1. INTRODUCCINEl presente trabajo tiene como objetivo el diseo de una Toma Lateral para un Sistema de Riego para lo cual es necesario conocer en que consiste.Un Sistema de Riego est conformado por varias estructuras hidrulicas como son: obras de toma, canal principal, canales secundarios y terciarios, obras de medicin y distribucin de aguas a las tierras de cultivo. Como fuente de agua (captacin) se utiliza ros, lagos o pozos que posean un caudal suficiente para satisfacer las necesidades de las plantas. El agua proveniente de estos lugares puede ser captada por bombeo o a gravedad.En el presente trabajo se va a disear con una captacin en un rio y se va a captar a gravedad por medio de la implementacin de una Toma Lateral.OBRAS DE TOMAEl propsito de la toma, es el de derivar la cantidad de agua necesaria a travs de una estructura, para cubrir una demanda estipulada. Una toma debe cumplir los siguientes requisitos:a) Debe poder evacuar los caudales de crecida determinados por la hidrologa, de modo que no cause ningn dao a la estructura.b) Debe ser capaz de captar el caudal de diseo ya sea en estacin seca como en estacin de lluvias.c) Debe captar agua de manera tal que no se contamine y en lo posible se produzca una mejora de la calidad fsico-qumica de las aguas.d) La carga sedimentada debe poder lavarse hidrulicamente para ello, sern necesarias estructuras adicionales.e) La seleccin del punto de toma debe ser por tanto, adecuado a los requerimientos que debe cumplir la toma. A veces se requiere la construccin de un pequeo dique en el ro, que ayude a captar agua en la cantidad requerida pero ello depender de la topografa del sitio, de las condiciones geotcnicas, de la altura de las riberas de los ros en el lugar del dique, de la cantidad de agua que se desea captar y de los costos que ello implique.

LOCALIZACIN DE LA TOMA La localizacin de una obra de toma, es fundamental para su funcionamiento; se debe tender a localizar las tomas de modo que la carga de sedimentos que lleva el ro, se mantenga en el lecho del mismo y no entre en la toma, y que la materia en suspensin sea evacuada con desarenadores y no con la toma.Cuando las secciones de los ros son rectas, la carga de sedimentos corre paralela a las riberas de los ros de acuerdo a la pendiente del fondo del ro. Si se presentan curvas, se da origen a un flujo helicoidal y a la deposicin de sedimentos en la parte inferior del meandro. Las tomas deben ser localizadas en la curva externa, siempre que ello sea posible. En el caso de tener las tomas en secciones rectas, se podra inducir una curva en el flujo para tener condiciones de curva externa; de todos modos, si se plantea tomar mas del 50% del caudal total, se deben tomar las precauciones necesarias para mantener la mayor parte de la carga de sedimentos en el ro, por ello se debe prever un aquietador y canal de lavado antes de la patilla de fondo en la toma.

TOMA LATERALLos ros de montaa tienen caudales relativamente pequeos, gradientes relativamente grandes y corren por valles no muy amplios. En crecientes llevan cantidades apreciables de material slido.La estructura de captacin o toma, est ubicada por lo general aguas arriba del barraje vertedero, siempre tratando de estar en un lugar donde el ingreso de sedimentos sea en mnimo (cabe recalcar, que la parte ideal es el lado exterior de la parte cncava de una curva).

Fig. 1 ESQUEMA DE TOMA CONVENCIONAL (Pg.26 DISEO HIDRAULICO. SVIATOSLAY KROCHIN)

CRITERIOS DE DISEO En el diseo de una toma es necesario considerar los siguientes criterios: a) Esta obra principalmente se adecua a ros de montaa, donde las pendientes longitudinales son pronunciadas que pueden llegar al 10% o a veces a ms. b) Funcionan para cauces que traen avenidas de corta duracin y que llevan gran cantidad de piedras. c) Cauces que tienen grandes variaciones de caudales, que provienen de nevados. d) En cauces que tienen pequeos contenidos de sedimentos finos y agua relativamente limpia en poca de estiaje. e) La rejilla es la parte ms baja del coronamiento de la presa que cierra el ro, cualquiera que sea el caudal, el agua debe pasar forzosamente sobre ella. Debido a esto, la rejilla puede ubicarse a cualquier altura sobre el fondo de manera que la altura del azud puede llegar a hacerse cero, aunque normalmente oscila entre 20 o 50 cm. Esto permite que las piedras pasen fcilmente por encima del azud con lo cual se suprime la costosa compuerta de purga o esclusa de limpieza. La baja altura del azud permite a su vez disminuir la longitud del zampeado. Estas dos ventajas hacen que se economice en los costos de una toma Tirolesa y que sea ms econmico que una convencional. Sin embargo la desventaja de este sistema es la facilidad con que se tapa la rejilla especialmente si el ro trae material flotante como hojas y hierbas. f) La crecida de diseo se recomienda a un periodo de retorno de 50 aos, dependiendo de la importancia aguas abajo.

2. OBJETIVOS Tener una idea clara sobre el clculo y diseo de una toma lateral, y su aplicacin en los Proyectos de Riego.

Realizar el diseo de cada una de las obras hidrulicas que conforman un Proyecto de Captacin con Toma Lateral.

Obtener un diseo que sea econmico y tcnico.

Determinar la ubicacin de la captacin y trazado del canal dentro de la faja topogrfica

3. OBRAS DEL PROYECTO: 1. Azud2. Zampeado 3. Disipador de Energa4. Muros de Ala 5. Compuerta y Canal de purga6. Rejilla7. Desripiador8. Compuerta y Canal de Lavado9. Vertedero de Paso10. Transicin11. Canal-Tnel-Canal12. Desarenador13. Vertedero del Desarenador

4. DESARROLLO DE LA MEMORIA GENERAL Y TCNICALas diferentes metodologas escogidas para este proyecto de riego son todas las explicadas en clase, con un diseo ptimo tras un anlisis tcnico y econmico en funcin de la productividad del proyecto.El proyecto va a tener la misin de suministrar el recurso hdrico a las poblaciones aledaas a la captacin. Realizado los estudios hidrolgicos, geolgicos, hidrogeolgicos se obtuvieron como dato lo siguiente:

Qcrecida= 25 Qdiseo= 6 Ancho del rio = 32 m Pendiente del rio= 1.4%

CALCULOS Y DISEOS DE LAS ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

AZUDSignifica 'barrera', siendo esta habitual para elevar el nivel de un caudal o ro con el fin de derivar parte de este caudal a las acequias.El azud, es parte importante en los sistemas de regado por mtodos tradicionales, en los que los azudes, junto a la acequias formaban un sistema hidrulico, que adems de servir de uso para riego, alimentaba los lavaderos, abrevaderos para animales, e incluso se utilizaba la fuerza del agua para los molinos de agua, (EN ESTE CASO PARA RIEGO)Por lo general son estructuras de hormign y su seccin transversal es de forma curvilnea para adaptarse a los principios de la mecnica de fluidos, de esta manera se minimiza el rozamiento del agua con la superficie del azud para evitar la erosin.

DISEO DEL AZUDPara el diseo del azud se ha considerado el ancho del canal de purga (1,0 m con lo cual se ha obtenido un ancho de azud de 30 mDatos: Qd=Caudal de diseo= 6 m3/s B= Ancho del azud = 30 m Qc= caudal de crecida = 25 m3/s P= altura azud = 3,4 m g= gravedad= 9,81 m/s2 Nomenclatura

Altura de diseo (Hd):Hd=Hd= altura de diseoL=B= ancho del azudHd=Hd= 0.558 m

COMPROBACIN CON EL PROGRAMA HCANALES DEL CUADAL DE DISEO

Perfil del Azud:

Pendiente de la cara aguas arribaKn

3 a 1 1,9361,836

3 a 21,9391,810

3 a 31,8731,776

Vertical2,0001,850

YX

3,402,14

3,202,07

3,002,00

2,501,82

2,001,61

1,501,38

1,001,11

0,500,76

0,000,00

Radios de Curvatura

Radio de curvatura del zampeado:

To= P+HdTo = 3,4 m + 0,56 mTo = 3,96m

V =

V = V = 6,659 m/s

R = R = R=1,30 m

CUENCO DISIPADOREn una obra hidrulica est destinada a amortiguar y disipar la energa cintica del agua. Estos dispositivos son necesarios en: La parte inferior de un vertedero, ya sea libre o provisto de compuertas; La salida de las turbinas de una central hidroelctrica. Cuanto ms calma est el agua al salir de la usina, mejor se habr aprovechado la energa disponible en el salto; La descarga de fondo de las represas. Se crea, mediante un obstculo en el lecho del ro, una reduccin de la seccin, y consecuentemente una poza de agua que acta como amortiguador en la cada del chorro de agua que sale a alta velocidad por la descarga de fondo. El obstculo puede ser de concreto, o simplemente dejando de excavar la roca existente en el lugar; La descargas de agua de las esclusas; La salida de una lnea de impulsin, o de una tubera en general.Aguas abajo de la cuenca de disipacin el curso de agua debe haber perdido su capacidad de erosin a causa de su turbulencia.Datos Qcrecida= caudal de crecida= 25 m3/s P= altura azud= 3,4 m Hd= altura carga de agua = 0,558 m L = ancho del azud = 30m K=coeficiente de prdida= 0,95 K=1,15 do= 0,4 m To = 3,96 m

Asumimos un

Comprobacin

OK!!!

Clculo y (umbral):Profundidad del colchn amortiguados se asumir z=0

Comprobacin

OK!!!

Nueva Iteracin para la comprobacin de que el cuenco este sumergido

Comprobacin

OK!!!

Comprobacin

OK!!! (Sumergido)

Longitud del Cochn Hidraulico

MUROS DE ALALos muros de ala se pueden disear de forma monoltica con los estribos o bien se pueden separar de la pared del estribo mediante una junta de expansin y disear para que trabajen de forma independiente. Las longitudes de los muros de ala se debern calcular utilizando las pendientes requeridas para la carretera. Los muros de ala debern tener una longitud suficiente para retener el terrapln de la carretera y proveer proteccin contra la corrosin.

Qcrecida= caudal de crecida= 25 m3/s P= altura azud = 3,4 m Hd= altura carga de agua = 0,56 m L = ancho del azud = 30 m To=3,96 m

Tabla No. 1 Altura del muro de ala parte inferior del Azud:Ancho de la SoleraBorde Libre (fb)

Hasta 0,80 m0,40 m

0,8 1,5 m0,50 m

1,5 3,0 m0,60 m

3,0 20,0 m1,00 m

Tabla No. 2 Altura del muro de ala parte superior del Azud:Caudal (m3/s)Borde Libre (Fb)

< 0,50,30 m

> 0,50,40 m

Muro de Ala Aguas Abajo del Azud

Como el ancho de la solera es de 30m tomamos el valor de fb=1m de la Tabla No. 1

Muro de Ala Aguas Arriba del Azud

Como el caudal es mayor a 0,5 m3/s tomamos el valor de Fb = 0,40 m de la Tabla No. 2

Longitud del Azud

Como el valor del ngulo de be estar entre 17 - 21, Asumimos un valor de = 18

Carga de Agua sobre el vertedero

Espesor de los Muros de Ala Tabla No. 3 Espesor del muro de ala:He (m)Espesor (m)

< 3,00,15 0,20

> 3,00,30

NOTA: Estas Tablas fueron tomadas de los Apuntes de clase de la materia.

CANAL Y COMPUERTA DE PURGA

Una compuerta de purga que se ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de entrada. Generalmente el ro trae en creciente una gran cantidad de piedras que se acumulan aguas arriba del azud pudiendo llegar a tapas la reja de entrada con lo cual el caudal de captacin se reduce considerablemente o puede ser totalmente interrumpido. La funcin de la compuerta es eliminar este material grueso.

Por lo general la eficiencia de la compuerta de purga es pequea pero por lo menos se consigue mantener limpio el cauce frente a la rejilla. La compuerta se abre en las crecientes, cuando sobra agua, y por lo tanto cumple una funcin adicional de aliviar el trabajo del azud y hasta cierto gado, regular el caudal captado.

Compuerta

Qdiseo = 6 m3/s a = abertura de descarga = 0,80 m H=P= altura azud = 3,96 m L = ancho del azud = 30m k = coeficiente de velocidad = 0,95 a 0,97 V = velocidad aguas arriba = 0,38 m/s

Abertura de la Compuerta del Canal de Purga

Se asume un valor de abertura de la Compuerta de Purga de

Coeficiente de Contraccin

Altura del agua a la salida de la compuerta

Coeficiente de Velocidad

Coeficiente de Descarga

COMPROBACIN DE CAUDAL

Coeficiente de Compuerta Libre

Entonces adoptamos un valor de k = 0,96

Para encontrar el valor de e se utiliz la Tabla adjunta.

TABLA TOMADA DEL LIBRO KROCHIN

a/He

0,000,611

0,100,615

0,150,618

0,200,620

0,250,622

0,300,623

0,350,628

0,400,630

Calculo del Resalto Hidrulico por la Compuerta

Longitud del Resalto

COMPROBACIN EN HCANALES

Estos dos valores obtenidos nos indican el resalto que se producir despus de la compuerta en un canal limpio o sea sin arrastre de partculas u otros materiales.

Canal

Qdiseo = 6 m3/s H=P= altura azud = 3,96 m L = ancho del azud = 30m k = coeficiente de velocidad = 0,95 a 0,97 V = velocidad aguas arriba = 0,38 m/sPero como este canal es para evacuar los sedimentos y materiales que se acumulan al pie de la cara vertical del vertedero para su diseo tenemos que tener en cuenta que la velocidad y la pendiente deben ser lo suficientemente altas para poder arrastrar con facilidad estos sedimentos y materiales. Por lo que se adoptara una pendiente del 2% y un n= 0,017. Calculo del calado normal del canal

Como condicin se debe tener en cuenta que la velocidad despus de la compuerta debe ser mayor a 2 m/s.Calculo de la velocidad en el canal

DATOS OBTENIDOS EN HCANALES.

Como podemos observar la velocidad en el canal es superior a 2 m/s, entonces el diseo de nuestro canal seria de 1m de ancho y 2m de altura. Pero como este canal se encuentra junto al desripiador se adoptara la altura de 3,40 m para evitar que se desborde el agua del desripiador a este canal.Finalmente el canal de purga quedara con las siguientes medidas.Base = 1mAltura 2,8 mLongitud = 8m para que los sedimentos y otros materiales caigan nuevamente en el lecho del rio mas no en el colchn disipador.

REJILLAUna reja de entrada que impide que pase hacia la conduccin material slido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del ro y la separacin entre barrotes normalmente no pasa de 20 cm. En vista de que a pesar de esto, parte del material slido alcanza a pasar, al otro lado de la reja se deja una cmara llamada desripiador para detenerlo. El desripiador debe tener una compuerta hacia el ro a travs de la cual peridicamente se lava el material acumulado en el fondo.

Qdiseo= caudal de crecida= 25 m3/s P= altura azud = 3,4 m Hd= altura carga de agua = 0,56 m L = ancho del azud = 30 m Y1= altura al umbral de la rejilla = 2,4 m Hr = altura de la rejilla= 1 m K = coeficiente de prdida= 0,85 s = coeficiente de sumersin M = coeficiente de descarga b = ancho libre rejilla

Calculo del Coeficiente de Sumersin S

Calculo del Coeficiente del Vertedero M

Ancho Libre de la Rejilla

Nmero de Barrotes

Ancho Total de la Rejilla

ngulo de inclinacin de la Rejilla Respecto al ro

Velocidad en la Rejilla (ve)

Velocidad del Ro

DESRIPIADORDesripiador, o trampa para piedras, se ubica a continuacin de la galera y en vista que una gran cantidad de arena y piedras pequeas entran por la rejilla, es imprescindible construir un desripiador eficiente. Para que el desripiador tenga una salida al ro con una longitud dentro los limites econmicos, este debe tener una gradiente de por lo menos 3%. O sea que este tipo de toma solamente es prctico en los torrentes o ro de montaa y no se ha utilizado para caudales mayores de 10 m3/s. El desripiador lleva una compuerta de fondo, que facilita la purga de material de arrastre que alcanz a entrar por la rejilla, se recomienda operar esta compuerta cuando la demanda para riego es menor al que capta la toma.Datos/Nomenclatura Qdiseo = caudal de diseo= 6 m3/s M = coeficiente del vertedero= 2,26 S = correccin por humersin= 0,58 Bt = ancho total de la rejilla= 14,0 m Y1= altura al umbral de la rejilla = 2,4 m

Calculo del Coeficiente de Sumersin S

Calculo del Coeficiente del Vertedero M

Comprobacin de Resalto Sumergido

OK!!!

Longitud del Resalto

Canal del Desripiador

Yn= altura al umbral de la rejilla = 2,4 m n = 0,025 (Valor tomado debido a que en el canal va existir la presencia de piedras y otros materiales. b = 0,8 m (Valor asumido en base al ancho de la compuerta)

En el momento de abrir la compuerta de lavado del desripiador , todo el caudal debe irse por este sin que nada quede entre el, o sea que el calado del canal no debe ser mayor a 0,81 m.

rea Mojada

Permetro Mojado

Radio Hidrulico

Velocidad

Pendiente

Comprobacin

OK!!!

Compuerta del Desripiador Qdiseo = 6 m3/s a = abertura de descarga = 0,80 m H=P= altura azud = 3,96 m L = ancho del azud = 30m k = coeficiente de velocidad = 0,95 a 0,97 V = velocidad aguas arriba = 0,38 m/s

Abertura de la Compuerta

Como el calado en el canal va a ser de 0,81m se asume una abertura de la compuerta de

Coeficiente de Contraccin

Altura del agua a la salida de la compuerta

Coeficiente de Velocidad

Coeficiente de Descarga

COMPROBACIN DE CAUDAL

Coeficiente de Compuerta Libre

Entonces adoptamos un valor de k = 0,96

Para encontrar el valor de e se utiliz la Tabla adjunta y realizando la interpolacin entre los valores indicados.

TABLA TOMADA DEL LIBRO KROCHIN

a/He

00,611

0,10,615

0,150,618

0,20,62

0,250,622

0,30,623

0,350,628

0,40,63

0,450,638

0,50,645

0,550,65

0,60,66

0,650,675

0,70,69

0,750,705

0,80,72

0,850,745

0,90,98

11

VERTEDERO DE PASOAliviadero lateral, se constituye en parte del desripador, ayuda a dosificar el caudal y generalmente cuando funciona es que significa que el desripiador est con slidos.Son vertederos hidrulicos, generalmente usados para medir caudales. Para obtener resultados fiables en la medicin con el vertedero de pared delgada es importante que: tenga la pared de aguas arriba vertical, est colocado perpendicularmente a la direccin de la corriente, y, la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta sea triangular, la bisectriz del ngulo est vertical.Adems, debe cuidarse de mantener la presin atmosfrica debajo de la lmina vertida; el canal aguas arriba debe ser recto y estar desobstruido. La carga h, sobre la cresta del vertedero debe ser medida a una distancia suficiente, aguas arriba, para no tener influencia de la curvatura de la superficie lquida en la proximidad del vertedero. Para mantener la presin del aire, y evitar que este se vea succionado, acercando la lmina de agua al aliviadero, se instalan sistemas e aireacin (generalmente tubos a los lados por donde entra el aire).

Donde:

TRANSICINLa 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 perdidas 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 invertidosDatos:

B1=7 mB2 = 1,5 m

Longitud Horizontal

Radio de Curvatura

DESARENADOREl principio consiste en reducir la corriente del agua a una velocidad mnima y distribuirla uniformemente a lo largo de la seccin de la cmara. El tiempo de transcurso del agua por la cmara, no debe ser menor que el tiempo que la partcula en suspensin necesite para depositarse. El tiempo de sedimentacin (ts) debe ser mas corto que el tiempo de recorrido o desplazamiento del agua a lo largo de la cmara. En general las materias en suspensin, estn compuestas de partculas de diferentes tamaos de grano. El agua ingresa al desarenador con turbulencia. Para lograr una corriente tranquila uniforme hay que prever un tramo de transicin bien diseado.

Canal

Datos

Q =6m3/s

Tp (Tam. Particula) =0,5mm

W =0,054m/s

m =0,5

V =0,3m/s

Tabla tomada del Libro de Krochin (Velocidades de Sedimentacin) rea

Relacin Geomtrica

Altura del Desarenador

Ancho del Desarenador

Espejo de Agua

Longitud Activa del Desarenador

Longitud de la transicin de entrada al desarenador Calculo del vertedero del Desarenador

Clculo del ngulo () y radio (R)

Por tanteo se determina que el ngulo es:

Clculo de la proyeccin longitudinal del vertedero

Clculo de la longitud final (LT) del desarenador

Clculo de la cada de Fondo

Ilustracin: Cada de Fondo del Desarenador

Clculo de la profundidad del desarenador frente a la compuerta de lavado (H)

Clculo de la altura de carga de agua desde la superficie hasta el fondo del desarenador (hc)

Clculo de las dimensiones de la compuerta de lavado

Clculo de la velocidad de salida de la purgaComo el ancho de la compuerta fue de 2,5 m entonces dividimos a esta en 2 compuertas de 1,25m de ancho y determinamos el caudal que va a pasar por cada una de ellas.

Transicin de salida del desarenador

Canal de descargaQ =6 m/s

n =0,017

J =1,0%

B1 =1,5m

Permetro Mojado

Radio Hidrulico

Velocidad

CONCLUSIONES

En el diseo del azud adoptamos un ancho de 30 m (igual al ancho del ro) para facilitar el diseo y nuestro Hd = 0,56 m fue calculado despreciando la altura de carga de velocidad

El diseo de nuestra rejilla a mi criterio esta correcto los valores obtenidos ya que nos ayuda a impedir que pase el material slido flotante hacia los dems componentes de la captacin

En nuestro diseo la gradiente del canal del desripiador es aceptable porque ayuda a conseguir una velocidad de lavado alto y es capaz de arrastrar todas las piedras

En el diseo de nuestra Toma Lateral cabe recalcar que esta con errores, debido a que algunos valores son tomados de tablas del Libro Diseo Hidrulico de Krochin y por la depreciacin de decimales en los clculos.

RECOMENDACIONES

Previo al diseo de la obra se debe hacer un estudio minucioso de hidrologa, topografa, transporte de sedimentos, etc., en el sector de emplazamiento de la toma

La obra debe estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo

Tambin nuestra obra debe proveer un sistema que permita pasar la gran cantidad de slidos y materiales flotantes que se presenten

Para el diseo del canal del desarenador se debe optar un canal trapezoidal para eliminar las contracciones laterales que sufre la corriente del agua en los vertederos rectangulares

Se recomienda que el ngulo mximo entre el eje del canal y la lnea que une los lados de la transicin a la entrada y salida no exceda los 12,5

BIBLIOGRAFA

DISEO DE CANALES ABIERTOS, Ven Te Chow. DISEO HIDRAULICO , Stanilav Krochin OBRAS HIDRAULICAS, Jorge Zurita. tarwi.lamolina.edu.pe/~tvelasquez/bocatoma02.ppt