Informe Canal La Mora (1)

UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO

2013Diseño Hidráulico

INFORME:

VISITA A CAMPO :

2013

ESTUDIANTES:

VENTURA VASQUEZ, Jose

DOCENTE:

Ing. Dante Salazar Sanchez

FECHA:

13-12-2013

ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………….2

II. ANTECEDENTES………………………………………………………………………………………………….3

III. OBTETIVO

III.1 Objetivo General…………………………………………………………………..……………………4

III.2 Objetivos Específicos………………………………………………………………………………….4

IV. Zona de estudio…………………………………………………………………………………………………5

4.1. Descripción del Canal…………………………………………………………………………………..7

4.2. Recopilación de la información…………………………………………………………………...7

V. Metodología: …………………………………………………………………………………………………….8

VI. Desarrollo del Diseño Hidráulico……………………………………………………………............9

VII. Conclusiones y Recomendaciones…………………………………………………………………...25

VIII. Bibliografía……………………………………………………………………………………………………..…26

IX. Anexos……………………………………………………………………………………………………………..27

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I. INTRODUCCIÓN

En el presente informe determinamos la aplicación de estructuras de obras hidráulicas.

El cual se basa en información desarrollada para el Proyecto: “Diseño del Canal de La

Mora”.

Este diseño está comprendido en una extensión de 1.520 Km de longitud y tiene una

capacidad de conducción de 2000 lt/s. Para esto se ha realizado una evaluación por

tramos y se ha optado por el diseño de un canal con características acondicionadas al

tipo de suelo que atraviese. Asimismo posibilitará mejorar el riego de las tierras de

cultivo, sin ningún problema de infiltraciones.

Con este diseño se ha buscado mejorar el canal de tierra en base a la información de

los trabajos de campo y elaboración del expediente que se desarrollaron el año 1995.

En tal sentido, en este informe se ha desarrollado los métodos existentes en el Diseño

Hidráulico de canales, al que se le ha reforzado mediante el empleo de software como

es el HCANALES para el procesamiento de datos y la obtención de los resultados

requeridos.

El diseño del canal la Mora comprende el revestimiento del canal de tierra, por

material de concreto con f’c=175kg/cm2 para secciones rectangulares y para

secciones trapezoidales con un f’c=140kg/cm2, según lo indica el expediente.

También se incluyó el diseño de dos alcantarillas, por el hecho de contar con dos

puentes rústicos ubicados en el sector. Y por ende también se hizo el diseño de

transiciones debido a cambios de sección de rectangular a trapezoidal.

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II. ANTECEDENTES

Canal la mora está ubicada en la Mora distrito de Chimbote, Provincia del Santa,

abastece a 260 hectárea, el cual tenía 450 a 500 litros/h pero esto fue reducido

por CHINECAS ya que consideraba que era mucha agua y que iban a malograr la

tierra, esto fue reducida a 300 litros/hora.

El canal tiene aproximadamente 40 años de ser construida, es abastecida por el

Rio Santa, su infraestructura es de concreto, algunos tramo tienen la forma

trapezoidal y otras rectangular, al pasar de los años su estructura fue

deteriorándose, en la base ha erosionado en los laterales el concreto se ha rajado

y deteriorado.

En el año 1995 se realizó un diseño del tramo 0+000 al 0+520, el cual no llego a

ejecutarse por falta de presupuesto. El diseño consistía en ampliar la base de

hasta 2mts. En ciertos tramos de la margen izquierda se planeó diseñar con

mampostería de piedra con la finalidad de proteger el borde del Dren.

En el tramo Km. 0+520 al 0+540 se buscar con mampostería de piedra en ambos

márgenes, y se planeó diseñar un puente rustico de 3.5mts. También en el tramo

0+540 al 0+840 se diseñó una sección rectangular con revestimiento de concreto

en su inicio variando a sección trapezoidal. En el tramo Km. 1+490 al 1+515 se

diseñó revestido a ambos márgenes mejorando la pendiente en la entrega al canal

Chimbote y la construcción de un puente rustico de 4mts en la progresiva Km.

1+508.

Con el paso de los años no se ha contado con otro expediente que otorgue un

diseño alternativo del Canal La Mora.

Así mismo tenemos que la población viene sufriendo la escasez del recurso hídrico,

y solo está disponible el agua de canal que hay que acarrear hasta las viviendas en

muchos casos alejada. Dado que muchos pobladores del Anexo la Mora del C.P

Cascajal, no cuentan con trabajo permanente (cosechas) y sus actividades son de

carácter temporal.

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III. OBJETIVOS:

3.1.OBJETIVO GENERAL:

El objetivo general del presente diseño es analizar y diseñar un canal mediante los

conocimientos previos de hidráulica de canales y las condiciones reales de terreno,

que sirvan como guía para el diseño de canales, así como establecer los requisitos

mínimos de seguridad que deben cubrirse para su correcto funcionamiento.

3.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS :

Mejorar el sistema de distribución de riego en la zona, vía revestimiento del

canal, consecuentemente; disminuir las pérdidas de agua por filtración.

Potenciar el uso sostenido del recurso hídrico hacia las parcelas agrícolas.

Mejorar el canal de riego existente.

Preservar la calidad y conservación de suelos agrícolas.

Mejorar el nivel y la calidad productiva de las áreas de mejoramiento agrícola.

Mejorar los niveles de vida de la población directamente beneficiada y

población aledaña.

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IV. ZONA DE ESTUDIO:

La zona donde que se diseñara es el Canal La Mora que se encuentra ubicada en la

Región Chavín, Provincia Santa, Distrito Chimbote Sector Las Moras, en el margen

izquierdo del Rio Santa.

La obra proyectada se encuentra situada en el área de influencia del Canal Carlos

Leight-

Fig. 1: ubicación del canal la mora

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Sector las Moras. El canal la Mora se encuentra ubicada 15Km de la ciudad de Chimbote.

Fig. 2: Vista satelital del anexo la mora

4.1. DESCRIPCIÓN DEL CANAL :

El tramo del canal La Mora diseñado tiene una longitud de 1.520 Km, entre sus

características tenemos que el canal es de tipo tierra, respecto al área de riego, el

canal está diseñado para un caudal de 2000lt/s, necesarios para irrigar las 200 Has, en

cultivo, también estas aguas servirá para dotar de agua al canal Chimbote. Los tipos de

cultivos que oferta dicha zona son algodón tanguis, ají paprika, esparrago, alcachofa,

maíz, algodón hazera, ají escabeche, paltos, caña de azúcar, alfalfa, y frutales, entre

otros. La topografía del terreno corresponde a un terreno ondulado. La topografía del

terreno donde se encuentra ubicado el canal mantendrá el caso existente y

conservando su alineamiento dando el ancho necesario de la caja y uniformizando la

sección que permita fijar la nueva rasante como indica el estudio.

4.2. RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN:

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Para el diseño del Canal La Mora ubicada en la Región Chavín, Provincia Santa, Distrito

Chimbote, Sector Las Moras. Se contó con la ayuda de la Institución COLEGIO DE

INGENIEROS DEL PERÚ, teniendo una entrevista con Decano de dicha Institución quien

nos facilitó la información de un Ingeniero que trabajo como Proyectista en el

reconocido Proyecto Especial Chinecas, el cual nos facilitó la copia de un Expediente

Técnico, que se había elaborado en el año 1995. También tuvimos comunicación con

un miembro de la junta de usuarios quien nos facilitó información de los tipos de

cultivos que oferta dicha zona.

V. METODOLOGÍA:

Primero se hizo una revisión bibliográfica donde se hizo una búsqueda en diversos

medios como bases de datos y recolectando diversas informaciones de entidades

como la junta de usuarios y el colegio de ingenieros del Perú (C.I.P), realizamos el

diseño con el Programa Hcanales para observar los resultados obtenidos y además

hicimos otros cálculos con fórmulas enseñadas en clases.

Posteriormente, se desarrollamos una serie de programas que le permiten al usuario

obtener los coeficientes de Manning, Rugosidad Absoluta, ancho de solera (b), la

velocidad, el tirante, el perímetro, etc. con su respectiva incertidumbre, a partir

de datos medidos directamente en campo como altura, pendiente, diámetro y

velocidad.

Formulas parta el diseño de alcantarillas:

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Calculo del área: A = QV

Cálculo del diámetro: D = (4∗Aπ

¿1/2

Calculo de área real: A = π D2

A

Calculo de la velocidad real:V=QA

Calculo de la pérdida: Hv= V2

2g

Cálculos de cotas:

NAEA = Cota A + Y

Cota B = NAEA – (D + 1.5 Hv)

Cota F = Cota B + D + Cobertura

Cota E = Cota A + H

Calculo del borde libre:

H = Y +BL

Calculo de la longitud de la alcantarilla:

L = 2 * Z (Cota F – Cota E) + ancho del camino.

Calculo de la caída de la tubería:Δz = L * S

Calculo en la Cota C: Cota C = Cota B – Δz

Calculo de la pendiente de la línea de energía:

SE = (V∗n

R2/3 )2

Hallamos el radio hidráulico:D4

Calcular el hfe:

Hfe = L * E

Calculamos las perdidas asumidas:

Ht1 = 1.5 * Hv +hfe

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Calculo de nivel de agua a la salida NASA:

NASA = NAEA + Ht1

Calculo de la cota D:

Cota D = NASA – Y

Calculo de longitud de transición:

L1 = 3D = 3 * d

Calculo del talud de transición:

Z = L(minimo)

elevacion A−elevacion B

Calculo de las pérdidas totales:

Htz = Q2( 0.0828(1+Ke)D 4 + 10.2907∗L∗n2

D16/3 )

Formulas para el diseño de transiciones:

Calculo de transiciones:

¿=4.7 (b )+1.657ZcYc

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VI. DESARROLLO DEL DISEÑO HIDRÁULICO.:

VI.1 DISEÑO DEL CANAL LA MORA

DATO: Q =2 m3/seg; n=0.014 (concretorevestido)

0+00 0+520 0+538.20 0+840

DATOS: H Canales: VER CALCULO N° 01 DATOS: H Canales:

Q=2 m3/seg Y =0.69 Q=2 m3/seg b =2.40

Z = 0 b =1.38≈ 1.40 m Z = 0 NF = 0.465

S = 0.0035 NF = 0.80 S = 0.000863 V =1.21 m/seg

V =2.08 m/seg Y =0.69 H = Y+BL =0.89

Asumo un BL = 0.20

H = Y+BL =0.89

NOTA: En el tercer tramo como se observa en la figura calculamos la base para que mi tirante sea 0.69 al igual que en el primer tramo

Q =2 m3/segD=63”=1.60M

Q =2 m3/seg

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0+840 1+188 1+490 1+499

DATOS: H Canales: DATOS: H Canales: DATOS:

Q=2 m3/seg b =2.00 Q=2 m3/seg b =2.60 Q=2 m3/seg b =2.60

Z = 0.50 NF = 0.512 Z = 0.50 NF = 0.4035 Z = 0.50 NF =O.545

S = 0.000863 V =1.24 m/seg S = 0.0005 V =0.9905 m/seg S = 0.001 V =1.31

Y =0.69 H = Y+BL =0.89 Y =0.69 H = Y+BL =0.89 Y =0.69 H = 0.89

1+499 1+517.20 1+520.00

CANAL CHIMBOTE

VER CALCULO 2 DATOS IGUAL QUE EL TRAMO ANTERIOR DEL CANAL

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D=63”=1.60M

Q =2 m3/seg Q =2 m3/seg

Q =2 m3/seg

Q =2 m3/seg

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Calculo de transiciones:

¿=4.7 (b )+1.657ZcYc

Donde:

¿=Longitud de transicion

b=Anchodesolera enel canal desalida¿

Zc=Taludenel canal trapezoidal

Yc=Tirante del canalde salida

PROGRESIVA: 0+5338.20

¿=4.7 (2.40 )+1.657 (0)X (0.69)

¿=11.28

PROGRESIVA: 0+840

¿=4.7 (2. )+1.657 (0.5)X (0.69)

¿=9.97

PROGRESIVA: 1+188

¿=4.7 (2.6 )+1.657(0.5)X (0.69)

¿=12.79

PROGRESIVA: 1+490

¿=4.7 (1.85 )+1.657 (0.5)X (0.69)

¿=9.27

PROGRESIVA: 1+517.2

¿=4.7 (1.85 )+1.657 (0.5 ) X (0.69 )=¿=9.27

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VI.2 CALCULO CON EL SOFTAWARE H CANALES:

PRIMER TRAMO

Con estos datos obtuvimos el ancho de la solera que es de b = 1.3854 redondeamos entonces b = 1.40 y ingresamos al software para calcular los otros datos restantes.

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SEGUNDO TRAMO

Con la ayuda de este software calculamos una base que pueda cumplir las condiciones de mi tirante calculado en el primer tramo Y= 0.69 y así nos dio una base de 2.40. Al igual que en los tramos siguientes.

TERCER TRAMO

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CUARTO TRAMO

QUINTO TRAMO

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SEXTO TRAMO

VI.3 CALCULO N° 1 :DISEÑO DE UNA ALCANTARILLA:

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TRAMO: 0 + 520

Canal de tierra:

Vmax. = 1.06 m/s. (canal de tierra). Ver tabla N°...

A = QV

= 2m / s1.06m / s

=1.887m 2.

Calculo de Diámetro:

D = (4∗Aπ

¿1/2¿( 4∗1.887π

)1/2

D = 1.55m * 100cm1m

=155 cm……¿

Entonces: D = 1.6002 m.

Calculo del área real:

A = π D2

A=

π (1.6002)2

4

A real: 2.011

Calculo de la velocidad real:

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Datos canal Datos alcantarilla para el cruce de un camino parcelario

Q = 2 m3/seg. N= 0.014B = 1.40 m. S= 0.0035 (criterio de diseño).Z = 1.5 m. Ancho de camino = 6.00 m.

S = 0.0035.

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Cota B = 81.4498

V=QA

=2m2/s

2.011

V real = 0.994 m/s.

Calculo de la perdida:

Hv= V2

2g=

(0.994)2

2∗9.81

Hv= 0.05

Cálculos de las cotas:

NAEA = Cota A + Y

NAEA = 82.435 + 0.69


Cota B = 83.125 – (1.6002 + 1.5 (0.05))


Cota F = 81.4498 + 1.6002 + 0.60… (Criterio de diseño).

Cota E = Cota A + H

Cota E = 82.435 + 0.89



|

NAEA = 83.125

Cota F = 83.65

Cota E = 83.325


H = Y +BL

H = 0.69 + 0.20… (Criterio de diseño)

H = 0.89.

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L = 2 * 1.5 (83.65 – 83.325) + 6... (Transito, camiones pesados)

L = 6.975 Entonces: L = 7.00m.

Calculo de la caída de la tubería:

Δz = L * S

Δz = 7.00 * 0.0035 Entonces: Δz = 0.025

Calculo en la Cota C:

Cota C = Cota B – Δz

Cota C = 81.4498 – 0.025 Entonces: Cota C = 81.425


SE = (V∗n

R2/3 )2 = ( 0.994∗0.014(0.40)2/3 )2

SE = 0.00066

Calcular el hfe:

Hfe = L * E = 7.00 * 0.00066

Hfe = 0.0046.


Ht1 = 1.5 * Hv +hfe

Ht1 = 1.5 (0.05 + 0.0046)

Ht1 = 0.0796.


NASA = NAEA + Ht1

NASA = 83.125 + 0.0796

NASA = 83.045.

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Hallamos el radio hidráulico:

D4

=1.60024

R = 0.40

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Calculo de la cota D:

Cota D = NASA – Y

Cota d = 83.045 – 0.69

Cota D = 82.355.


L1 = 3D = 3 * 1.6002 Entonces: L1 = 4.80m. (Mínimo)

L2 = 4D = 4 * 1.6002 Entonces: L1 = 6.40m.


Z = L(minimo)

elevacion A−elevacion B= 4.8082.435−81.4498

Z = 4.873.


Htz = Q2( 0.0828(1+Ke)D 4 + 10.2907∗L∗n2

D16/3 )Htz = (2)2( 0.0828(1+0.5)(1.6002)4

+10.2907∗7.00∗(0.014)2

(1.6002)16/3 )Htz = 0.08036.

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VI.4 CALCULO N°2: DISEÑO DE UNA ALCANTARILLA:

TRAMO: 1 + 499

Canal de tierra:

Vmax. = 1.06 m/s. (canal de tierra). Ver tabla N°...

A = QV

= 2m / s1.06m / s

=1.887m 2.

Calculo de Diámetro:

D = (4∗Aπ

¿=( 4∗1.887π

)1/2

D = 1.55m * 100cm1m

=155 cm……¿

Entonces: D = 1.6002 m.

Calculo del área real:

Datos canal Datos alcantarilla para el cruce de un camino parcelario

Q = 2 m3/seg. N= 0.014B = 1.40 m. S= 0.0005 (criterio de diseño).Z = 1.5 m. Ancho de camino = 6.00 m.

S = 0.0005.

2013

Cota B = 80.576

A = π D2

A=

π (1.6002)2

4

A real: 2.011

Calculo de la velocidad real:

V=QA

=2m2/s

2.011

V real = 0.994 m/s.

Calculo de la perdida:

Hv= V2

2g=

(0.994)2

2∗9.81

Hv= 0.05

Cálculos de las cotas:

NAEA = Cota A + Y

NAEA = 81.561 + 0.69


Cota B = 82.561 – (1.6002 + 1.5 (0.05))


Cota F = 80.576 + 1.6002 + 0.60… (Criterio de diseño).

Cota E = Cota A + H

Cota E = 81.561 + 0.89

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NAEA = 82.251

Cota F = 82.776

Cota E = 82.451


H = Y +BL

H = 0.69 + 0.20… (Criterio de diseño)

H = 0.89.

2013



L = 2 * 1.5 (82.776 – 82.451) + 6... (Transito, camiones pesados)

L = 6.975 Entonces: L = 7.00m.

Calculo de la caída de la tubería:

Δz = L * S

Δz = 7.00 * 0.0005 Entonces: Δz = 0.0035

Calculo en la Cota C:

Cota C = Cota B – Δz

Cota C = 80.576 – 0.0035 Entonces: Cota C = 80.5725


SE = (V∗n

R2/3 )2 = ( 0.994∗0.014(0.40)2/3 )2

SE = 0.00066

Calcular el hfe:

Hfe = L * E = 7.00 * 0.00066

Hfe = 0.0046.


Ht1 = 1.5 Hv +hfe

Ht1 = 1.5 (0.05 + 0.0046)

Ht1 = 0.0796.

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Hallamos el radio hidráulico:

D4

=1.60024

R = 0.40

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NASA = NAEA + Ht1

NASA = 82.251 + 0.0796

NASA = 82.171.

Calculo Cota D:

Cota D = NASA – Y

Cota D = 82.171 – 0.69

Cota D = 81.481.


L1 = 3D = 3 * 1.6002 Entonces: L1 = 4.80m. (Mínimo)

L2 = 4D = 4 * 1.6002 Entonces: L1 = 6.40m.


Z = L(minimo)

elevacion A−elevacion B= 4.8081.561−80.576

Z = 4.873.


Htz = Q2( 0.0828(1+Ke)D 4 + 10.2907∗L∗n2

D16/3 )

Htz = (2)2( 0.0828(1+0.5)(1.6002)4+10.2907∗7.00∗(0.014)2

(1.6002)16/3 )Htz = 0.08036.

Dibujo de la longitud de la alcantarilla de ambos cálculos:

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VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

CONCLUSIONES

En cuanto al proceso de diseño se puede decir, que cuando se comenzó en

realidad no teníamos datos precisos de diseño y que uno de nuestros objetivos era

fortalecer estos.

Conforme avanzo el desarrollo del diseño, nuestros objetivos se fueron ampliando

y pudimos realizar un diseño que pueda cumplir con los parámetros enseñados en

clase.

Concluimos que hubiese sido mejor llevar un estudio más exhaustivo, para al final

poder contar con un diseño más preciso.

RECOMENDACIONES

Se recomienda un análisis exhaustivo, antes de empezar con el diseño de un

canal. Se realizara una visita a la zona de construcción de canal, para evaluar las

características del terreno.

Se hará un levantamiento topográfico para ver las estaciones, las cotas

pendientes, o la diferencia de altura que pueda haber en el terreno.

Se logró desarrollar y validar una metodología para la el diseño de canales

mediante el programa Hcanales, teniendo resultados favorables para nuestro

diseño.

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VIII. BIBLIOGRAFÍA :

Villon Bejar Máximo. Diseño de Estructuras Hidráulicas. Instituto Tecnológico de Costa

Rica, Escuela de Ingeniería Agrícola. Lima Perú.

Urcia Cueva, José Alfonso. Canales de Riego. Colección de la Construcción. Lima- Perú

2003.

Villon Bejar Máximo. .Manual Práctico para el Diseño de Canales. Instituto Tecnológico

de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Agrícola. Lima Perú.

LINCOGRAFIA

http://www.fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2013/02/05/

Manual_de_Hidraulica_de_Canales.pdf

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/basic/palomino_bj/

palomino_bj.pdf

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2013

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/basic/palomino_bj/palomino_bj.pdf

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/basic/palomino_bj/palomino_bj.pdf

http://www.fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2013/02/05/Manual_de_Hidraulica_de_Canales.pdf

http://www.fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2013/02/05/Manual_de_Hidraulica_de_Canales.pdf

IX. ANEXOS.

TABLA N° 1: Taludes apropiados para distintos tipos de material

TABLA N° 2: Pendientes laterales para canales según su tipo de suelo

TABLA N°3 : coeficiente de rugosidad

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Panel fotográfico:

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Figura n° 01: canal de tierra con restos de hierbas.

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Figura n° 02: Cierto tramo de canal trapezoidal revestido con concreto.

Figura n° 03: Cierto tramo de canal tierra en mal estado.

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Figura n° 04: Cierto tramo de canal de tierra podemos apreciar un puente rustico, para el paso de los vehículos.

Figura n° 05: canal de tierra podemos apreciar plantas que se encuentran alrededor y canal en muy mal estado.

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Figura n° 06: canal de tierras deterioradas lleno de escombro y basura.

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Informe Canal La Mora (1)

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