UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

INFORME # 5

Tema:

Diseño de reservorio

Curso: Hidráulica

Nombres: Geancarlo Figueroa Valverde

Código: 20060282

Profesor: Ing. Ascencio

Ciclo: 2012 –I

Junio Del 2012

PASOS PARA EL DISEÑO DE RESERVORIO

Determinar

Capacidad de reservorio Dimensionar el canal rectangular y trapezoidal. Perdida por infiltración Diseño de reservorio de pirámide truncada Costos de movimiento de tierras y precios de geomembrana

Datos

ETC: 5 mm/día Turno de riego: 12 horas cada 7 días. Ef.: 80% Área del terreno: 20 Has. Infiltración (Ib): 20mm/hora Suelo arenoso Coeficiente de rugosidad (n): 0.016 Pendiente:

De a cuerdo con el gráfico: S=200−1992000

=0.0005 mm

=0.5%0

Procedimiento

1. Primero determinamos las necesidades hídricas del terreno.

Lb=ETC /E f

Lb=5mmdía

/0.8

Lb=6.25mmdía

Por lo tanto la lamina bruta (Lb) es de 6.25mm

día . Como nuestro terreno es de 20has

calculamos el volúmen de requerido por el terreno.

volúmen por día=6.25mmdía

∗20has=1250m3

día

2. Como nuestro turno de riego es de 12 horas cada 7 días, procedemos a calcular el volúmen de nuestro reservorio.

Como Q=1250m3

día en 7 días nuestro volúmen será de 1250m

3

día∗7 días=8750m3

200m

199m

Reservorio

20has

Canal

3. Para dimensionar el canal necesitamos el caudal necesario para llenar el reservorio en 12 horas.

Q= vTr

=8750m3

12hr=0.203m

3

seg

Considerando de acuerdo a nuestro Q=0.203m3

seg un caudal de seguridad de

Qs=0.250m3

seg=250 l

seg . Es decir una eficiencia del 81%

Datos para diseño de canal rectangular en máxima eficiencia:

Demisiones de tirante y base en Max Ef: 2 y=b Coeficiente re rugosidad: 0.016

Pendiente: 0.5%0=0.0005mm

Hallamos las dimensiones de un canal rectangular usando “Hcanales”.

Datos para diseño de canal trapezoidal en máxima eficiencia:

Demisiones de tirante y base en Max Ef: by=2 (√1−z2−z )

Talud “Z”: 1 Coeficiente re rugosidad: 0.016

Pendiente: 0.5%0=0.0005mm

Hallamos las dimensiones de un canal trapezoidal usando “Hcanales”.

4. Para hallar las perdidas por infiltración (PI) en canal trapezoidal desarrollamos la siguiente ecuación.

PI=Pm∗Lc∗IbDatos

Perímetro mojado (Pm): 1.82m Longitud del canal (Lc): 2000m Infiltración básica (Ib): 20mm/hora

PI=1.82m∗2000m∗20 mmhora

=72.8m3

hora

Es decir que el PI=72.8m3

hora=0.02 m3

seg , como nuestro caudal es de 0.250m3/seg y el

caudal real es de 0.230m3/seg, tenemos una eficiencia de canal (Efc) del 0.92%.

Como el canal estará operativo durante 12horas, tenemos.

PI ( v )=

72.8m3

hora∗12horas

día=873.6m3

cada día de riego.

5. En el diseño de reservorio de pirámide truncada tenemos.

a. Cálculo de volúmen óptimo del reservorio.

El volumen necesario de reservorio para irrigar el terreno es 8750m3

Considerar una altura muerta de 0.5m Formula para volumen de pirámide truncada

V=h3∗(Amayor+Amenor+√Amayor∗Amenor )

Usando algunas iteraciones en Excel elegimos las demisiones mas adecuadas

Altura h: 4m Base menor: 40.5 Base mayor: 70m

b m

B m

8750=43∗(4900+1640.25+√4900∗1640.25)

b. Ahora calculamos las dimensiones reales del reservorio considerando una altura muerta “hm” de 0.5m y un borde libre “bl”de 0.3m.

Cálculo de la nueva altura, considerando hm y bl Cálculo de nueva base mayor y menor

Haciendo las correcciones en Excel tenemos:

Altura h: 4.8m Base menor: 38.66m Base mayor: 72.2m

10543.9747=43∗(5212.84+1494.5956+√5212.84∗1494.5956)

Es por eso que el nuevo volúmen es de 10543.9747m3 esto sería el volúmen de movimiento de tierra.Dimensiones del reservorio

72.2m

4.8m

38.66m

0.5m 0.5m

6. Costos de movimiento de tierra y geomembrana

a. Para el movimiento de tierra se tiene que el volúmen de tierra a mover es de 10543.9747m3 ≈ 10544m3 El terraplenado y la construcción de los estanques

La relación entre metros cúbicos extraídos y metros distribuidos, varía principalmente con la característica de compactación del suelo. Generalmente se utiliza una relación corte: aterrado de 1:1 cuando se prevee un buen trabajo de compactación y se retira entre 5 y 10% de suelo superficial. El productor deberá optar por el mejor equipamiento disponible para la construcción de su emprendimiento. Los mejores equipamientos, a pesar de costar más caros por hora trabajada, normalmente tienen un rendimiento que compensa ese costo. Es fundamental exigir operadores de maquinaria bien entrenados con el manejo de su equipo. En casos críticos un operador bien entrenado puede rendir el doble de lo que rinde uno con poca experiencia.

Con fines prácticos optamos por escavar la mita de volumen y el resto compensarlo con la distribución del suelo para evitar gastos en volquetes y maquinaria para la eliminación de suelo.

Maquinaria a usar

“Scrappers” (o traillas), función de corte, relleno y compactación

El scrapper o trailla, consiste en un equipo que corta y extrae la tierra en láminas, pasándola a una tolva que la acumula en su parte superior, procediéndose posteriormente a su descarga en el sitio seleccionado. Independiente del tamaño de los estanques, el equipamiento más eficiente para la construcción es el “scrapper” tirado por tractores, que realiza la extracción, o transporte para la deposición y la compactación del suelo durante la elevación de los taludes. Para obtener una buena eficiencia en el terraplenado es fundamental que la potencia del tractor sea adecuada al tamaño del “scrapper”. Se debe

0.6 m

0.6m

también tener en cuenta la textura del suelo en esta ecuación, puesto que los suelos arcillosos exigen mayor potencia de tractor. Por ejemplo, un scrapper de 7m3 en suelos leves, se realiza el servicio con tractores de 180CV. Preferentemente, los tractores deben poseer una trocha de 4x4 para disminuir su patinado.

Retroexcavadora

La retroexcavadora es un equipo versátil, casi siempre presente durante el proceso de construcción de los estanques. Sirve como equipo de apoyo a los equipos que están movilizando la tierra bruta, abriendo zanjas, retirando piedras y cargando material, entre otras funciones. Las retroexcavadoras se utilizan en la construcción de canales o en la apertura de zanjas para la colocación de caños. En la construcción de los canales es recomendable que la retroexcavadora tenga un cucharón trapezoidal que abra zanjas de paredes inclinadas, reduciendo el riesgo de desmoronamiento de las paredes de la fosa. Después, en el término de la construcción, se verá si es posible y económicamente justificable, la permanencia de la retroexcavadora en el emprendimiento; ya que es de gran utilidad para servicios de rutina como el cargado y distribución de cal, la cosecha mecanizada, el mantenimiento de las zanjas y los pequeños movimientos de tierra.

Compactación

La tierra depositada sobre el dique debe desparramarse (por medio del tractor o motoniveladora) en camadas menores a 20cm y sometidas a compactación. El equipo compactador debe pasar una y otra vez sobre el material, hasta que las marcas del propio equipo sobre el suelo compactado sean mínimas.

Para efectos prácticos consideraremos para la extracción del suelo la mitad del volumen total del reservorio, pues se empleara la otra mita en formar el terraplén que complete el volumen del reservorio. Consideraremos también una densidad de suelo suelto de 130% de la densidad natural.

Cálculos

volumenaextraer=10544m3

2=5272m3

volumende suelo suelto=5272m3∗1.3=6853.6m3

Para el cálculo de los costos consideramos el precio en dólares sobre m3

Maquinaria para operación de corte y relleno

Precio $/m3 Volumen Precio en $

Scrapper y tractor (corte y compactación)

6 4797.52 28785.12

Retroexcavadora 3 2056.08 6168.24TOTAL 34953.36

Precio de geomembrana

Datos para hallar Área total

Datos de reservorio pirámide trunca

En m

Perímetro mayor 288.834Perímetro menor 147.27639

2

En m2

Área mayor 5214.06747

Área menor 1355.64598

Área lateral 1048.2284Área Total 7617.9418

5Área total aproxima es de 7617.94185 m2 ≈ 7620m2

Área Precio ($/m2) Precio en $

Geomembrana (1mm) 7620 5 38100Instalación 7620 1 7620

total 45720

Costo total de ejecución del proyecto es de:

Costo total de

ejecución de la obra

80673.36 $

Conclusiones

El volumen necesario de agua para las 20 has es de 8750m3.

Las dimensiones del canal trapezoidal son:

Símbolo Valor Tirante y 0.49m Base b 0.41m

Froud F 0.31 (subcrítico) Espejo de agua T 1.41m Talud Z 1

Las perdidas por infiltración fue de PI=72.8m3

hora=0.02 m3

seg , como nuestro caudal es de

0.250m3/seg y el caudal real es de 0.230m3/seg, tenemos una eficiencia de canal (Efc) del 0.92%. Como el canal estará operativo durante 12horas, tenemos.

PI ( v )=

72.8m3

hora∗12horas

día=873.6m3

cada día de riego.

En sitios planos, los estanques deben mantener una profundidad de agua de por lo menos 1,0m, para evitar el fácil desarrollo de plantas acuáticas y algas filamentosas, que puedan dificultar el acceso de los organismos al alimento, perjudicar las cosechas y ocasionar problemas en la calidad del agua. Las áreas más profundas de los estanques deberán poseer entre 1,50 y 2,50m. Deben evitarse las profundidades por encima de los 3,00m, ya que favorecen la estratificación térmica del agua y promueve la formación de zonas anaeróbicas (sin oxígeno) en el fondo de los mismos.

Para el movimiento de tierra se tiene que el volúmen de tierra a mover es de 10543.9747m3 ≈ 10544m3 ; que es el área total de la pirámide trunca (reservorio). En nuestro caso el estanque se encontraba en nuestro terreno para cultivo por ello para

optimizar el área decidí aumentar la profundidad así esto signifique aumentar costos. Cuanto más profundo sea el estanque, mayor será el movimiento de tierra durante la

construcción. De esta forma, la construcción de estanques muy profundos encarece demasiado la obra, sin traer grandes beneficios a la producción. La profundidad del agua debe aumentarse en los bordes libres de los taludes. Esta varía de acuerdo con el tamaño de las olas que forme el viento (que generalmente es proporcional al tamaño de los estanques) y la flexibilidad deseada para el almacenamiento extra de agua (factor importante en algunas situaciones). Cuanto mayor es el estanque, mayor deberá ser su borde libre. Como sugerencia general, estanques de hasta 5.000m2 deben tener un borde libre de entre 0,30 y 0,40m. Estanques entre 2 y 4ha deben tener borde libre entre 0,40 y 0,50m.

Como la textura de nuestro suelo (arenoso), hizo optar por un talud de 1:3.3 aproximadamente.

Con los datos aproximado para estimar el precio obtuvimos como precio de ejecución de obra un valor de 80673.36 $