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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