trabajo de hidraulica - informe completo

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1 Hidráulica de Canales Docente: Sissi Santos Hurtado Curso: Hidráulica de Canales Trabajo: Proyecto de Hidráulica de Canales Nombres: Aliaga, Antón Casahuamán, Lorena Lovón Paliza, Marcelo Rocha Lazo, Arturo Romero, José Ciclo: 2012-II

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Hidraulica

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Hidrulica de Canales

Hidrulica de Canales

Docente: Sissi Santos Hurtado

Curso: Hidrulica de Canales

Trabajo: Proyecto de Hidrulica de Canales

Nombres: Aliaga, AntnCasahuamn, LorenaLovn Paliza, MarceloRocha Lazo, ArturoRomero, Jos

Ciclo: 2012-II

Introduccin

El siguiente informe ilustra la aplicacin de lo aprendido durante todo el curso de hidrulica de canales. Se desarrollara un proyecto de regado, para el cual se tendr que disear estructuras de conduccin y sus respectivas secciones, las cuales son: secciones del canal, rpida, transiciones, cruce de va, partidor, tnel. El diseo del canal se ha basado en distintas fuentes bibliogrficas, as como la teora obtenida a lo largo de todo el curso.El presente proyecto de canales tiene como base un plano topogrfico entregado en clase, ubicado en Canta distrito de Huaros-Lima con coordenadas UTM 8735900S 324400E cuadrante L, con las cotas respectivas; adems datos como el caudal necesario, la ubicacin del partidor, la distribucin de caudales, y lo ms importante, el tipo de suelo al cual nos enfrentaremos.En la entrega final del proyecto se incluir la correccin de todas observaciones en las entregas anteriores, as como las sugerencias y recomendaciones de parte del docente.

Consideraciones de DiseoNuestro proyecto se desarroll con un caudal de 2.25 m3/s al inicio y luego del partidor una distribucin del 40% hacia el canal B y de 60% hacia el canal C, procediendo con el sistema de diseo de mxima eficiencia.

Para el primer tramo que es un tnel, se considero un coeficiente de rugosidad de Manning para canales abiertos pues que la tunes no cumple la funcin como alcantarilla.

As mismo tenemos nuestra mnima velocidad de sedimentacin y mxima velocidad erosiva tomada de los documentos entregados en clase donde tenemos que la velocidad mnima para que no exista sedimentacin seria de 0.4 m/s mientras que la mxima velocidad de erosin la corroboraremos de la siguiente tabla:

Segn la tabla anterior la variacin de velocidad mxima debe estar entre 6.60 y 7.40 (m/s) para que no erosione al concreto, caso contrario se tendr que hacer uso de un aditivo de tal manera que ayude aumentar la resistencia a la friccin del concreto. Erosin producida en el canal por el efecto de la velocidad

RADIOS MNIMOS EN CANALES

En el diseo de canales, elcambiobrusco dedireccinse sustituye por una curva cuyoradiono debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significa ningnahorrode energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayordesarrollo. Producto de la investigacin es pudo obtener la siguiente tabla:

La tabla anterior es para un sistema de riego de canales abiertos con caudales menores a 20 m3/s. A continuacin tambin de presenta una descripcin grafica de los elementos de una curva:

A=Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C=Cuerda larga, es la cuerda que sub tiende la curva desde PC hasta PT.

=Angulo de deflexin, formado en el PI.

E=External, es la distancia de PI a la curva medida en 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 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 la curva.

ST=Sub tangente, distancia del PC al PI.

CARACTERISTICAS DEL TIPO DE SUELO EN EL DISEO DEL CANAL (FRANCO ARCILLOSO)

Textura y clase textural

Se llama textura a la composicin elemental de una muestra de suelo, definida por las proporciones relativas de sus separados individuales en base a masa (arena, limo y arcilla). Para determinar la textura se utilizan los tringulos texturales. Los tringulos texturales son utilizados por quienes deben interpretar los resultados provenientes del anlisis de laboratorio de suelos, A continuacin, se presenta:Diagrama triangular de las clases texturales bsicas del suelo segn el tamao de las partculas, de acuerdo con el USND

Terreno Franco Arcilloso

Textura Arcilloso: Esta textura ya tiene bastante arcilla que la hace bastantecoherente. Se pueden hacer todas las figuras pero se rompen apresin moderada. Se adhiere usualmente a los dedos y es muycomn en los suelos ms desarrollados. Es plstica

DISEO DE OBRAS DE ARTE DEL CANALUna vez hecho nuestro trazo del recorrido que realizara nuestro canal, procedemos a disear las secciones y obras de arte de nuestro canal que comprende lo siguiente:1. Diseo de un tnel con base rectangular y cierra con forma de media circunferencia2. Diseo del partidor3. Diseo de canal trapezoidal4. Diseo de la rpida4.1. Diseo de la seccin de la rpida4.2. Colchn disipador5. Diseo de la Transicin de Salida despus de la rpida

Para el diseo de las secciones del canal necesitaremos frmulas para clculos de reas, permetro mojado, radio hidrulico, etc.; sacados de la siguiente tabla:

1.- DISEO DEL CANAL TUNEL HASTA EL PARTIDOR:

R = 0.775 mh2 = 0.775 m

h1 = 1.6 m

h1 = 0.85 m

b = 1.55 m

Manning - Diseo del tnel (de "A" al Partidor)

Datos: S= 0.00294n = 0.015 (concreto fc 210 kg/cm^2) Q = 2.25 m3/sY (m) = 0.767689975639327b (m) = 1.53537995127865

Procedimiento:A = 1.179 m2 P = 3.07007599Rh = 0.384 mV = 1.909 m/sQ = 2.250 m3/s

Diseo Final:b = 1.55z = 0S = 0.00294n = 0.015

y final = 0.760465582936312Procedimiento:A = 1.179 m2 P = 3.071Rh = 0.384 mV = 1.909 m/s < 6.6 No es erosivoQ = 2.250 m3/s

TipoQSnbyAVPRBLHWzF

(m3/s)(m)(m)(m2)(m/s) (m)(m)(m)(m)(m)

I2.2500.00290.0151.550.7601.1791.9093.0710.3840.83951.61.5500.70

2.- DISEO DEL CANAL DEL TRAMO DEL PARTIDO HASTA B:2.1.- COMPUERTA VERTICAL CON FLUJO LIBRE: y2

y1

DatosClculosComprobar Flujo Modular

a (m)=0.55Ao (m2)=0.55

b (m)=1y2 (m)=0.3355Modular

y1 (m)=0.84747608Cd=0.51632/3 y1=0.56498405

Q (m3/s)=0.9000y1 + BL =1.14747608

Para asegurar que pase el caudal de 0.9 m^3/s por el canal B, se hace uso de un vertedero tipo Creager.

Datos

L (m)=1.40

Q (m3/s)=1.35

Cd=2.21

n=2

hv =0.61141768

L' =1.27771646

Q (m3/s)=1.350

P= y - h0.2360584

Comprobar Flujo Modular

y2 < p2 o z/p2 > 2/3

y2=0.65786125y2 < p2 :

p2=0.2360584z/p2 > 2/3 :

z=0.18961483

z/p2=0.80325388

2.2.- BALANCE DE ENERGIA ENTRE SECCION RECTANGULAR Y TRAPEZOIDAL: Seccin:ASeccin:B

QA m3/s0.90000019QB m3/s0.90000019

bAm1bBm0.7

zA0zB0.5

yAm0.55360533yBm0.53671396

AAm20.55360533ABm20.51973071

VAm/s1.62570722VBm/s1.73166637

PAm2.10721067PBm1.9001289

RhAm0.2627195RhBm0.27352392

TAm1TBm1.23671396

DAm0.55360533DBm0.42025135hp=0.0091Co *hv

cotaAm2088.0204cotaBm2088.01009

FA0.69760197FB0.85285492

ET Am2088.70871ET Bm2088.70871

Prdida por divergencia: Co hva

Co =0.5

hv =0.018

TA=1TB=1.2367

Longitud Transicin

Lt =0.534

Lt =0.53

Como el colchn disipador se encuentra a 0.0103 metros por debajo de la cota del fin de la rpida, distancia obtenida por la diferencia de cotas, se puede despreciar este valor.2.3 DISEO DEL CANAL DEL PARTIDOR HASTA B:

Datos: S= 0.0038 z = 0.5n = 0.015 (concreto fc 210 kg/cm^2) Q = 0.9 m3/sY (m) = 0.547123904913594b (m) = 0.67628

Procedimiento:A = 0.52 m2 P = 1.89969Rh = 0.274 mV = 1.732 m/sQ = 0.9 m3/s

Diseo Final:b = 0.7z = 0.5S = 0.0038n = 0.015

y final = 0.536713960842298

Procedimiento:A = 0.520 m2 P = 1.90 mTipoQSnbyAVPRBLHWzF

(m3/s)(m)(m)(m2)(m/s) (m)(m)(m)(m)(m)

II0.9000.00380.0150.70.5370.5201.7321.9000.2740.16330.71.40.50.85

Rh = 0.274 mV = 1.732 m/s < 6.6 No es erosivoQ = 0.90 m3/s

3.- DISEO DEL CANAL DEL TRAMO DEL PARTIDO HASTA EL INICIO DE LA RAPIDA:

Datos: S= 0.00294 z = 0.5n = 0.015 (concreto fc 210 kg/cm^2) Q = 1.35 m3/sY (m) = 0.668407244543192b (m) = 0.82619679

Procedimiento:A = 0.776 m2 P = 2.320801Rh = 0.334 mV = 1.741 m/sQ = 1.35 m3/s

Diseo Final:b = 0.85z = 0.5S = 0.00294n = 0.015

y final = 0.657861250367997Procedimiento:A = 0.776 m2 P = 2.321 mRh = 0.334 mV = 1.741 m/s < 6.6 No es erosivoQ = 1.35 m3/s

TipoQSnbyAVPRBLHWzF

(m3/s)(m)(m)(m2)(m/s) (m)(m)(m)(m)(m)

III1.3500.002940.0150.850.6580.7761.7412.3210.3340.14210.801.650.50.77

4.- DISEO DE LA RAPIDA: Las RAPIDAS son usadas para conducir agua desde una elevacin mayor a una ms baja.

La seccin usual para una rpida abierta es rectangular, pero las caractersticas de flujo de otras formas de seccin, deben ser consideradas donde la supresin de ondas es una importante parte del diseo.

La economa y facilidad de construccin son siempre consideradas en la eleccin de una seccin. Cuando es necesario incrementar la resistencia del tramo inclinado al deslizamiento, se usan uas para mantener la estructura dentro de la cimentacin.

4.1.- DISEO DEL CANAL DE LA RAPIDA:

Datos: S= 0.1441 z = 0n = 0.015 (concreto fc 210 kg/cm^2) Q = 1.35 m3/sY (m) = 0.196741837434915 mb (m) = 1.0 m

Procedimiento:A = 0.197 m2 P = 1.393483675Rh = 0.141187042 mV = 6.862 m/sQ = 1.350 m3/s

Diseo Final:b = 1z = 0S = 0.1441n = 0.015

y final = 0.196741837Procedimiento:A = 0.197 m2 P = 1.393 mRh = 0.141 mV = 6.862 m/s < 7.4 No es erosivoQ = 1.35 m3/s

TipoQSnbyAVPRBLHTWzF

(m3/s)(m)(m)(m2)(m/s) (m)(m)(m)(m)(m)(m)

V1.3500.1440.01510.196740.1976.8621.3930.1410.30.511.004.94

4.2.- DISEO DEL COLCHON DISIPADOR:En una poza disipadora el agua fluye desde el tramo corto de pendiente pronunciada a una velocidad mayor que la velocidad crtica. El cambio abrupto en la pendiente, donde la pendiente suave del piso de la poza disipadora se une con el tramo corto de pendiente pronunciada, fuerza el agua hacia un salto hidrulico y la energa es disipada en la turbulencia resultante. La poza disipadora es dimensionada para contener el salto. Para que una poza disipadora opere adecuadamente, el nmero de Froude debera estar entre 4.5 y 15, donde el agua ingresa a la poza disipadora. Estudios especiales o pruebas de modelos se requieren para estructuras con nmero de Froude fuera de este rango. - Si el nmero de Froude es menor que aproximadamente 4.5 no ocurrira un salto hidrulico estable. - Si el nmero de Froude es mayor que 10, una poza disipadora no sera la mejor alternativa para disipar energa. Las pozas disipadoras requieren de un tirante de aguas abajo para asegurar que el salto ocurra donde la turbulencia pueda ser contenida. Las pozas disipadoras usualmente tienen una seccin transversal rectangular, muros paralelos y un piso a nivel. Las siguientes ecuaciones se aplican a este tipo de poza, para determinar el ancho de la poza y el tirante despus del salto.

Manning

Datos:b = 1 mz = 0S = 0.1441n = 0.015 Q = 1.35 m3/s

Manning:Y = 0.19674 mA (m2) = 0.196741837P (m) = 1.393483675Rh (m) = 0.141187042T (m) = 1.0Q (m3/s) = 1.35V (m/s) = 6.8617879D = 0,19674184

Numero de Froud:

F = 4.93917512 (Supercrtico)

Hallando tirante conjugado mayor

Datos:Y1 = 0,197Q (m3/s) = 1.35b = 1.0g (m/s2) = 9.81 A1 (m2) = 0,197T1 (m) = 1.0V1 (m/s) = 6.8618D1 = 0,197F1 = 4.9392 (Supercrtico)Y2 = 1.2794

Longitud Resalto * Schoklitsch = a = 5 L1 = 5.41327* USBR (Calculo Obtenido del Grafico)

L2/y2 = 6.0 (Dato obtenido del Grafico Anterior)L2 = 7.67638 mL prom = 6.54482 m

Longitud del Colchn Disipador = 6.5 m

4.3.- DISEO DE LA TRANSICION DE ENTRADA AGUAS ARRIBA DE LA RAPIDAENTRADA

Seccin:2Seccin:3

Q2 m3/s1.35Q3 m3/s1.35

b2m0.85b3m1

z20.5z30

y2m0.65786125y3m0.57060128Yc

A2m20.775572775A3m20.57060128

V2m/s1.740649032V3m/s2.3659253

P2m2.321022476P3m2.14120256

Rh2m0.334151342Rh3m0.26648636

T2m1.50786125T3m1

D2m0.514352879D3m0.57060128hp=0.039262Ci *hv

cota2m2087.7417cota3m2087.65882Considerar desnivel0.08287594

F20.774900822F31.00000036en 1.15m de transicin

ET 2m2088.553988ET 3m2088.55399

BALANCE DE ENERGIA ENTRE SECCION TRAPEZOIDAL Y RECTANGULAR AGUAS ARRIBA DE LA RAPIDA - E1 = E2 + Ci *hv

Prdida por convergencia: Ci hvbB

Ci =0.3

hv =0.130874

DISEO DE TRANSICION DE ENTRADA:

ManningDatos: S= 0.00294 z = 0.5n = 0.015 (concreto fc 210 kg/cm^2) Q = 1.35 m3/sb (m) = 0.85 m

Procedimiento:

Y (m) = 0.65786125mA = 0.775572775 m2 P = 2.321022476Rh = 0.334151342mV = 1.740649031 m/sQ = 1.350 m3/s

D = 0..51435287 m/s F = 0.7748008 Subcritico

Flujo Critico

Datos

g m/s)=9.81

b (m)=1

z=0

Q(m/s)=1.35

yc (m)=0.5706013

Ac (m)=0.570601

Tc (m)=1

Q(m/s)=1.35

Vc(m/s)=2.365924

F=1Reg.Crtico

y

Longitud TransicionLt =1.1454

Lt =1.15

RAPIDAUna transicin de salida es usada cuando es necesario conectar el flujo entre el disipador de energa y el canal aguas abajo. Si es necesario proveer el tirante de aguas abajo (tallwater) al disipador de energa, la superficie de agua en la salida debe ser controlada.

4.3.- DISEO DE LA TRANSICION DE SALIDA AGUAS ABAJO DE LA RAPIDABALANCE DE ENERGIA ENTRE SECCION RECTANGULAR Y TRAPEZOIDAL AGUAS ABAJO DE LA RAPIDA - E1 = E2 + Co *hv

Seccin:5Seccin:6

Q5 m3/s1.35Q6 m3/s1.35

b5m1b6m0.8

z50z60.5

y5m1.27939584y6m0.66447428

A5m21.27939584A6m20.75234246

V5m/s1.05518554V6m/s1.7943956

P5m3.55879169P6m2.28580966

Rh5m0.35950288Rh6m0.32913609

T5m1T6m1.46447428

D5m1.27939584D6m0.51372869

cota5m2082.2565cota6m2082.71038

F50.29784606F60.79931282hp=0.053681Co *hv

ET 5m2083.59264ET 6m2083.59264

bB

Prdida por divergencia: Co hv

Co =0.5

hv =0.107

El colchn disipador se encuentra a 0.45 metros por debajo de la cota del in de la rpida.DISEO DE TRANSICION DE SALIDA:

T5=1T6=1.464

Longitud Transicion

Lt =1.04755

Lt =1

< 12.5. disear con este valor,

mximo 30 para control de ondas a la entrada

BIBLIOGRAFIA:--CHOW, V. T., & Ph.D. (2004). HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS. COLOMBIA: Mc GRAW-HILL.-PALOMINO BENDEZU, J. (s.f.) - www.unmsm.edu.pe: http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/basic/palomino_bj/palomino_bj.-pdf.RODRIGUEZ RUIZ, P. (2008). ABASTECIMIENTO DE AGUA. En P. RODRIGUEZ RUIZ, HIDRAULICA II (pg. 495). CIUDAD DE MEXICO.-SANTOS HURTADO, S. (2012). CAPITULO 3; DISEO DE CANALES. SURCO - LIMA: UPC.-SANTOS HURTADO, S. (2012). UNIDAD 7, CAPITULO 7.1; 7.2. SURCO - LIMA: UPC.

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