1MSc Freddy M. Franco AlvaradoProfesor del Curso

DISEO DE OBRAS DE ARTE EN CANALES DE RIEGO

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL

DE INGENIERIA CIVIL

2Obras de Arte en los CanalesDenominamos obras de arte a todas las estructurasHidrulicas fundamentales y complementarias que serequieren para el normal flujo de las aguas en unSistema integral de Riego donde se usan los canalescomo elementos de conduccin.

Obras de Arte en los Canales

Cabe mencionar que lainformacin topogrficaSe constituye en elelemento principal en eldiseo de obras de arte,para lo cual se recomiendalevantamientos a escala1:100 1:200, dependiendode las dimensiones de laobra en general.

3Obras de Arte en los CanalesEntre las mas importantespodemos mencionar:a) Captacionesb) Desarenadorc) Medidor Parshalld) Cadas y Rpidase) Transicionesf) Sifng) Lechos amortiguadoresh) Aliviaderosi) Alcantarillasj) Obras de crucek) Partidores

RAPIDA

MEDIDOR PARSHALL

POZA DISIPADORA

4TRANSICIONES

PUENTE SOBRE CANAL

TOMAS LATERALES

SIFON INVERTIDO

5Diseo Hidrulico de una CaptacinPara calcular el dimensionadoDe una captacin, debemosConocer los valores delcaudal en el ro o Quebradaen poca de estiaje y deavenidas, para lo cual seDeben conocer los registroshistricos en la cuenca, sinoes posible contar con estosdatos y aplicar mtodosEstadsticos (Gumbel, LogPerson III, Fuller), podemosCalcular mediante mtodosempricos.

Diseo Hidrulico de una CaptacinPara el caso de Mtodos Empricos se puede utilizar elmtodo rea Pendiente, el cual se basa en la frmula deManning, podemos verificar estos clculos con la frmularacional agrcola y con mediciones de campo medianteinstrumentos como el correntmetro, vertederos graduados,molinetes hidrulicos y los mtodos de volmenes, reas,tiempo, qumico, etc.

6Diseo de una CaptacinFORMULAS A UTILIZAR Para el caso de una toma de captacin directa,tenemos:

Qc = C L H3/2

Donde:Qc .............. Caudal de captacin, m3/segC ............. Coeficiente de descarga L ............ Longitud de vertimiento o de

abertura, metros.H ............. Carga total, incluye la carga a velocidad,

en metros.

Diseo de una CaptacinFORMULAS A UTILIZAR En los casos en que la abertura de la captacin quedeparcial o completamente sumergida, se calcular con lasiguiente expresin:

Qc = C A 2 g H

Donde: Qc .............. Caudal de captacin, m3/segC ............. Coeficiente de descarga A ............ rea de la aberturag ............ Aceleracin de la gravedad, m/seg2H ............. Diferencia de niveles antes y despus de la

captacin

7Diseo de una CaptacinFORMULAS A UTILIZAR Para el calculo del coeficiente de descarga se puede utilizarla formula de Konovalov:

C = [0.407 + 0.045 (h/(h +y1))] [1+0.285 (h/(h+y1))2 *2g]

Tambin se puede utilizar el grfico que aparece en el Librode Presas pequeas de la U.S.B.R, pgina 394, figura 249,teniendo en cuenta la forma de entrada, la forma de lagrada o del tubo sumergido.

COEFICIENTE DE

DESCARGA C

8EJEMPLO DE CLCULO PARA CAPTACION CON VENTANA SUMERGIDADatos:QC = 0.40 m3/seg (caudal para una irrigacin)A = 0.5 x 0.6 = 0.30 m2

Verificacin de la VelocidadDe la ecuacin de la continuidadQ = A * V V = Q / A = (0.40 m3/seg) / 0.30 m2 = 1.33 m/seg.

Velocidad de SedimentacinCalculamos con la frmula de: Vs = Ck * y0.64Ck = 0.72 (tabla)y = 0.20 m. ( Tirante asumido para el pre dimensionado )Vs = 0.72 x (0.20 m)0.64 = 0.26 m/seg.

Clculo del Coeficiente de Descarga CAplicando la formula de Konovalov:C = [0.407 + 0.045 (h/h +y1)] [h/h+y1)2 2g]C = [0.407 + 0.045 (0.5/0.5+0.05)] (1+0.285 ( 0.5/0.5+0.05)2 2g]C = 0.915En la formula:

Qs = CA 2gH

Reemplazando valores tenemos:0.40 m3/ seg = 0.915 x 0.30 m2 x 2 x 9.8.HH = 0.11 m.

9Esquema General de unaCaptacin Sumergida

H

Diseo Hidrulico de un DesarenadorLos desarenadores son estructuras hidrulicas quepermiten la coleccin - va sedimentacin- y evacuacinde los materiales de arrastre y suspensin que ingresan ala captacin.

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CONSIDERACIONES DE DISEO

Parte del principio de controlar la velocidad de cada de las partculas transportadas, mantener un equilibrio con la velocidad que trae el flujo y el peso propio de la partcula. Existe adicionalmente el factor tiempo de cada, con el cual se puede determinar la profundidad necesaria para el desarenador.

PROFUNDIDAD DEL POZO DESARENADORUtilizamos la frmula:

H = Vs * tDonde:H - Profundidad del pozo desarenador desde el del nivel

del agua en la prctica se debe adicionar 10 a 25 cms.para la canaleta de evacuacin u otro dispositivo desalida o limpia.

Vs- Velocidad de Sedimentacin, en m/seg.t - Tiempo de sedimentacin, en seg.

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VELOCIDAD DE SEDIMENTACINSe obtiene de estudios experimentales en laboratorio, proponemos el cuadro presentado por Arkhangelski en 1935, por dar valores aceptables en el caso de desarenadores de centrales hidroelctricas.

Dimetro VelocidadDe

Sedimen(cm/seg.)

Dimetro VelocidadDe

Sedimen(cm/seg.)

Dimetro VelocidadDe

Sedimen(cm/seg.)

(mm) Turbina (mm) Turbina (mm) Turbina

0.05 0.179 0.40 Francis 4.32 1.0 Kaplan 9.440.10 0.698 0.45 Francis 4.86 2.0 Kaplan 15.290.15 Pelton 1.560 0.50 Francis 5.40 3.0 Kaplan 19.250.20 Pelton 2.160 0.55 Francis 5.94 5.0 Kaplan 24.900.25 Pelton 2.700 0.60 Francis 6.480.30 Pelton 3.240 0.70 Francis 7.320.35 Pelton 3.780 0.80 Francis 8.07

TIEMPO DE SEDIMENTACIONPara determinar el tiempo de sedimentacin se calcula deacuerdo a la siguiente tabla por unidad de metro deprofundidad:

(mm) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.20 0.15 0.10

t (seg.) 7.2 8 9 11 12.5 15 18 25 38 50 70

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ANCHO DEL DESARENADORTenemos la frmula siguiente:

B = Q / (Vf * H)Donde:B - Ancho del desarenador, en metrosQ - Caudal de diseo, en m3/seg.Vf - Velocidad del flujo en el desarenador, en m/seg.H - Profundidad del tanque sedimentador, en metros

Velocidad del FlujoEs la velocidad mxima permisible para permitir a laspartculas sedimentarse, y puede calcularse con laEcuacin de Camp. En la frmula:

Vf = a d Donde:Vf - velocidad del flujo en el desarenador, en cm/seg.a - Coeficiente de Camp.d - Dimetro de la partcula, en mm.

a d (mm)36 > 144 1 0.251 < 0.1

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LONGITUD DE DESARENADORSe calcula mediante la frmula:

L = k Vf * hVs

Donde:L - Longitud del desarenador, en metrosk - Coeficiente de correccin para velocidades de flujo Vf - Velocidad del flujo en el desarenador, en m/seg.h - Profundidad del pozo desarenador, en m.Vs - Velocidad de sedimentacin, en m/seg.

VALORES DE k PARA VELOCIDADES ALTAS ( de 1 m/seg a 1.5 m/seg.) DEL FLUJO

d(mm) 1 0.5 0.25 0.30

K 1 1,3 2

Vf(m/seg.) 0.20 0.30 0.50

K 1.25 1.50 2.00

VALORES DE K PARA VELOCIDADES PEQUEAS DEL FLUJO

Para el factor de correccin k , usamos las tablas siguientes: