UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL SEMESTRE ACADEMICO 2008-I SEGUNDO EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES (Duración 02 Hrs) 1.
Describa los estudios a realizar para el diseño y ubicación de una bocatoma (02 puntos).
a) Topografía: En el eje eje de la presa presa derivad derivador ora a se levan levantan tan planos planos en escalas escalas de 1:100 1:1000 0 a 1:200 1:2000 0 con equidistancia de curvas de nivel de 0.5 a 1 m. en un tramo de 500 a 1000 metros hacia aguas arriba y de 500 metros hacia aguas abajo. En el área área de las las estr estruc uctu tura ras s de toma toma se efec efectú túan an plan planos os a esca escala la de 1:50 1:500 0 con con una una equidistancia de curvas, que pueden variar desde 0.20 m. a 0.50 m. Igualmente se ejecuta un perfil longitudinal a escalas similares a la del plano general con escalas verticales entre 1:100 ó 1:200, y horizontales entre 1:1000 y 1:2000. Las secciones transversales transversales se realizan a escalas 1:100 o 1:200 cada 50 metros, en el tramo de ubicación de la toma.
b) Estudios de Transporte de Sólidos: Los sólidos son perjudiciales dado, que producen erosión en los revestimientos y reducen las secciones útiles de las estructuras. El estudio de los sólidos debe efectuarse aguas arriba de la toma, tanto de los sólidos en rodamiento como en los de suspensión. Igualmente se deben realizar análisis mineralógicos y químicos de las partículas para conocer sus propiedades abrasivas.
c) Estudios hidrológicos: Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, para lo cual es necesario evaluar la estadística hidrológica siguiente: - Caudal Caudales es de avenida avenidas s máxima máximas s que permit permitan an fijar los nivele niveles s máximo máximos s de los muros muros de encauzamiento, de los barrajes y de los mecanismos de izaje de las compuertas. - Caudales mínimos mínimos que permitan permitan fijar los niveles de los los umbrales umbrales de la toma. - Caudales medios medios con objeto objeto de conocer conocer las masas de de agua posibles posibles de ser derivadas. derivadas.
d) Estudios Geológicos y Geotécnicos: Los estudios geológicos pueden comprender áreas extensas hacia aguas arriba, ubicando áreas Inestables y fallas para asegurar la estabilidad de la toma y su buen funcionamiento. Para Para determin determinar ar la estabilid estabilidad ad de las diferentes diferentes estructur estructuras as de la Toma se deben deben efectuar efectuar estudios geológicos geológicos ejecutando ejecutando perforaciones perforaciones diamantinas e investigaciones investigaciones de Mecánica de Suelos para lo cual conviene verificar los siguientes: - La curva de gradación del material conformaste del lecho del río. - El coeficiente coeficiente de permeabilid permeabilidad ad del suelo suelo de la la cimentación. cimentación. - La capa capaci cida dad d port portan ante te de los los suel suelos os en el área área de cime ciment ntac acio ione nes s de las las prin princi cipa pale les s estructuras, - Los resultados resultados de ensayos de hincado de pilotes y tablestacas. tablestacas. - Los coeficientes de diseño sísmico. - Los coeficientes de fricción estática del material de cimentación.
e) Otros estudios: En algunos casos será necesario efectuar los siguientes estudios: - Estudios legales legales de la propiedad propiedad de de los predios predios por expropiar expropiar en el área. área. - Estudios de restos restos arqueológicos arqueológicos que pudieran pudieran existir en en la zona de las obras, obras, coordinando coordinando las exploraciones con el instituto Nacional de Cultura. - Estudios de Canteras Canteras de materiales materiales que permitan permitan construir las estructuras estructuras de concreto concreto y otras. 2. Describa Describa los los principal principales es tipos tipos de presas presas derivador derivadoras: as: (02 puntos puntos). ).
Bocatomas Directas: Son posibles de diseñar cuando no se quiere tener una estructura costosa, se trata de una toma que esta ubicada directamente hacia el rió, su ventaja es que no necesita la construcción de una presa derivadora, sin embargo puede tener una disminución de la captación en las épocas de estiaje y ser obstruida en las crecidas del rió. Existen dos variantes en esta solución: La bocatoma directa frontal y la bocatoma directa lateral:
Bocatomas con presa derivadora:
Se trata de una toma que realiza la captación de las aguas del rio mediante el cierre del cauce con una presa derivadora, que asegura una captación más regular de las aguas, debido al remansamiento producido. Estas tomas pueden presentarlas variantes siguientes: Bocatoma de barraje fijo: cuando la presa derivadora lo constituye un elemento rígido, generalmente de concreto, pero puede ser también una presa de enrocamiento. Bocatoma de Barraje móvil: cuando la presa consta con una serie de pilares que soportan compuertas que permiten regular el tirante de agua en el rió. Bocatoma de barraje mixto: Cuando una parte del cauce es cerrado con un elemento fijo y otra parte del mismo con una estructura móvil.
Toma Tirolesa o Caucasiana: Se las llama también sumergidas, son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección de la presa derivadora, en una cavidad protegida por rejillas, que impiden el Ingreso de materiales sólidos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es muy intenso.
Bocatoma con Presa de Regulación: En algunos casos se ubica una presa de regulación en el cauce del rió y mediante una toma situada en sus márgenes derivar las aguas al canal principal. 3.
Describa los elementos de un desarenador (02 puntos). TRANSICIÓN DE ENTRADA: Es la estructura que une el canal con el desarenador. CAMARA DE SEDIMENTACIÓN: Es la estructura en la cual las partículas sólidas caen al fondo, debido a la disminución de la velocidad producida por el aumento de la sección transversal. VERTEDERO: Al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian, es por esto que la salida del agua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe trabajar con descarga libre. COMPUERTA DE LAVADO: Sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente fuerte del 2 al 6%. CANAL DIRECTO: Sirve para dar servicio mientras se esta lavando el desarenador. En el caso de ser el desarenador de dos o más cámaras, el canal directo ya no es necesario, pues una de las cámaras trabaja por el caudal total mientras la otra se lava.
4.
Describa las pautas a seguir para el diseño de canales (02 puntos): El diseño hidráulico de los canales se hace siguiendo las siguientes pautas. 1. Caudal (Q). Es dato del problema. Para el diseño de un canal a nivel parcelario, el caudal tiene que ser un dato de partida, que se puede calcular en base al modulo de riego (1 l.p.s/Ha), la superficie que se va a regar en Has, y el caudal que resulte de las perdidas por infiltración durante la conducción. Coeficiente de rugosidad de Manning (n). Depende de la naturaleza de la 2. superficie en contacto con el agua. Usualmente se toma 0.025 para canales en tierra y 0.015 para canales revestidos con concreto. 3. Talud (t). Depende del material excavado. Los taludes se designan como la relación de la proyección horizontal a la vertical de la inclinación de las paredes laterales. La inclinación de las paredes depende en cada caso particular de varios factores, pero muy particularmente de la clase del terreno en donde están alojados.
b . Es definido por el diseñador teniendo en cuenta factores como y
4.
Relación fondo/tirante
5.
el método de excavación, la economía y la practicabilidad. El valor de la relación puede ser igual, mayor, o menor que el valor correspondiente a la sección más eficiente. Tirante ( y ): Una regla empírica generalmente usada en EE.UU establece el valor máximo de la profundidad de los canales de tierra según la siguiente relación:
y = ½ (A)1/2 Otros establecen: y = b/3 6. Ancho de la solera b: Resulta muy útil para cálculos posteriores fijar de antemano un valor para el ancho de solera, plantilla o base, con lo cual, teniendo fijo el valor del talud y ancho de solera, se pueden manejar con facilidad las formulas para calcular el tirante. 7. Velocidad mínima permitida (Vmin). Los valores normalmente sugeridos son: En canales revestidos, para evitar la sedimentación del escaso limo del agua: 0.60 – • 0.90 m/s. En canales de tierra, para evitar el crecimiento de plantas : 0.70 – 0.75 m/s • Velocidad máxima permitida (Vmax). Para los canales revestidos este parámetro podría 8. ser pasado por alto, pero hay que tener presente que las velocidades muy altas (del orden de los 6 m/s) pueden levantar las piedras o los bloques del revestimiento. Pendiente (So). Su valor viene gobernado sobre todo por la topografía, pero lo deseable es 9. usar una pendiente pequeña a fin de de no perder mucha altura y llegar al punto de entrega del agua con una cota alta. 10. Margen libre o freeboard (f). Depende de varios factores, como tamaño del canal, magnitud de las lluvias, variaciones del nivel del agua por operación de compuertas, etc. La práctica corriente es dejar un bordo libre o resguardo igual a un tercio del tirante, es decir: f = y/3 11. Banquetas (Be, Bi). Estos valores dependen del tamaño del canal, pues de acuerdo a este tamaño se establece el sistema para el transito de operarios pero en los grandes deben permitir el transito de vehículos. 12. Dimensiones finales. El diseño culmina con un ajuste de cifras, sobre todo redondeando el valor obtenido del ancho de fondo b y recalculando el resto. 5.
Escriba la ecuación para determinar la pérdida de carga total en tuberías y defina cada uno de los términos: (02 puntos).
h=
.v
2
2. g
Donde: h v g k f l d
6.
+ ∑ k
.v
2
2. g
2
+
. f .l .v . d 2. g
: Perdida de carga total. : Velocidad del flujo. : Aceleración de la gravedad. : Coeficiente de accesorios. : Factor de fricción. : Longitud de la tubería. : diámetro de la tubería.
Se requiere dimensionar una bocatoma que derivara las aguas del río Tarma, cuyo fondo presenta material grueso y sus orillas material ligeramente cohesivo, ubicado en una zona de montaña, cause con cantos rodados y guijarros con corrientes rápidas (Fb= 1.20; Fs= 0.20 y a=0.75). Según los estudios hidrológicos y topográficos se tiene la siguiente información: (05 puntos).
• • •
• • • • • •
Caudal máximo de diseño: 380.00 m3/seg. Pendiente del cause del río: 0.015 Coeficiente de n de Manning: 0.05 Caudal medio del río: 22.35 m3/seg. Caudal mínimo del río: 2.47 m3/seg. Caudal a derivarse: 1.5 m3/seg. Pendiente del canal de derivación: 0.002 Coeficiente Manning del canal: 0.015 Ancho del canal de derivación al inicio: 1.2 m.
•
Numero de compuertas de regulación: 2.
• Ancho de pilar de separación entre compuertas de regulación: 0.50 m •
Numero de ventanas de captación: 2
• Altura del cause del río a la cresta de la ventana de captación: h’’= 0.80 m. • • •
Coeficiente de descarga de vertedero tipo Greager C1= 2.10. Coeficiente de descarga de vertedero bajo compuerta: C2= 0.60. Las ventanas de captación llevan rejillas.
•
Profundidad en el sector de de la compuerta despedradora:h’=0.65 m Talud de salida de la poza de disipación: z=3. Numero de compuertas despedradoras: 2. 1.20x0.80 m. Numero de compuertas desgravadoras: 2. 1.00x0.80 m.
• • •
• • • • • 7.
Pilares de separación de compuertas: 0.60 m. Vertedero lateral coeficiente de descarga: 2.10 Longitud de transición 3.00 m. Cota de inicio del canal: 2855.800 m.s.n.m Cota de fondo del río: 2856.380 m.s.n.m
Dimensionar un sedimentador para sedimentar las partículas que conduce un canal de riego, diseñado con la siguiente información: Caudal de diseño : 1.80 m3/seg. Diámetro de partículas : 0.10 mm. Tipo de revestimiento : Concreto. Tirante en el canal : 0.95 m. Peso especifico de agua : 1.00 gs/cm3. Peso especifico de partículas : 2.43 gs/cm3 Pendiente longitudinal : 5% Pendiente transversal : 8% El desarenador debe ser de velocidad lenta aplicando la teoría de simple sedimentación y el efecto retardador de turbulencia. (03 puntos).
8. Para el dimensionamiento de un canal de derivación se tiene la siguiente información: (03 puntos). Caudal de diseño : 1.20 m3/seg. Tipo de revestimiento : Concreto. Pendiente del terreno : 0.002 Talud :1 Estado de flujo : Subcritico
Uncp, 20 de Junio del 2008. Ing. Abel Muñiz P. Profesor del Curso.
