UNIVERSIDAD nacional jorge basadre grohman

[UNIVERSIDAD nacional jorge basadre grohman]FIAG - ESIC

I. INTRODUCCIN

El presente informe es el resultado de la visita a campo realizado el da viernes 10 de agosto del presente ao, realizado por los alumnos del cuarto ao de Ing. Civil de la UNJBG en el curso de Recursos Hidrulicos. El trabajo se realiz en el departamento de Tacna desarrollndose con total normalidad.

El informe contiene los datos y resultados de los canales y cuencas visitadas y estudiadas tales como el canal CAPLINA partiendo su estudio en su terminal que viene a ser el ovalo Jorge Basadre ubicado a lado de la UNJBG, a partir del cual cambia de nombre, hasta su captacin en lo alto de la localidad de calientes, donde se estudi su bocatoma y la planta desarenadora .

Tambin se aprovech el estudio de mtodos de canalizar el recurso hdrico, en su mayora mtodos forzados, en los cuales se fuerza su caudal. Otro canal estudiado es el UCHUSUMA, su planta desarenadora, sus rpidas, etc.

II. OBJETIVOS Conocer apropiadamente los distintos recursos hdricos en la regin Tacna. Tener un conocimiento prctico y real de un canal hidrulico. Poner en prctica los conocimientos tericos adquiridos en clase.

III. MARCO TERICO

3.1. CANALESEn ingeniera se denomina canal a una construccin destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberas, es abierta a la atmsfera. Tambin se utilizan como vas artificiales de navegacin. La descripcin del comportamiento hidrulico de los canales es una parte fundamental de lahidrulicay su diseo pertenece al campo de la ingeniera hidrulica, una de las especialidades de la ingeniera civil.Cuando un fluido es transportado por una tubera parcialmente llena, se dice que cuenta con una cara a la atmsfera, por lo tanto se comporta como un canal.

3.1.1. Canales naturales.Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son ms profundos, segn se encuentren en la montaa o en la planicie.3.1.2. Canales de riego.stos son vas construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.3.1.3. Canales de navegacin.Un canal de navegacin es una va de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ros u ocanos.

3.2. TIPOS DE FLUJO De acuerdo con el cambio en la profundidad de flujo con respecto al tiempo: Flujo permanente: La profundidad de flujo no cambia durante el intervalo de tiempo considerado. Flujo no permanente: La profundidad cambia con el tiempo. Casi siempre se estudian los canales en flujo permanente; sin embargo, en estudios de avenidas o crecientes, el nivel de flujo cambia y es necesario considerar flujo no permanente para su estudio.Para cualquier flujo, el caudal Q que pasa en una seccin es:Q = VA con V, velocidad media y A, el rea de la seccin En un flujo continuo permanente, el caudal es constante en todo el tramo y el gasto es igual en las distintas secciones:Q = V1A1 = V2A2 = V3A3 = En caso de flujo espacialmente variado o discontinuo, es decir, cuando el caudal de un flujo permanente no es uniforme a lo largo del canal, esta ltima ecuacin no vlida (flujo espacialmente variado o discontinuo: cunetas a lo largo de las carreteras, vertederos de canal lateral, canales principales de riego, etc.) De acuerdo con el cambio en la profundidad de flujo con respecto al espacio:Flujo uniforme: La profundidad del flujo es la misma en cada seccin del canal. Puede ser permanente o no permanente, segn cambie o no la profundidad con el tiempo. La condicin de flujo uniforme permanente, es fundamental para el estudio de canales. El trmino flujo uniforme se utilizar para referirse al flujo uniforme permanente.Flujo variado: La profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. Puede ser permanente o no permanente. El trmino Flujo no permanente se utiliza para referirse al flujo variado no permanente. El flujo variado puede ser:Rpidamente variado: La profundidad cambia en distancias cortas (resalto hidrulico y cada, es un fenmeno local)Gradualmente variado: La profundidad cambia no tan abruptamente en distancias largas.3.3. ESTADO DEL FLUJOEl estado o comportamiento del flujo en un canal abierto es gobernado por la viscosidad y la gravedad relativa a las fuerzas de inercia.Flujo laminar: Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de friccin, las partculas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energa, el resultado final es un movimiento en el cual las partculas siguen trayectorias definidas, y todas las partculas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria. Las partculas se desplazan en forma de capas o lminas.Flujo turbulento: Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la friccin entre partculas vecinas al fluido y adquieren una energa de rotacin apreciable; la viscosidad pierde su efecto y debido a la rotacin las partculas cambian de trayectoria las partculas chocan entre s y cambian de rumbo en forma errtica.

Figura. Flujo laminar y flujo turbulento.

3.4. PROPIEDADES DE LOS CANALES ABIERTOSUn canal abierto es un conducto en el que el agua fluye con una superficie libre.Canal natural. Son todos los que existen de manera natural en la tierra: arroyuelos, arroyos, ros, estuarios de mareas, entre otros. Las propiedades hidrulicas de un canal natural son muy complejas, para su estudio se hacen suposiciones razonables para tratarlos con los principios de la hidrulica terica. Los estudia la Hidrulica Fluvial.Canal artificial. Son todos los construidos mediante esfuerzo humano: Canales de navegacin, canales de centrales hidroelctricas, canales y canaletas de irrigacin, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, cunetas de carreteras, canales de laboratorio, etc. Las propiedades hidrulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseadas para cumplir requisitos determinados.El canal artificial es un canal largo con pendiente suave, construido sobre el suelo, que puede ser no revestido o no revestido con roca, concreto, madera o materiales bituminosos, entre otros. En este curso se estudiarn canales prismticos, que se construyen con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante.3.5. GEOMETRA DEL CANAL PRISMTICO.Seccin del canal. Es la seccin transversal de un canal tomado en forma perpendicular a la direccin del flujo.Seccin vertical del canal. Es la seccin vertical que pasa a travs del punto ms bajo de la seccin de canal. Los canales artificiales se disean con secciones de figuras geomtricas regulares. El canal trapecial es uno de los que ms se construyen por sus ventajas de construccinElementos geomtricos de una seccin de canal.Estos elementos son muy importantes para el clculo del flujo. En un canal artificial se definen en trminos de la profundidad de flujo y las dimensiones de la seccin; en canales naturales se determinan curvas que representen la relacin entre los elementos y la profundidad del flujo. rea (A). Es el rea mojada o rea de la seccin transversal del flujo, perpendicular a la direccin de flujo. Permetro mojado (P). Es la longitud de la lnea de interseccin de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccin de flujo. Radio hidrulico (R). Es la relacin del rea mojada con respecto a su permetro mojado: Ancho superficial (T). Es el ancho de la seccin del canal en la superficie libre. Profundidad hidrulica (D). Es la relacin entre el rea mojada y el ancho en la superficie: Factor de seccin (Z). Se utiliza para el clculo de flujo crtico. Es el producto del rea mojada y la raiz cuadrada de la profundidad hidrulica: Profundidad de flujo (y). Es la distancia vertical desde el punto ms bajo de una seccin del canal hasta la superficie libre. Nivel. Es la elevacin o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre. Factor de seccin para el clculo de flujo uniforme (AR2/3). Es el producto del rea mojada y el radio hidrulico elevado a la potencia (2/3).

3.6. DOS TIPOS DE FENMENOS LOCALESCada Hidrulica y Resalto hidrulico

Cada hidrulica: un cambio rpido en la profundidad de un flujo de nivel alto a un nivel bajo, resultar en una depresin abrupta de la superficie del agua. Es consecuencia de un cambio brusco de pendiente o de la seccin transversal del canal. En la regin de transicin de la cada, aparece una curva invertida que conecta las superficies del agua antes y despus de dicha cada. El punto de inflexin de la curva, indica la posicin aproximada de la profundidad crtica para la cual la energa es mnima y el flujo pasa de ser subcrtico a supercrtico. Cada libre: es un caso especial de la cada hidrulica. Ocurre cuando existe una discontinuidad en el fondo de un canal plano. A medida que la cada avanza en el aire en forma de lmina, no existir curva invertida en la superficie del agua hasta que esta choque con algn obstculo en la elevacin ms baja. Si no se aade energa externa, la superficie del a gua buscar siempre la posicin ms baja posible, la cual corresponde al menor contenido de disipacin de energa. Si la energa especfica en una seccin localizada aguas arriba es E, como se muestra en la curva, la energa continuar disipndose en el recorrido hacia aguas abajo hasta alcanzar una energa mnima Emn.Si la energa en una seccin aguas arriba es E, la energa se ir disipando en la cada hasta alcanzar el mnimo Emin. La curva indica que la seccin crtica (seccin de energa mnima) debe ocurrir en el borde de la cada. La profundidad en el borde no puede ser menor que la profundidad crtica debido a que una disminucin adicional en la profundidad implicara un incremento en la energa especfica lo cual es imposible a menos que se suministre energa externa compensatoria.La curva de energa especfica muestra que la seccin de energa mnima o seccin crtica, debe ocurrir en el borde de la cada, pero no es la seccin crtica tal como se calculara por el mtodo de superposicin de flujo paralelo. El flujo en el borde es curvilneo por lo que no es vlido para determinar la profundidad crtica en el borde.

Interpretacin de la caida libre mediante la curva de energa especfica.

Resalto hidrulico: El cambio rpido de profundidad de flujo de un nivel bajo a uno alto como resultado una subida abrupta de la superficie del agua.

Ocurre con frecuencia en un canal por debajo de una compuerta deslizante de regulacin, en la parte aguas debajo de un vertedor o donde un canal con pendiente alta se vuelve casi horizontal de manera sbita. Las profundidades inicial y1 y secuente y2 son las profundidades reales antes y despus del resalto en el cual ocurre una prdida de energa E. La energa especfica E1 correspondiente a la profundidad inicial y1 es mayor que la energa especfica E2 correspondiente a la profundidad secuente y2 en una cantidad igual a la prdida de energa E. Si no existieran prdidas de energa, las profundidades iniciales y secuente se volveran idnticas a las profundidades alternas en un canal prismtico.

3.7. Flujo Uniforme Profundidad, el rea mojada, la velocidad y el caudal en cada seccin del canal son constantes. La lnea de energa, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos (pendientes de la lnea de energa, del agua y del fondo del canal son iguales: Sf = Sw = So = S). Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo, que es contrarrestada por las componentes de las fuerzas gravitacionales que actan sobre el cuerpo de agua en la direccin del movimiento. Un flujo uniforme se alcanzar si la resistencia se equilibra con las fuerzas gravitacionales. La profundidad del flujo uniforme se conoce como profundidad normal. Para el diseo de canales abiertos sera ideal que se tuvieran flujos uniformes por que se tendra un canal con una altura constante.El flujo uniforme turbulento es el que se trata en problemas de Ingeniera: no ocurre a velocidades muy altas porque se vuelve inestable

3.7.1. Establecimiento del flujo uniforme.

El flujo uniforme se logra en una seccin de un canal suficientemente largo en pendiente subcrtica, crtica y supercrtica. N.D.L. Lnea de profundidad normal. C.D.L. Lnea de profundidad crtica

3.7.2. Velocidad del flujo uniforme. La mayor parte de las ecuaciones para determinar la velocidad del flujo uniforme se expresan de la forma: Con V = velocidad media; R = radio hidrulico; S = pendiente de energa, x y y son exponentes, y C = factor de resistencia al flujo. Ecuacin de Chzy (Francia 1769).V = velocidad mediaR = radio hidrulicoS = pendiente de la lnea de energaC = factor de resistencia o C de Chzy.

3.7.3. Ecuacin de Manning (Irlanda, 1889).

Donde V es la velocidad media, R es el radio hidrulico, S es la pendiente de la lnea de energa y n es el coeficiente de rugosidad, especficamente conocido como n de Manning. Esta ecuacin fue desarrollada a partir de siete ecuaciones diferentes, basada en los datos experimentales de Bazin y adems verificada mediante 170 observaciones. Debido a la simplicidad de su forma y los resultados satisfactorios que arroja en aplicaciones prcticas, la ecuacin de Manning se ha convertido en la ms utilizada de todas las ecuaciones de flujo uniforme para clculos en canales abiertos. Factores que afectan el coeficiente de rugosidad de Manning: Rugosidad superficial, vegetacin, irregularidad del canal, alineamiento del canal, sedimentacin y socavacin, obstruccin, tamao y forma del canal, nivel y caudal, cambio estacional, material en suspensin y carga de lecho.

3.7.4. Clculo del flujo uniformeLa ecuacin de continuidad y una ecuacin de flujo uniforme son la base para el clculo del flujo uniforme. Si se utiliza la ecuacin de Manning como ecuacin de flujo uniforme, se puede: 1. Calcular la profundidad normal. Se determina el nivel de flujo en un canal determinado. 2. Calcular el caudal normal. Se obtiene de la capacidad de un canal determinado. 3. Determinar la velocidad de flujo. Se estudian efectos de socavacin, sedimentacin o cumplimiento de normas de operacin y diseo de un canal determinado. 4. Determinar la rugosidad del canal. Se estima el coeficiente de rugosidad en un canal. El coeficiente determinado puede utilizarse en otros canales similares. 5. Calcular la pendiente del canal. Se ajusta la pendiente de un canal determinado. 6. Determinar las dimensiones de la seccin de canal. Este anlisis se aplica para el diseo de un canal.

IV.- PROCEDIMIENTOS

La visita comenz con su primera parada en el terminal del canal caplina en el cual se procedi a tomar sus datos.

Continuando con el viaje se detuvo en un punto donde se forzaba el canal para su posterior limpieza de los desechos.

Nos detuvimos en un proyecto en proceso que consista en defensas ribereas con gaviones.

Luego llegamos a la bocatoma de challata en alto caplina en la localidad de calientas, vinos el linigrafo y el medidor parshall.

Bocatoma caliente y captacin. En el cual se encuentran sedimentos del cual pasa por rebose al canal bajo caplina. Desarenadores gemelos

Se paso a visitar el canal uchusuma, bocatoma chuschuco.

Tiene un sistema de limpieza para eliminar desechos pesados, piedras grandes y arenas.

Vertederos del canal uchusuma.

Cambio de forma de caudal para controlar la velocidad y caudal del canal.

Se presenta rpidas con colchones de agua para disipar la energa cintica.

V.- CALCULOS Y RESULTADOS

VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Es evidente las diferencias existentes en el canal uchusuma bajo (que esta por el ovalo) y el alto en cuanto a su talud que fueron procesados anteriormente. El canal presenta las caracterstica de mampostera de piedra, la junta entre piedra y piedra es un mortero (arena gruesa) y el acabado de encima el mortero fino. En la caja del canal es visible el entubado que se encuentro en la parte inferior. La dimensin del entubado de la regin sobraya en Rio seco hasta canal uchusuma y partidor magollo bajo es de aproximadamente 15 km. Se presentan desarenadores que sirven para sedimentar el material grueso. En las avenidas los regantes usan el canal y se debe cerrar el entubado. En las avenidas trae un limo que es bueno para la chacra mejorando la capacidad frtil de los suelos y obtengan produccin de cultivos aceptables. El canal de conduccin presente en la regin sobraya es abierto y no presenta tubera a presin clase 5 que resiste 50m de columna de agua sino como tubo-canal (solo conduccin) El canal de mampostera presenta una rugosidad aproximada de 0.020 (canal nuevo) en caso fuera gastado varia a 0.025, en tuberas lisas es de 0.010-0.09 Con la misma seccin hidrulica (circular) se puede conducir el doble de cantidad de agua que un canal de concreto con mampostera por ser una tubera lisa. Un flujo liso no opone Resistencia Se Presenta una rugosidad compuesta: Dos coeficientes de Manning uno en el piso y otro en los taludes. Los ros que son un canal natural, presentan una rugosidad natural que es de 0.035-0.040. Un canal perfectamente operativo debe tener la caja limpia resanada, los taludes, el sardinel, piso resanado y una berma para transitar esto para hacer tambin la vigilancia y la limpieza. Se presenta un barraje que arrastro piedras de 60 y/o 70 cm de dimetro que rompe la malla de gaviones y producto de eso colapso un muro. Cuando hay un cambio de pendiente se presenta un salto hidrulico. Es recomendable hacer la limpieza con maquinaria en puentes, caja de rio ya que puede producir daos. El flujo del rio Caplina est conectado con el rio seco Arunta hasta Tacna Centro forzadamente. En la parte Defensa de Calana hay rocas grandes con ms de 1 m de dimetro para que no siga el flujo en lnea recta. Una seccin ms grande para estrechar en el puente que debe remodelarse para tener una luz ms compatible con la seccin hidrulica, donde hay piedra grande a poca distancia funciona el enrocado y piedra asentada con mezcla pobre. Debe haber una transicin pasando un puente, donde a veces se acumula material sedimentado entre otros.

VII.- BIBLIOGRAFIA es.slideshare.net/Bocatomas es.slideshare.net/Hidrulica de canales Diapositivas Y textos proporcionadas por el Docente del Curso Wikipedia, otros. Hidrulica/Samuel Trueba Coronel Informacin obtenida del mismo viaje: apuntes, fotos y videos

VIII. - ANEXOS

Perfil de un Terreno

Cambio de la seccin de un canal

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