las siguientes:

Salida al campo el 17 de Mayo del 2014 a las 7:00 a.m. con el bus de la UNALM.

Llegada a la zona de trabajo a las 10:30 a.m.

Indicaciones del profesor y eleccin del punto de captacin y de la pendiente de trabajo.

Nivelacin del canal con una pendiente de 2 por mil hasta llegar a 1 km.

Taquimetra del relleno y eje del canal.

Guardado de los instrumentos al trmino 5:00 p.m.(aprox.)

Regreso al fundo de la Universidad.

7.2 Actividades del proyecto en gabinete

Bajada de datos de la estacin total.

Avance del trabajo: curvas de nivel y trazo preliminar.

Diseo hidrulico (geometra del canal y curvas horizontales) y trazo definitivo.

Realizacin de perfiles longitudinales y transversales cada 20 m.

Calculo de los volmenes de corte y relleno.

Entrega de los productos finales: Plano de planta Esc: 1/1000, Secciones Transversales y memoria descriptiva del Proyecto.

8.0 RESULTADOS

Se utilizo un unico diseo hidraulico, el cual se calculo mediante el programa Hcanales.

Teneniendo como datos el Caudal, Talud; Rugosidad y Pendiente. Trabajando con la Seccion de Maxima Eficiencia Hidraulica.

9.0 DISCUSIN DE RESULTADOS

Se eligi hacer un diseo de canal en forma trapezoidal de forma que se lograra la mxima eficiencia hidrulica (tomando en cuenta el caudal, la pendiente y rugosidad elegida).

La longitud del canal fue mayor de 1Km.

Se tuvo que arreglar un tramo de los datos tomados con la estacin total, debido a que al abrirlos en AutoCAD Civil, se observ que guardaban relacin con todo el trabajo, sin embargo tenan todos en conjuntos una diferente orientacin.

En secciones donde los cambios de direccin del eje eran muy marcados, se procur no hacer muy curva la seccin transversal del canal. Se procura adems obtener tramos rectos de mayor longitud posible.

10.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se logr aplicar los conocimientos bsicos para poder realizar el trazo preliminar de un canal en campo.

Se realiz el diseo hidrulico y con esa informacin se pudo realizar el diseo del canal.

El diseo hidrulico es muy importante, porque nos da la informacin necesaria para saber cul es la mxima eficiencia hidrulica y la mnima infiltracin en los canales de conduccin.

Recomendaciones

El trazo y diseo de un canal requiere de conocimientos bsicos de hidrulica por lo que se recomienda llevar el curso en paralelo o haberlo llevado antes.

Al momento de realizar el trazo del canal en campo se debe tener un adiestramiento previo del uso del nivel de ingeniero, pues este es el que nos permite establecer los puntos de acuerdo a la pendiente.

Es recomendable llevar antes un curso de AutoCAD Civil, para no tener inconvenientes en el momento de la elaboracin del plano.

Se debe tener especial cuidado a la hora de efectuar el amarre con la estacin total pues los datos que se obtengan dependen en sumo grado de esta operacin.

11.0 ANEXO

Datos y resultados de trazo, nivelacin y taquimetra en campo

Datos y resultados de diseo hidrulico del canal

Datos y resultados de curvas horizontales

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