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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“DISEÑO HIDRAULICO DE LAS OBRAS DE CONDUCCION DE RIEGO
DE CHILCA ANTE EL DÉFICIT DE AGUA EN EL CASERIO DE
MOTIL - AGALLPAMPA”
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO CIVIL
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: HIDRAULICA.
AUTOR: BR. CATHERINE ELLIEN FIGUEROA TRONCOSO
ASESOR: MG. RICARDO ANDRES NARVAEZ ARANDA.
TRUJILLO - PERÚ
2016
i
ACREDITACIONES
TÍTULO: “DISEÑO HIDRAULICO DE LAS OBRAS DE CONDUCCION DE RIEGO DE
CHILCA ANTE EL DÉFICIT DE AGUA EN EL CASERIO DE MOTIL -
AGALLPAMPA”
AUTOR:
Br. Catherine Ellien Figueroa Troncoso
APROBADO POR:
Ing. Manuel Antonio Villalobos Vargas
PRESIDENTE
N° CIP 7156
Ing. Jorge Luis Paredes Estacio
SECRETARIO
N° CIP 90402
Ing. Tito Alfredo Burgos Sarmiento
VOCAL
N° CIP 82596
Ing. Ricardo Andrés Narvaez Aranda
ASESOR
N° CIP 58776
ii
PRESENTACIÓN
SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:
De conformidad a lo estipulado por el Reglamento de Grados y Títulos de la Universidad
Privada “Antenor Orrego” de Trujillo, para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil,
someto a vuestra consideración la Tesis Titulada:
“DISEÑO HIDRAULICO DE LAS OBRAS DE CONDUCCION DE RIEGO DE
CHILCA ANTE EL DÉFICIT DE AGUA EN EL CASERIO DE MOTIL -
AGALLPAMPA”
Este trabajo es el resultado de la inquietud por tratar de mejorar y ofrecer una alternativa
ante el déficit de agua mediante el diseño hidráulico de obras de conducción de riego.
Es mi anhelo Señores de jurado, que el presente trabajo de Investigación, constituya un
aporte para el desarrollo del Área de Hidráulica en la Escuela de Ingeniería Civil de
nuestra Universidad, sirviendo de base para el desarrollo de futuros proyectos de
Investigación en esta rama.
Trujillo, Julio 2016
Br. Catherine Ellien Figueroa Troncoso.
iii
DEDICATORIA
La presente tesis está dedicada a mi familia por animarme en los momentos
más difíciles, a mi madre Levy por su amor, apoyo y paciencia, a mi hermana
Jacqueline que siempre me apoyó, ya que sin ella no hubiera logrado mis
metas y sueños, a mi hermano José Luis que siempre me aconsejó y a mi padre
que siempre me guía desde el cielo. A todos ellos mi gratitud.
Catherine Ellien
iv
AGRADECIMIENTOS
A Dios que me bendice y ayuda en cada día de mi vida, a los docentes de la
universidad por compartir sus conocimientos y experiencias; y en especial a mi
asesor ing. Ricardo Narvaez Aranda por su ayuda y amistad.
Catherine E. Figueroa Troncoso.
v
RESUMEN
El presente trabajo es el diseño hidráulico de las obras de conducción de riego de chilca
ante el déficit de agua en el Caserío de Motil - Agallpampa”, buscando una alternativa que
permita mejorar el sistema de riego.
Como se sabe en un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales
y obras de arte, así como el caudal, constituyen factores importantes en un proyecto de
riego.
Este último es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo,
condiciones climáticas, métodos de riego, etc. Es decir mediante la conjunción de la
relación agua- suelo- planta y la hidrología.
La presente tesis tiene como objetivo el diseño de las obras de conducción de riego, por lo
que es una necesidad conocer los métodos de cálculo, las fórmulas que se utilizan, los
parámetros que se requieren para los cálculos, todo esto para evitar errores como son las
perdidas tanto de filtración, evaporación o fugas por algunas tomas. Así los pobladores que
tienen terrenos de cultivo más alejados también se beneficien con el agua para su cultivo.
El Caserío de Motil Agallpampa fue escogido para este proyecto al ser uno de los que
depende mucho de la agricultura para poder sacar adelante a sus familias.
vi
ABSTRACT
This thesis is about the hydraulic design of the irrigation conduction works of Chilca in
front of the water deficit in the farmhouse of Motil – Agallpampa, looking for an
alternative for improving the irrigation system.
As it is known in an irrigation project, the part that comprise the design of the canals and
conducting works, as well as the water flow, constitute important factors in an irrigation
project.
The last one is a parameter that is obtained based on the type of soil, crop, climate
conditions, irrigation methods, etc. That is by the conjunction of the relations water - soil -
plant and hydrology.
this thesis has as objective the design of the irrigation conduction works, so it is a must to
know the calculation methods, formulas used, the parameters required for calculations, all
to avoid mistakes as they are loss both filtration and evaporation or leakage from diversion
point from river. So the people who has their cultivation land far away, also they are going
to get the benefits with the water for their crops.
The farmhouse of Motil Agallpampa was chosen for this project because is one of the
farmahouses that depends heavily of the agriculture to raise their families.
vii
INDICE GENERAL
ACREDITACIONES………………………………………………………………....... i
PRESENTACIÓN…………………………………………………………………......... ii
DEDICATORIA...………………………………………………………………............. iii
AGRADECIMIENTO………………………………………………………………….. iv
RESUMEN……………….……………………………………………………………... v
ABSTRACT…………..…………………………………………………….…………. vi
INDICE GENERAL………………..……………………………………………….… vii
INDICE DE TABLAS……………………………………………………….....………. x
INDICE DE FIGURAS……………………...……………………………………….. .. xi
I. INTRODUCCIÓN
1.1 Realidad Problemática……………………………………………………………… 1
1.2 Delimitación del problema……………………………………………………….…. 1
1.3 Características y análisis del problema..................................................................... 2
1.4 Formulación del problema.......................................................................................... 2
1.5 Formulación de la Hipótesis....................................................................................... 2
1.6 Objetivos del estudio................................................................................................... 2
1.6.1Objetivo General…………………………………………………………………. 2
1.6.2Objetivos Específicos.................................................................................................. 2
1.7 Justificación del estudio.............................................................................................. 3
1.8 Limitaciones del estudio.............................................................................................. 3
II. MARCO TEORICO
2.1 Antecedentes…………………………………………………………….…………… 4
2.2 Bases teóricas…………………..…………………………………………………… 5
2.2.1 Características de la zona del diseño del proyecto…….………………..……….… 5
2.2.1.1 Lugar de desarrollo del proyecto………..……..…………………………. 5
2.2.1.2 Acceso………………………………………….………………………… 6
viii
2.2.1.3 Ecología…………………………………..……………………………… 7
2.2.1.4 Hidrología…………………………………………………………..……. 7
2.2.1.5 Topografía…………………………………………………………………8
2.2.1.6 Cultivos………………………………………………………..……….… 8
2.2.1.7 Área y Numero de Familias Beneficiadas…………..………………….. 8
2.2.2 Estructuras Hidráulicas del Proyecto de Irrigación……………….……………..... 8
2.2.2.1 Clasificación de Obras Hidráulicas..……..…..…………………..………. 8
2.2.2.2 Canales……………………………..……..……………………….…….. 9
2.2.2.2.1 Definición………..………………………………………………..….... 9
2.2.2.2.2 Clasificación de los .canales……………….………………………… 9
2.2.2.2.3 Canales de riego por su función……………………………………..… 12
2.2.2.2.4 Criterios específicos de diseño……………………………………….. 13
2.2.2.2.5 Trazo de canales…………………………………………………...….. 15
2.2.2.2.6 Criterios específicos para el trazado de los canales laterales………… 18
2.2.2.2.7 Radios mínimos en canales………………...………..……………….. 18
2.2.2.2.8 Bordo libre…………………………………………………………… 18
2.2.2.2.9 Rugosidad………………...………..………………..………………. 19
2.2.2.3 Bocatoma…………………………………………………………….... 20
2.2.2.3.1 Definición……………………………………………..……………… 20
2.2.2.3.2 Tipos de Bocatoma…………….…….…………………………..….. 21
2.2.2.3.3 Partes de una Captación…………………………………….……….. 22
2.2.2.3.3.1 Barraje…………….………….…….…………………………..….. 22
2.2.2.3.3.2 Presas Derivadoras o Azudes……………………………………… 22
2.2.2.3.3.3 Barraje…………….………….…….………………………..…….. 23
2.2.2.3.3.4 Presas Derivadoras o Azudes…………………………….………….. 23
2.2.2.3.3.5 Barraje…………….………….…….……………………………….. 24
2.2.2.3.3.6 Presas Derivadoras o Azudes……………………………………….. 24
2.2.2.3.3.7 Barraje…………….………….…….……………………………….. 24
2.2.2.3.3.8 Canal de conducción………………………………………..……….. 24
2.2.2.3.3.9 Vertederos o Aliviaderos…….…….…………………………..…….. 24
ix
2.2.2.3.3.10 Desripiador…………………...………………………….………….. 25
2.2.2.3.3.11 Contrasolera y colchón de Agua………...……………….………….. 25
2.2.2.3.3.12 Muros de Encauzamiento…..……………………………….……… 25
2.2.2.3.4 Datos Básicos para el Diseño…………………………………….…….. 26
2.2.2.3.4.1 Caudal de Diseño……………………………………………….……. 26
2.2.2.3.4.2 Ubicación de la Bocatoma…..……………………………………….. 26
2.2.2.4 Desarenador-Cámara carga…..…………………………………………… 27
2.2.2.4.1 Definición……………………………………………..……………… 27
2.2.2.4.2 Clases de desarenador……….……….……………………………….... 27
2.2.2.4.3 Desarenador de lavado intermitente……………………………..…….. 28
2.2.2.4.4 Fases del desarenamiento……………………………..………………… 28
2.2.2.4.5 Elementos de un desarenador…………………………………………. 28
2.2.2.4.6 Criterios de diseño………..………………………………………..….. 32
2.2.2.5 Tomas laterales….……………………….……………………………….. 38
2.2.2.5.1 Definición……………………………………………………………… 38
2.2.2.5.2 Consideraciones hidráulicas….……….……………………………….. 39
2.2.3 Gestión de Riego…….………………………………………………………….... 40
2.2.3.1 Definición…………………………………..………………………….…. 40
2.2.3.2 Derechos de agua………………………….…………………………….. 41
2.2.3.3 Modalidades de Distribución……….…………………………………… 41
2.2.3.4 Mantenimiento……..……………………….…………………………….. 42
2.2.3.5 Criterios Generales de Diseño……….…………………………………… 42
2.3 Definición de términos……………………………………………………………… 45
III. MATERIAL Y MÉTODOS
3.1 Material…….………………………………………..…………...……………...…. 48
3.1.1Población…………………………………………………………………………... 48
3.1.2Muestra........................................................................................................................ 48
3.1.2Unidad de Análisis....................................................................................................... 48
x
3.2Método…………………………………………..………………………..……..….. 48
3.2.1Nivel de Investigación………………………………………………………...…… 48
3.2.2Diseño de Investigación............................................................................................... 48
3.2.3Variables de estudio y operacionalización…………….………………...………… 50
3.2.4Técnicas e Instrumentos de recolección de datos........................................................ 51
3.2.3Técnicas de Procesamiento de datos………………………………………………. 51
3.2.4Técnicas de análisis de datos....................................................................................... 52
IV. RESULTADOS…………………………………………………..…………….… 52
VI. DISCUSION DE RESULTADOS…..…………………………………………… 73
VI. CONCLUSIONES………………………………………………………………… 73
VII. RECOMENDACIONES…………………………………….…………………… 74
VII. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………….. 76
ANEXOS............................................................................................................................. 78
xi
INDICE DE TABLAS
Tabla Nº1: Coeficiente de fricción de Hazen – williams C
Tabla Nº2: Radio mínimo en función al caudal
Tabla Nº3: Valores de Rugosidad para distintos materiales y condiciones de canal.
Tabla Nº4: Velocidades máximas permisibles en canales de distinto material (Villón,2001)
Tabla Nº5: Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.
Tabla Nº6: Diámetro límite de sólidos en suspensión.
Tabla Nº7: Velocidad de caída promedio.
Tabla Nº8: “K” para pequeñas velocidades de flujo.
Tabla Nº9: Tiempo de sedimentación promedio.
Tabla Nº10: Ejemplos de relación entre el tipo de riego y características de las obras de
riego.
Tabla Nº11: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Sostenibilidad
y durabilidad)
Tabla Nº12: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Funcionalidad
y flexibilidad.)
Tabla Nº13: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Manejabilidad
y transparencia)
Tabla Nº14: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego
(Mantenibilidad)
Tabla Nº15: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (seguridad)
Tabla Nº16: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Eficiencia de
costos)
Tabla Nº17: Operacionalización de variables.
Tabla Nº18: Porcentaje por tipo de Material.
Tabla Nº19: Aforo en la captación.
Tabla Nº20: Tipos de sección..
Tabla Nº21: Valores obtenidos utilizando Hcanales.
Tabla Nº22: Matriz de Consistencia del Proyecto.
xii
INDICE DE FIGURAS
Figura N° 1: Ubicación del Distrito de Agallpampa.
Figura N° 2: Acceso al lugar de estudio.
Figura N° 3: Flujo en conductos.
Figura N° 4: Sección transversal irregular.
Figura N° 5: Canal prismático.
Figura N° 6: Secciones artificiales transversales tipos.
Figura N° 7: Red de riego con ‘laterales de canto’ (izq.) y ‘laterales espina de pez’ (der.)
Figura N° 8: Ejemplo de un esquema Hidráulico.
Figura N° 9: Desarrollo óptimo de las pendientes en redes de riego
Figura N° 10: Bocatoma Lateral.
Figura N° 11: Bocatoma de Fondo.
Figura N° 12: Desarenador convencional.
Figura N° 13: Desarenador de 2 unidades en paralelo (planta).
Figura N° 14: Esquema de un desarenador de lavado intermitente
Figura N° 15: Desarenador (Planta y corte longitudinal).
Figura N° 16: Desarenador de 1 unidad con by pass (planta).
Figura N° 17: Angulo de divergencia suave
Figura N° 18: La llegada de agua.
Figura N° 19: Toma con doble compuerta
Figura N° 20: Toma con doble compuerta
Figura N° 21: Equipo para la topografía
Figura N° 22: Vista del rio
Figura N° 23: Vista del caserío de Motil.
Figura N° 24: Vista del canal actual.
Figura N° 25: Vista del trayecto del rio
Figura N° 26: Tomas de mediciones
Figura N° 27: Mira para la determinación de alturas
Figura N° 28: Donde se aprecia la longitud del tramo a prueba
Figura N° 29: Donde se aprecia flotador en el tramo a prueba
xiii
Figura N° 30: Donde se aprecia la longitud del ancho del canal.
- 1 -
I. INTRODUCCIÓN:
1.1 Realidad problemática
Entre todos los recursos naturales, el más importante para el bienestar de la
humanidad es el agua. Durante milenios constituyo un patrimonio enteramente
disponible del que los habitantes de la Tierra se servían despreocupadamente.
Con el progreso surgieron los agrupamientos urbanos, cuyas múltiples actividades
cada día exigen mayor cantidad de agua. El abastecimiento para suplir esta necesidad,
se vuelve en extremo complejo e implica factores técnicos, sociales, económicos,
legales y políticos administrativos.
En muchas ocasiones, el problema no se limita solamente al aprovisionamiento del
agua para uso doméstico e industrial, sino que se extiende a la agricultura y a la
ganadería, las que dependen de la cantidad y distribución de las lluvias.
El agua no se distribuye uniformemente en el tiempo y el espacio. A veces se
encuentran grandes volúmenes lejos de los centros de población o cuando están
próximas, pueden resultar impropias para el consumo. A veces pequeños ríos tienen
agua en condiciones satisfactorias, pero no son aprovechables porque en ciertas
épocas del año, su flujo es nulo.
de las vías, contaminación del suelo, contaminación de aguas superficiales y
subterráneas, una alta polución atmosférica, así como evidentes efectos asociados a la
erosión del suelo.
1.2. Delimitación del problema
La presente investigación se delimita al Diseño Hidráulico de las Obras de
conducción de Riego de Chilca ante déficit de agua en el caserío de motil
-Agallpampa.
- 2 -
1.3. Características del problema
Deficiente infraestructura para riego.
Insuficiente infraestructura para riego.
Inadecuado uso del agua para riego
1.4. Formulación del Problema
¿Cómo el Diseño Hidráulico de las Obras de Conducción de Riego nos permite proponer
una posible solución ante el déficit de agua en el caserío de Motil Agallpampa?
1.5. Formulación de la Hipótesis
“Mediante el diseño hidráulico y la determinación de las características hidráulicas de
las obras de conducción se logrará un diseño óptimo, eficiente de acuerdo al caudal que
demanda las áreas de riego de Motil”.
1.6. Objetivos del estudio:
1.6.1 Objetivo General:
Realizar el diseño hidráulico de las obras de conducción de riego de
chilca ante el déficit de agua en el caserío de motil - Agallpampa
1.6.2 Objetivos Específicos:
Analizar la problemática de riego de Chilca
Realizar estudios básicos de ingeniería: topografía y mecánica de suelos
Realizar el diseño hidráulico de las estructuras de captación y conducción.
- 3 -
1.7. Justificación del Estudio:
El proyecto surge bajo la necesidad de un diseño hidráulico de las obras de
conducción de riego de chilca para mejorar el rendimiento de los cultivos del área.
El proyecto está orientado al conocimiento y a la realización del estudio a nivel de
Ingeniería del mejoramiento del canal y proponer el tipo de obras que permitan un
eficiente aprovechamiento del recurso hídrico.
Aplicando procedimientos y metodologías hidráulicas para este.
1.8. Limitaciones del estudio
Recursos económicos limitados del gobierno local, gobierno regional y gobierno central
de nuestro País.
- 4 -
II. MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes
Luego de las pesquisas realizadas se han encontrado los siguientes estudios de
investigación similares o afines:
1) Chuquillanqui, P. (2002), en su investigación “Construcción y Caracterización
del Mejoramiento del Canal el Lanche”, se propuso como objetivo: realizar el
mejoramiento del canal. Su estudio concluyó que La construcción de la obra
mejoramiento del canal El Lanche permite mejorar las condiciones de vida de la
población del caserío de Succhil. Aumentando así la producción y productividad
agrícola contribuyendo al desarrollo socio-económico de sus beneficiarios.
2) Diaz, C. (2014) en su investigación “Diseño Hidráulico y Agronómico para un
Sistema de Riego Tecnificado del Sector la Arenita, Distrito Paiján -Chicama”, se
propuso como objetivo: Analizar la problemática agrícola y de riego de la zona de
estudio. Su estudio concluyó que los bajos rendimientos obtenidos en las cosechas
son consecuencia de la deficiente tecnología aplicada en riego y en el manejo del
cultivo, así como también por la frecuencia irregular del agua de riego superficial
en el valle de Chicama.
3) Villafuerte, S. (2010) en su investigación “Diseño de captación, conducción
principal, reservorio y redes secundarias del proyecto de riego cariacu-romerillos”,
se propuso como objetivo: Realizar el diseño de un sistema de riego eficiente y
estable. Su estudio concluyó que los estudios del proyecto cariacu-romerillos,
permitieron determinar parámetros necesarios para evaluar a nivel definitivo el
potencial hídrico para abastecimiento de agua de riego.
- 5 -
2.2 BASES TEÓRICAS:
2.2.1 Características de la zona del diseño del proyecto:
2.2.1.1 Lugar de desarrollo del proyecto:
Localidad : Caserío Motil
Distrito : Agallpampa
Provincia : Otuzco
Departamento : La Libertad
Figura N° 1: Ubicación del Distrito de Agallpampa.
- 6 -
2.2.1.2 Acceso:
El sistema de transporte por carretera es el de mayor importancia y
naturalmente el de mayor uso para acceder directamente a la zona en que se
ubican las obras. Es el más utilizado para la movilización de cargas y
pasajeros entre los centros de producción y consumo
El distrito de Agallpampa se encuentra ubicado al este de la ciudad de
Trujillo, y la localidad de AGALLPAMPA, está a 83 kilómetros de Trujillo y
a 3,117 metros sobre el nivel del mar, tiene una población distrital estimada
en poco más de 10 mil habitantes y por su ubicación se le llama “Puerto
Terrestre”, y luego trasladarse a la Localidad de Motil que está a unos 15
km.
Figura N° 2: Acceso al lugar de estudio.
- 7 -
2.2.1.3 Ecología:
La nomenclatura usada para la identificación de las formaciones ecológicas es
la correspondiente a pisos altitudinales, debido a que la cuenca es un área
montañosa que asciende desde el nivel del mar hasta la divisoria continental
(aproximadamente 3000 m.s.n.m.) presentando pisos altitudinales que poseen
características propias.
Estudios ecológicos realizados por la ex-Oficina Nacional de Evaluación de
los Recursos Naturales (ONERN, que hoy es INRENA), en el año 1973, la
formación Pradera Húmeda Montano, la cual se ubica entre los 3,000 y 3,200
m.s.n.m. y cuyas condiciones de humedad y de calidad de suelos le permite
poseer la mayor extensión de tierras bajo cultivo, como las del Valle
Chicama.
El sistema de clasificación por zonas de vida ecológica, no a podido ser
aplicado, debido principalmente a la insuficiente información meteorológica,
ya que en la mayor área de la cuenca se cuenta solo con datos de precipitación
pluvial y no de temperatura (Tº).
2.2.1.4 Hidrología:
El canal de riego Chilca Pan y Azúcar – Agallpampa - Motil, a través de una
bocatoma existente, capta agua del Rio Mótil (82 km²).
Este Rio, al igual que la mayoría de los riachuelos y quebradas de la zona de
Pradera Húmeda, presenta características propias de torrente, siendo bastante
pronunciada la diferencia entre sus parámetros extremos, así la descarga
máxima calculado mediante huellas de reseña histórica a la fecha ha sido
9.500 m3/seg y la mínima de 0.100 m3/seg. Las descargas normalmente se
concentran, en alto grado, en los meses de enero a abril, presentando
pronunciado estiaje en los meses de Julio a Noviembre.
- 8 -
2.2.1.5 Topografía:
En la zona de Pradera Húmeda y Pradera muy Húmeda la topografía
predominante es la ondulada, en menos proporción se encuentran zonas con
topografía accidentada y menos aún plana. Naturalmente es una zona de
topografía predominante accidentada (terrenos con inclinaciones mayores a
20°) y donde la agricultura, naturalmente se hace más difícil muy
particularmente para cultivos del tipo masivo e industrial, presenta aéreas
Forestales y aéreas de Pastizales.
2.2.1.6 Cultivos:
La papa, trigo, cebada y maíz.son los principales cultivos; que en conjunto
representan el 40 % del área física cultivada y áreas Forestal, Pastizales es el
60 %.
Para las zonas en que se ubican los proyectos, los agricultores, teniendo en
cuenta las condiciones del lugar, recurso hídrico y niveles iniciales de
comercialización de sus productos que acostumbran conducir.
2.2.1.7 Área y Numero de Familias Beneficiadas:
Con la ejecución del presente Proyecto, se beneficiará directamente a:
Número de hectáreas beneficiadas Aproximado. : 300 ha (Agrícola y
Pastizales).
Número de familias beneficiadas Aproximado. : 40 familias, usuarios
directos del canal.
2.2.2 Estructuras Hidráulicas de Proyecto de Irrigación:
2.2.2.1 Clasificación de Obras Hidráulicas: (Programa Nacional de Riego 2012,
obras de riego para zonas montañosas)
Obras de conducción: canales y tuberías.
Obras de conducción: acueductos, sifones invertidos, caídas,
rápidas.
- 9 -
Obras de distribución, medición y regulación: repartidores,
aforadores y estanques.
Obras de Protección: desarenadores, vertederos de excedencia,
pasos de quebrada y muros de contención.
2.2.2.2 Canales:
2.2.2.2.1 Definición: (Pedro Rodríguez Ruiz 2008, Hidráulica II)
Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua
circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la
superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera; esto quiere
decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y de su
propio peso.
Figura N° 3: Flujo en conductos.
2.2.2.2.2 Clasificación de los canales (Pedro Rodríguez Ruiz 2008, Hidraulica II)
De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:
a) Canales naturales: Incluyen todos los cursos de agua que existen de
manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños
arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y
grandes, arroyos, lagos y lagunas. Las corrientes subterráneas que
- 10 -
transportan agua con una superficie libre también son consideradas como
canales abiertos naturales. La sección transversal de un canal natural es
generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido
(Fig.4, b y c), lo mismo que su alineación y las características y aspereza
de los lechos.
Figura N° 4: Sección transversal irregular.
b) Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos
construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre,
tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones,
canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado pluvial, sanitario,
canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de
carreteras, cunetas de drenaje agrícola y canales de modelos construidos
en el laboratorio.
Los canales artificiales usualmente se diseñan con forma geométricas
regulares (prismáticos), un canal construido con una sección transversal
invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal
prismático. El término sección de canal se refiere a la sección transversal
tomado en forma perpendicular a la dirección del flujo. (Fig.5).
Las secciones transversales más comunes son las siguientes:
- 11 -
Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que
proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales
revestidos.
Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados
verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con
materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en
roca y para canales revestidos.
Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las
carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por
facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de
las carreteras.
Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales
revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales
naturales y canales viejos de tierra.(Fig.5, 6)
SECCIONES CERRADAS
Sección circular: El círculo es la sección más común para
alcantarillados y alcantarillas de tamaños pequeño y mediano.
Sección parabólica: Se usan comúnmente para alcantarillas y
estructuras hidráulicas importantes.
- 12 -
Figura N° 5: Canal prismático.
Figura N° 6: Secciones artificiales transversales tipos.
2.2.2.2.3 Canales de riego por su función (Pedro Rodriguez Ruiz 2008,
Hidraulica II)
Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las
siguientes denominaciones:
- 13 -
Canal de primer orden.- Llamado también canal principal o de
derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es
usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos
(cerros).
Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son
aquellos que salen del canal principal y el gasto que ingresa a ellos, es
repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral
se conoce como unidad de riego.
Canal de tercer orden.- Llamados también sub-laterales y nacen de
los canales laterales, el gasto que ingresa a ellos es repartido hacia las
parcelas individuales a través de las tomas granjas.
2.2.2.2.4 Criterios Específicos de Diseño
Elementos básicos en el diseño de canales Se consideran elementos;
topográficos, geológicos, geotécnicos, hidrológicos, hidráulicos,
ambientales, agrológicos, entre otros.
Por tratarse de obra de Mejoramiento de la infraestructura de riego, el
diseño de las obras toma en cuenta los siguientes criterios:
- El caudal de diseño de las obras no han variado, respetándose el
usual, pues en ningún caso hay reordenamiento de la infraestructura ó
cambio de área agrícola y pastizales beneficiada.
- El caudal usual del canal de riego Chilca Pan de Azúcar, ha sido
proporcionada por el respectivo comité de Regantes de los caseríos
(California y Motil), verificados a través de las secciones transversales
existentes.
- Para la construcción de la obras proyectada se ha tenido en cuenta
las normas contenidas en:
- 14 -
- Reglamento Nacional de Construcciones.
- ACI-95 (American Concrete Institute)
- USBR (U.S. Buerau of Reclamation)
- ASTM (American Society for Testing and Materials
- Se ha tomado en cuenta la opinión de los beneficiarios de las
obras, para definir el mejoramiento optado.
Ecuación de Hazen Williams (Máximo Villón Bejar, diseño de estructuras hidraulicas))
Esta ecuación se utiliza para tuberías que trabajan llenas:
En función del diámetro:
Donde:
• Rh= Radio hidráulico= Radio de flujo/Perímetro húmedo
• V= Velocidad media del agua en el tubo en (m/s)
• Q= Caudal o flujo volumétrico en (m³/s)
• C= Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo.
• C= 140 para tubos PVC
• Di= Diámetro interno en (m) (Nota Di/4= Radio hidráulico de una
tubería trabajando a sección llena).
• S= ([Pendiente- Perdida de carga por unidad de longitud del
conducto] (m/m)
- 15 -
Tabla Nº1: Coeficiente de fricción de Hazen – williams C
Material
Coeficiente de friccción de
Hazen - williams
C
Hierro Fundido Sin recubrimiento Interno 130
Acero Sin Recubrimiento Interno 120
PVC; PEAD 140
Acero Galvanizado 120
Concreto (superficie Rugosa) 120
Concreto Centrifugado 130
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
2.2.2.2.5 Trazo de canales (Programa Nacional de Riego 2012, obras de riego
para zonas montañosas)
1) Definir las zonas por regarse: área de influencia
El área de influencia de estos sistemas es la suma de las parcelas de los
cultivos.
2) Trazar los canales
Una vez definida el área de influencia, se trazan los canales que
conduzcan el agua desde la fuente a todas las zonas de riego. El trazado
inicial se efectúa sobre un mapa topográfico con indicaciones de uso de
tierra y con curvas de nivel, consiguiendo así un primer acercamiento a la
alineación horizontal y vertical de los canales.
- Su trazado debe permitir la conducción de agua a todos los terrenos que
forman parte del área de influencia.
- Las dos formas más conocidas son ‘laterales de canto’, y ‘laterales
espina de pez’ (Figura Nº7).
- 16 -
Figura N° 7: Red de riego con ‘laterales de canto’ (izq.) y ‘laterales espina de pez’ (der.)
3) Definir los caudales de diseño y el esquema hidráulico
Después del trazado preliminar de la red de canales se elabora el esquema
hidráulico del sistema, que es como un resumen gráfico del futuro
funcionamiento de la red. En el esquema hidráulico se indican los
caudales de diseño de todos los tramos de canal
Figura N° 8: Ejemplo de un esquema Hidráulico.
- 17 -
4) Analizar la coherencia interna de la red
Con el esbozo de la red preliminar de canales y los datos básicos de sus
tramos y obras de regulación, se analiza si existe coherencia interna en la
red que permita que el sistema opere de la forma propuesta. En especial,
se debe revisar si el sistema en todos sus tramos contempla:
- Continuidad de caudal
La suma de los caudales de los canales inferiores define el caudal de cada
canal superior. Se verifica esta relación en el esquema hidráulico,
tomando en cuenta la modalidad de distribución propuesta, en particular
si existe monoflujo o multiflujo.
- Continuidad de energía de transporte de sólidos
A lo largo de la red de canales debe mantenerse la energía necesaria para
transportar los sólidos en suspensión y de fondo, que es función de la
pendiente de los canales y el tirante y velocidad del flujo. En vista que el
tirante suele disminuir a lo largo de la red (a causa del reparto del agua o
de pérdidas), es aconsejable aumentar las pendientes de los tramos más
lejanos para evitar sedimentación.
Figura N° 9: Desarrollo óptimo de las pendientes en redes de riego
- 18 -
2.2.2.2.6 Criterios específicos para el trazado de los canales laterales: (Programa Nacional de Riego 2012, obras de riego para zonas montañosas)
Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario
recolectar la siguiente información básica:
• Fotografías aéreas, imágenes satelitales, para localizar los poblados,
caseríos, áreas de cultivo, vías de comunicación, etc.
• Planos topográficos y catastrales.
• Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda
conjugarse en el trazo de canales.
2.2.2.2.7 Radios mínimos en canales:
En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por
una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio
mínimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mínimo no
significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no será
hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una
mayor longitud o mayor desarrollo.
Tabla Nº2: Radio mínimo en función al caudal
Fuente: Dirección de estudios de proyectos hidráulicos multisectoriales 2010
2.2.2.2.8 Bordo libre: (Gilberto Sotelo Ávila 2002, hidráulica de canales)
Después de determinar el tirante ymax para el caudal máximo, se añade
una altura adicional al bordo determinado, conocido como bordo libre. El
bordo libre es una altura de seguridad que previene rebalses a
Capacidad del canal Radio mínimo
Hasta 10 m3/s 3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/s 5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/s 6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base
Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior
- 19 -
consecuencia de oleaje por viento, cambios en el tirante a causa de
obstáculos en el canal o variaciones excepcionales del caudal. También
evita que cualquier error en el diseño (rugosidad subestimada) o en la
construcción (replanteo incorrecto de la pendiente) origine rebalses.
2.2.2.2.9 Rugosidad: (Chow Ven Te 2004, hidráulica de canales)
El material del canal o su revestimiento determina la rugosidad de la
superficie del canal, que es una expresión para la magnitud de fricción
que se opone al deslizamiento del agua al pasar por la superficie. El valor
de la rugosidad es mayor para materiales más ásperos o rugosos o cuando
existe otro tipo de obstáculos en el paso del agua (vegetación). Con el
tiempo, la rugosidad de los canales tiende a incrementar a causa de falta
de limpieza o desgaste del revoque original. En el diseño es buena
práctica usar valores para la rugosidad basados en una estimación del
estado del canal después de 5 años de uso.
La rugosidad puede expresarse como un coeficiente n aplicado en la
fórmula de Manning. Existen múltiples tablas que dan valores para el
coeficiente n para distintos materiales, de las que se sustraen los valores
comprobados que se presentan en la Tabla.
Tabla Nº3: Valores de Rugosidad para distintos materiales y condiciones de canal.
Valores Adicionales(Ven Te Chow, 1994)
Tipo de Superficie y Condición de Tramo n
Acero galvanizado ligeramente corrugado 0.016
Hierro fundido en uso 0.020
Plástico 0.010
Tierra, con pastos cortos, algunas malezas 0.027
Tierra, con malezas densas 0.035
Cortes de roca 0.035
Corrección para curvas +0.001
Corrección para profundidades menores(y<0.5m) +0.001
Fuente: Chow Ven Te, 1994
- 20 -
Tabla Nº4: Velocidades máximas permisibles en canales de distinto material
TIPO DE MATERIAL VELOCIDAD MAXIMA(m/s)
Tierra arcillosa 0.9
Revestimiento de piedra y mezcla simple 1
Mampostería de piedra y hormigón 2
Revestimiento de hormigón 3
Roca arenisca 1.5
Roca dura 3 a 5
Fuente: Máximo Villón Bejar, 2001
2.2.2.3 Bocatoma:
2.2.2.3.1 Definición: [PAPER 03 y PAPER 02]
Cuando se capta el agua derivando un curso superficial, la bocatoma
consiste en una estructura acoplada al canal de derivación, donde se
encuentran empotradas las rejas que permiten el paso del agua y retienen
los sólidos flotantes.
Para la toma de agua en obras de captación lateral, puede emplearse una
tubería o ventana sumergida que deberá ubicarse a la máxima altura
posible para evitar ser alcanzada por los sedimentos, a la vez, deberá
situarse a una suficiente profundidad para recoger el agua más fría y evitar
que el dispositivo se inutilice por el hielo en los climas rigurosos. Además,
deberá protegerse con una rejilla que sirva para evitar el paso de sólidos
flotantes.
En diques-toma, la entrada de agua debe ubicarse en la cresta del vertedero
protegido por un barraje. El agua captada ingresa a una cámara de
captación que conduce el agua al pre tratamiento.
- 21 -
La velocidad en los conductos libres o forzados de la toma de agua no
debe ser inferior a 0,60 m/s.
Es el conjunto de estructuras que tiene la captación cuyo objeto es desviar
las aguas que escurren sobre la solera hacia el sistema de conducción.
Cuenta con muros y cimentación de concreto F’c=210kg/cm2 + 30% PM,
concreto en barraje F’c=245kg/cm2 + 30% PM, mampostería en piedra
asentada con concreto F’c=175kg/cm2 + 50% PG 8”, la cual cuenta con un
canal de Encauzamiento que presenta una longitud de 3 mts.
2.2.2.3.2 Tipos de Bocatoma:
Las Bocatomas laterales: tienen una toma vertical por donde se capta el
caudal (Qd) que luego se conduce hacia el canal de aducción.
El nivel del agua en la toma se garantiza mediante la instalación de una
estructura de control, aguas debajo de la toma.
Este control puede ser un vertedero, como en la figura (ver FiguraNª 10) o
una compuerta.
Figura N° 10: Bocatoma Lateral.
Las Bocatomas de Fondo: la toma está colocada en la cara de aguas debajo
de la estructura de control.
El caudal (Qd) que entra por la rejilla de la toma pasa a una canaleta que la
conduce a un tanque de aquietamiento.
- 22 -
El tanque entrega al canal de aducción.
Figura N° 11: Bocatoma de Fondo.
2.2.2.3.3 Partes de una Captación
2.2.2.3.3.1 Barraje:(Dirección de estudios de proyectos hidráulicos
multisectoriales 2010)
Es una estructura de derivación que sirve para elevar el nivel de
las aguas se construye en sentido transversal al río con fines de
captación, siempre y cuando sea necesario, es decir, en aquellos
casos en que el tirante del río no sea lo suficientemente grande y
no abastezca los requisitos de captación
2.2.2.3.3.2 Presas Derivadoras o Azudes(Dirección de estudios de
proyectos hidráulicos multisectoriales 2010)
El azud es un tipo de barraje – una represa vertedora – cuya
función es captar y dejar escapar el agua excedente o de avenidas
que no debe ingresar al sistema.
Las presas vertedoras o de barraje fijo se emplean en los casos de
ríos con pequeños caudales, cuando el caudal de derivación es
superior al 30% del estiaje del río.
Es necesario que el azud sea hidráulico y este estructuralmente
bien diseñado. Así mismo, debe ser ubicado de manera tal que las
- 23 -
descargas del vertedor no erosionen ni socaven el talón aguas
abajo. Las superficies que forman la descarga del vertedor deben
ser resistentes a las velocidades erosivas creadas por la caída de
las aguas de la cresta.
Otro factor importante a tener en cuenta en el diseño del azud es
la Sub presión, que es la fuerza ejercida por el agua de filtración
que satura la masa del suelo en la cimentación sobre la base de las
estructuras. Su acción es de abajo hacia arriba. Esta fuerza hay
que tenerla muy en cuenta en la determinación de la estabilidad de
la estructura. Por lo tanto, una parte esencial del diseño, es la
investigación de las condiciones de movimiento de las aguas
subterráneas por debajo de la construcción hidráulica, a fin de
escoger las dimensiones y formas más racionales, económicas y
seguras.
2.2.2.3.3.3 Descarga de Fondo(Dirección de estudios de proyectos
hidráulicos multisectoriales 2010)
Se llama así a la compuerta metálica que sirve para eliminar los
materiales de acarreo que se acumulan delante del barraje. Se
ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de admisión.
Generalmente el río trae en épocas de crecientes gran cantidad de
piedras medianas que se encuentran aguas arriba del azud,
pudiendo llegar a tapar la reja de admisión con lo cual el caudal
de captación se reduce considerablemente ó puede ser totalmente
interrumpido. La función de la compuerta es eliminar este
material grueso, por lo general, la eficiencia de la compuerta de
limpia es pequeña, pero por lo menos se consigue mantener
limpio el cauce frente a la rejilla.
La compuerta se abre en crecientes, cuando sobra agua, y por lo
tanto cumple una función adicional de aliviar el trabajo del azud y
- 24 -
hasta cierto grado regular el Cauce captado, su operación se
realiza desde un puente construido por encima de dicho barraje.
2.2.2.3.3.4 Solera de Captación(Dirección de estudios de proyectos
hidráulicos multisectoriales 2010)
Se trata de una losa ó piso a desnivel respecto de la antecámara ó
piso de la bocatoma, cuyo objetivo es crear un pozo de
sedimentación donde se depositen tos materiales de suspensión.
2.2.2.3.3.5 Antecámara o Zona de Decantación(Dirección de
estudios de proyectos hidráulicos multisectoriales 2010)
Es el área que por su desnivel respecto de la solera de captación
está destinada a recibir y acumular los materiales de acarreo del
río. Su cota será la misma que la del río y aproximadamente 30
cm menor que la solera de captación.
2.2.2.3.3.6 Reja de Admisión(Dirección de estudios de proyectos
hidráulicos multisectoriales 2010)
Antes de la compuerta de admisión de agua al canal de
conducción es conveniente colocar una reja de 5 cm de abertura
como máximo. Esta impedirá el ingreso de pedrones y materiales
flotantes que puedan afectar el funcionamiento del canal.
2.2.2.3.3.7 Compuerta de Admisión(Dirección de estudios de
proyectos hidráulicos multisectoriales 2010)
Es un dispositivo (generalmente metálico) que sirve para
controlar, regular e impedir el acceso de agua del río al canal de
conducción.
- 25 -
2.2.2.3.3.8 Canal de Conducción(Dirección de estudios de proyectos
hidráulicos multisectoriales 2010)
El canal es una estructura hidráulica de forma regular
artificialmente construida, que en razón de su pendiente puede
conducir agua de un lugar a otro.
2.2.2.3.3.9 Vertederos o Aliviaderos(Máximo Villón Bejar, diseño de
estructuras hidráulicas)
Estas estructuras facilitan la evacuación de caudales de agua
excedentes o superiores a las que se desean captar.
En época de estiaje deben construirse obras complementarias ó
auxiliares que permitan la circulación normal de aquellos
volúmenes que no se desea que ingresen al sistema. Durante las
crecidas los caudales excepcionales serán evacuados por los
vertederos . Si dichos caudales llegaran a ingresar al sistema
podrían generar problemas de imprevisibles consecuencias. Los
vertederos, pues, también cumplen una valiosa función de
protección.
2.2.2.3.3.10 Desripiador(Dirección de estudios de proyectos
hidráulicos multisectoriales 2010)
Se utiliza para evacuar los sedimentos y sólidos que contienen las
corrientes.
2.2.2.3.3.11 Contrasolera y Colchón de Agua(Dirección de
estudios de proyectos hidráulicos multisectoriales 2010)
Al elevar las aguas del río para hacer posible su captación, el
barraje crea alturas de carga que podrían provocar erosión en el
lecho del río al momento de su caída, afectando con ella la
estabilidad de toda la estructura de la toma. A fin de prevenir esta
actividad erosiva es que se construyen los pozos artificiales. Su
propósito fundamental es amortiguar la caída de la aguas sobre el
- 26 -
lecho del río, protegiendo de este modo los cimientos de la toma.
La finalidad de la contrasolera es permitir, junto con el barraje, la
formación de un pozo artificial que amortigüe la caída de las
aguas.
2.2.2.3.3.12 Muros de Encauzamiento
Son estructuras destinadas a proteger las márgenes de los ríos o
quebradas, así como la de darles dirección determinada. Estos
muros serán de concreto y se construirán aguas arriba y abajo de
la compuerta y a ambas márgenes, rematando en transiciones
alabeadas para empalmar con los taludes naturales del río.
Estos muros se cimentarán sobre terreno duro y su diseño será en
base a la resistencia del terreno a la topografía de los taludes, a las
crecientes máximas para evitar el desbordamiento del agua.
2.2.2.3.4 Datos Básicos para el Diseño:
2.2.2.3.4.1 Caudal de Diseño
El caudal de diseño requerido es de dos tipos:
Caudal de Ingreso al canal
Caudal Máximo de avenidas.
2.2.2.3.4.2 Ubicación de la Bocatoma. (Programa Nacional de
Riego 2012, obras de riego para zonas montañosas)
Desde el punto de vista del curso del río, la mejor ubicación para
las tomas corresponde a los tramos rectos y estables del mismo.
En caso de no contar con estas condiciones, preferentemente se
ubicarán en los primeros tramos de la curva y siempre en la parte
convexa. Los tramos finales de una curva convexa estarán muy
expuestos a los embates de las crecientes y de las velocidades
- 27 -
erosivas, mientras que la zona cóncava es probable que pueda
colmarse fácilmente.
2.2.2.4 Desarenador – Cámara Carga:
2.2.2.4.1 Definición: [PAPER 01] (Máximo Villón Bejar, diseño de
estructuras hidráulicas)
Son obras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y remover
(evacuar) después, el material sólido que lleva el agua de un canal.
Con el fin de evitar se produzcan depósitos en las obras de
conducción, proteger las bombas de la abrasión y evitar sobrecargas
en los procesos posteriores de tratamiento. El desarenado se refiere
normalmente a la remoción de las partículas superiores a 0,2 mm.
Figura N° 12: Desarenador convencional.
2.2.2.4.2 Clases de desarenadores: [PAPER 01] (Máximo Villón Bejar,
diseño de estructuras hidráulicas)
A. En función de su operación:
• Desarenadores de lavado continuo, es sedimentación y evacuación
son simultáneas.
• Desarenadores de lavado discontinuo (intermitente), que almacena
y luego expulsa los sedimentos en movimientos separados.
B. En función de la velocidad de escurrimiento:
• De baja velocidad v < 1 mis (0.20 - 0.60 mis).
• De alta velocidad v > 1 mis (1 - 1.5 mis).
- 28 -
C. Por la disposición de los desarenadores:
• En serie, formado por dos o más depósitos construidos uno a
continuación del otro.
• En paralelo, formado por dos o más depósitos distribuidos
paralelamente y diseñados para una fracción del caudal derivado.
Figura N° 13: Desarenador de 2 unidades en paralelo (planta).
2.2.2.4.3 Desarenadores de lavado intermitente(Máximo Villón Bejar,
diseño de estructuras hidráulicas)
Son el tipo más común y la operación de lavado se procura realizar
en el menor tiempo posible con el objeto de reducir al mínimo las
pérdidas de agua.
Figura N° 14: Esquema de un desarenador de lavado intermitente
- 29 -
2.2.2.4.4 Fases del desarenamiento
• Fase de sedimentación
• Fase de purga (evacuación)
2.2.2.4.5 Elementos de un desarenador (Máximo Villón Bejar, diseño de
estructuras hidráulicas)
Para cumplir su función, el desarenador se compone de los siguientes
elementos:
Transición de entrada, la cual une el canal con el desarenador.
Cámara de sedimentación, en la cual las partículas sólidas caen al
fondo, debido a la disminución de la velocidad producida por el
aumento de la sección transversal.
Según Dubuat, las velocidades límites por debajo de las cuales el
agua cesa de arrastrar diversas materias son:
Para la arcilla 0.081 mis
Para la arena fina 0.16 mis
Para la arena gruesa 0.216 mis
De acuerdo a lo anterior, la sección transversal de un desarenador, se
diseña para velocidades que varían entre 0.1 mis y 0.4 mis, con una
profundidad media de 1.5 m y 4 m. Observar que para una velocidad
elegida y un caudal dado, una mayor profundidad implica un ancho
menor y viceversa.
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.
- 30 -
También mientras más pequeña es la velocidad de paso por el
vertedero, menos turbulencia causa en el desarenador y menos
materiales en suspensión arrastra.
Como máximo se admite que esta velocidad puede llegar a v = 1
m/s.
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 %. El incremento de la profundidad obtenido por
efecto de esta gradiente no se incluye en el tirante de cálculo, sino
que el volumen adicional obtenido se lo toma como depósito para las
arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos.
Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamaño de sedimentos
que trae el agua para asegurar una adecuada capacidad del
desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencia.
Para lavar una cámara del desarenador se cierran las compuertas de
admisión y se abren las de lavado con lo que el agua sale con gran
velocidad arrastrando la mayor parte de los sedimentos.
Entre tanto el caudal normal sigue pasando al canal sea a través del
canal directo o a través de otra cámara del desarenador.
Una vez que está vacía la cámara, se abren parcialmente las
compuertas de admisión y el agua que entra circula con gran
velocidad sobre los sedimentos que han quedado, erosionándolos y
completando el lavado (en forma práctica, el operario se puede
ayudar de una tabla para direccional el agua, a fin de expulsar el
sedimento del desarenador). , Generalmente, al lavar un desarenador
se cierran las compuertas de admisión.
- 31 -
Canal directo, por el cual se da servicio mientras se está lavando el
desarenador. El lavado se efectúa generalmente en un tiempo corto,
pero por si cualquier motivo, reparación o inspección, es necesario
secar la cámara del desarenador, el canal directo que va por su
contorno, permite que el servicio no se suspenda. Con este fin a la
entrada se colocan dos compuertas, una de entrada al desarenador y
otra al canal directo.
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 con el
caudal total mientras la otra se lava.
Figura N° 15: Desarenador (Planta y corte longitudinal).
- 32 -
2.2.2.4.6 Criterios de diseño: (Programa Nacional de Riego 2012, obras
de riego para zonas montañosas)
- El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y
técnicos es de 8 a16 años.
- El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de
mantenimiento. En caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se
podrá contar con una sola unidad que debe contar con un canal de
by-pass para efectos de mantenimiento.
Figura N° 16: Desarenador de 1 unidad con by pass (planta).
- El periodo de operación es de 24 horas por día.
- Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de
llegada al Desarenador para asegurar la uniformidad de la velocidad
en la zona de entrada.
- La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor
de 12° 30´.
Figura N° 17: Angulo de divergencia suave
- 33 -
- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña
para causar menor turbulencia y arrastre de material
(Krochin,V=1m/s).
- La llegada del flujo de agua a la zona de transición no debe
proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de
la cámara.
Figura N° 18: La llegada de agua.
- La relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20.
- La sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma
más eficiente en régimen laminar con valores de número de
Reynolds menores de uno (Re<1.0).
- La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de
transición con valores de Reynolds entre 1.0 y 1 000.
- La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con
valores de número de Reynolds mayores de 1 000.
- 34 -
Tabla Nº5: Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.
Material
Límite
de las
partícul
as (cm)
# de
Reynold
s
Vs
Régimen
Ley Aplicable
Grava
>1.0
>10 000
100
Turbulento Newton
Arena
Gruesa
0.100
0.080
0.050
0.050
0.040
0.030
0.020
0.015
1 000
600
180
27
17
10
4
2
10.0
8.3
6.4
5.3
4.2
3.2
2.1
1.5
Transición
Allen
Arena
Fina
0.010
0.008
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0.8
0.5
0.24
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.3
0.2
0.13
0.06
0.015
Laminar
Stokes
Fuente: Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores
- La descarga del flujo puede ser controlada a través de dispositivos como
vertederos o canales Parshall (garganta).
Esta estructuras se ha proyectado con cámara de carga incluida, con
concreto F’c=175 kg/cm2.
Para determinar las características de un desarenador se considera un
desarenador rectangular de ancho W, longitud L y profundidad h.
Siendo:
W = hV
Q
o
Q : caudal de diseño (m3/s)
Vo : Velocidad del agua en el desarenador (m/s)
C : Velocidad de sedimentación de los sólidos en aguas tranquilas (m/s)
h : Profundidad del agua en el desarenador (m)
t : tiempo de sedimentación (seg)
- 35 -
L : longitud de desarenador (m)
Las ecuaciones básicas consideran los siguientes criterios: (PAPER 01)
a. Análisis del material sólido en suspensión:
Nos permite determinar la concentración Co (gr/m3) y el diámetro límite por
encima del cual se debe remover o evacuar.
b. Criterio de tiempos
Consiste en analizar el tiempo que necesita una partícula sólida para recorre
“L” Y depositarse en el fondo del desarenador.
Sea:
t : tiempo requerido por la partícula que recorre la distancia “h” y con la
velocidad “c”
t’: Tiempo necesario para recorrer L con velocidad Vo
Se presentan tres casos:
t = c
h t’ =
oV
L
si t’ < t, desarenador sub-dimensionando con una longitud insuficiente que
hará que las partículas se depositen aguas abajo del desarenador (en el
canal).
Si t’=t, valor correcto en donde la partícula caerá al final del desarenador
Si t’>t, desarenador sobredimensionado lo que significa que los sólidos se
depositarán en el fondo del desarenador antes de recorrer el total de la
distancia “L”.
De figuras a, b, y c deducimos que H = ct.
Caudal: Q = Vo Wh
Ancho: W = hV
Q
o
- 36 -
c. Criterio de Volúmenes
Se deduce del anterior criterio. Consiste en considerar que hay un volumen
de agua que ingresa en el tiempo “t” el cual debe ser almacenado en el
volumen geométrico del desarenador.
Volumen de agua que ingresa en “t” : Qt
Volumen del desarenador : V
Un buen diseño debe cumplir : V Q t
WhL Q
Tabla Nº6: Diámetro límite de sólidos en suspensión
H(m) Dlim(mm) Turbina Dlim (mm)
<100 0.2 - 0.01 Pelton 0.2 – 0.4
50-100 0.5 - 0.3 Francis 0.4 – 1.0
<50 1.0 - 0.6 Kaplan 1.0 – 3.0
Fuente: GARCÍA RICO ELMER, Manual de Diseño Hidráulico de Canales y obras
de arte
d. Criterio de Semejanza
Consiste en analizar el movimiento de una partícula sólida en el
desarenador y asumir semejanza en el triángulo de velocidades y el
triángulo de L y h.
Por Semejanza: h
L
C
Vo
L = c
hVo
- 37 -
e. Velocidad de sedimentación
Es la velocidad de caída de los sólidos que se determina mediante gráficos
obtenidos de experiencias de laboratorio y para aguas tranquilas. El
diámetro límite de los sólidos admitidos para plantas hidroeléctricas
depende de muchas variables: velocidad, altura, tipo de turbina.
Las velocidades de caída promedio en aguas tranquilas (según Arkhangelski,
1935) para diferentes diámetros de sólidos de muestra en la Tabla.
Tabla Nº7: Velocidad de caída Promedio
Diámetro Velocidad
De caída
“c”
(cm/s)
Diámetro Velocidad
De caída
“c”
(cm/s)
Diámetro Velocidad
De caída
“c” (cm/s)
mm Turbina mm Turbina
mm
Turbina
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
Pelton
Pelton
Pelton
Pelton
Pelton
0.178
0.698
1.56
2.16
2.7
3.24
3.78
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.70
0.80
Francis
Francis
Francis
Francis
Francis
Francis
Francis
4.32
4.86
5.40
5.94
6.48
7.32
8.07
1.0
2.0
3.0
5.0
Kaplan
Kaplan
Kaplan
Kaplan
Kaplan
Kaplan
Kaplan
9.44
15.29
19.58
24.90
Fuente: GARCÍA RICO ELMER, Manual de Diseño Hidráulico de Canales y obras de arte
Sin embargo, cuando el agua está en movimiento se produce turbulencia en el
desarenador debido al cambio de sección y pendiente del fondo, esta turbulencia
produce una velocidad ascensional que tiende a retrasar el descenso de los
sólidos. Por este motivo la ecuación de “L” se le afectará por un coeficiente “K”
que toma los siguientes valores:
L = K c
hVo
- 38 -
Tabla Nº8: “k” para pequeñas velocidades de flujo.
Vo (m/s) 0.20 0.30 0.50
K 1.25 1.50 2.0
Fuente: GARCÍA RICO ELMER, Manual de Diseño Hidráulico de Canales y obras de arte
Tiempo de sedimentación
Depende de la profundidad del desarenador, velocidad Vo y la densidad de las
partículas. En la tabla siguiente tenemos tiempos de sedimentación estimados en
función del diámetro de las partículas
Tabla Nº8: Tiempo de sedimentación promedio..
D(mm) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.15 0.10
T (seg) 7.2 8 9 11 12.5 15 18 25 38 50 70
Fuente: GARCÍA RICO ELMER, Manual de Diseño Hidráulico de Canales y obras de arte
1.1.1.1 Tomas laterales:
1.1.1.1.1 Definición: (Máximo Villón Bejar, diseño de estructuras hidráulicas)
Las obras de toma para canales o reguladores de cabecera, son
dispositivos hidráulicos construidos en la cabecera de un canal de riego.
La finalidad de estos dispositivos es derivar y regular el agua
procedente del canal principal, a los laterales o de éstos a los
sublaterales y de éstos últimos a los ramales. Estas obras pueden servir
también para medir la cantidad de agua que circula por ellas. Para
obtener una medición exacta del caudal a derivar, éstas tomas se
diseñan dobles, es decir, se utilizan dos baterías de compuerta; la
primera denominada compuerta de orificio y la segunda compuerta de
toma y entre ellas un espacio que actúa como cámara de regulación.
Para caudales pequeños y considerando el aspecto económico, se
utilizan tomas con una sola compuerta con la cual la medición del
caudal no será muy exacta pero si bastante aproximada.
- 39 -
Figura N° 19: Toma con doble compuerta
1.1.1.1.2 Consideraciones hidráulicas (PAPER 03)
En una red de riego, en especial en los canales secundarios o terciarios,
las tomas se instalan normales al canal alimentador, lo que facilita la
construcción de la estructura.
Generalmente se utilizan compuertas cuadradas las que se acoplan a una
tubería. Las dimensiones de las compuertas, son iguales al diámetro de
la tubería y ésta tendrá una longitud variable dependiendo del caso
específico, por ejemplo, cuando la toma tenga que atravesar una
carretera o cualquier otra estructura, se puede fijar una longitud de 5 m
para permitir un sobre ancho de la berma del canal en el sitio de toma
por razones de operación.
Figura N° 20: Toma con doble compuerta
- 40 -
1.1.2 Gestión de Riego:
1.1.2.1 Definición: (Programa Nacional de Riego 2012, obras de riego para zonas
montañosas)
La gestión de riego es el término general para el conjunto de actividades
colectivas que son necesarias para que funcione el sistema de riego y
mantenga su funcionamiento en el tiempo.es de suma importancia que los
requerimientos de operación y mantenimiento de la infraestructura nueva o
mejorada estén al alcance del grupo de regantes.
Tabla Nº10: Ejemplos de relación entre el tipo de riego y características de las obras de riego
OBJETIVO DE
RIEGO
DISPONIBILIDA
D DE AGUA
CARACTERISTICAS DE
GESTION
CARACTERISTICAS
DE LAS OBRAS
Asegurar el
desarrollo de los
cultivos durante
veranos.
Época de lluvia;
alta
disponibilidad.
Riego libre por la relación
favorable entre oferta y
demanda de agua, riego
simultáneo a muchos
usuarios.
Dimensiones máximas
de canales, repartidores
flexibles.
Preparar la tierra.
Por lo general en
época de mediana
disponibilidad
Distribución según turnos
definidos, tiempos de riego
más largos que en riego al
cultivo. Donde existe,
complemento con agua de
embalses.
Dimensiones de canal
según caudales
determinados.
Ampliar el ciclo
agrícola o para un
segundo o tercer
cultivo.
Por lo general en
época de escasez
de agua.
Distribución según turnos
definidos, en sistemas de
flujo base ‘monoflujo’, en
sistemas de embalses
también ‘distribución
proporcional’
Dimensiones de canales
de acuerdo con caudales
determinados,
repartidores fijos (‘cero-
cien o proporcional’)
Contrarrestar
riesgos
climatológicos.
Época de escasez
Flujo continuo
Requiere infraestructura
especifica; distribución
proporcional,
camellones.
Mejorar la calidad
de tierra(lameo)
Època de lluvia,
alta
disponibilidad.
Caudales enormes, riego
libre, reparto de agua a todos
a la vez.
Dimensiones de canales
muy grandes,
repartidores flexibles.
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
- 41 -
1.1.2.2 Derechos de agua(Programa Nacional de Riego 2012, obras de riego para
zonas montañosas)
La base para la autogestión de los sistemas de riego está en la definición y
distribución de los derechos de agua, que establecen:
1) quiénes cuentan con el derecho de uso del agua y uso de la infraestructura
hidráulica,
2) cuáles son las condiciones y criterios para obtener estos derechos,
3) cómo y cuándo cada uno de los usuarios está permitido de usar el agua y
la infraestructura,
4) cuáles son las obligaciones que deben cumplirse para mantener su
derecho, y
5) en qué medida participa cada usuario en la toma de decisiones colectivas
sobre la gestión de su sistema
1.1.2.3 Modalidades de Distribución:(Programa Nacional de Riego 2012, obras de
riego para zonas montañosas)
Se conocen tres modalidades principales:
i) el riego libre, sin reglas definidas,
ii) el reparto continuo, en el cual cada usuario o sector recibe una porción
del caudal durante todo el tiempo de riego y
iii) el reparto por turnos, en el cual cada usuario o sector recibe su agua de
forma discontinua, en turnos.
La modalidad de distribución depende en principio de la relativa
disponibilidad de agua para los usuarios; a mayor escasez, existe mayor
necesidad de aplicar reglas fijas para el reparto.
Después influyen factores como tipo de cultivo, facilidad de su aplicación,
necesidad de control, tiempo por invertirse y otros.
En muchos sistemas de riego, las modalidades de distribución de agua
varían según el periodo del año con el fin de dar respuesta a las cambiantes
condiciones de escasez de agua en el tiempo. Sobre todo en los sistemas de
- 42 -
toma directa con fluctuaciones en su caudal de entrada, se aplican distintas
modalidades de distribución a lo largo del año.
1.1.2.4 Mantenimiento: (Programa Nacional de Riego 2012, obras de riego para zonas
montañosas)
Otro aspecto de la gestión de riego es el mantenimiento de la infraestructura.
Por un lado se refiere a las actividades físicas de manutención de la calidad
y funcionalidad de las obras, lo que abarca la limpieza, la pintura, el
engrasado y la reparación o reposición de partes gastadas. Por otro lado, el
mantenimiento es una actividad social en la que los usuarios confirman,
reproducen y/o modifican los derechos de agua entre ellos y así su
respectivo acceso al agua.
1.1.2.5 Criterios Generales de Diseño: (Programa Nacional de Riego 2012, obras
de riego para zonas montañosas)
El diseño y la construcción de las obras de riego deben basarse en los
siguientes criterios generales:
• Sostenibilidad y durabilidad.
• Funcionalidad y flexibilidad.
• Manejabilidad y transparencia.
• Mantenibilidad.
• Seguridad.
• Eficiencia de costos.
- 43 -
Tabla Nº11: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Sostenibilidad y durabilidad)
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
Tabla Nº12: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Funcionalidad y flexibilidad.)
FUNCIONALIDAD Y FLEXIBILIDAD
Diseño
hidráulico
Dimensionar las obras basándose en los eventos extremos, como caudales
en época de lluvia (veranillos) versus caudales de época seca.
Evitar que las obras restrinjan los cambios en las reglas de distribución /
prácticas de conducción.
Diseñar con vista al uso múltiple del agua: riego, uso doméstico, lavado,
abrevaderos, molinos de agua.
Prever diseño para el futuro: por ejemplo posible extensión del área de
riego o aumento de caudales.
Verificar con los usuarios sobre la funcionalidad de las obras diseñadas. Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
Tabla Nº13: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Manejabilidad y
transparencia)
MANEJABILIDAD Y TRANSPARENCIA
Diseño
hidráulico
Diseñar obras cuyo funcionamiento hidráulico solo requiera
manipulaciones sencillas y con poco esfuerzo físico.
Diseñar obras cuyo funcionamiento es fácil de entender.
Estandarizar el diseño de las obras a lo largo del sistema (por ejemplo
tipos y dimensiones de compuertas y aforadores).
Evitar el diseño de estructuras que trasladan la responsabilidad de su
operación y mantenimiento a instituciones externas.
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
SOSTENIBILIDAD Y DURABILIDAD
Diseño
hidráulico
En lo posible adecuar el diseño hidráulico a los límites geográficos y
conceptos de distribución existentes, porque éstos han superado la prueba
del tiempo.
Generar condiciones de flujo no-erosivas y no-depositivas.
Asegurar la disipación de energía en sitios seguros y controlados.
Evitar el ingreso de materiales sólidos. En tuberías, evitar ingreso de
material que puede tapar el conducto.
Donde sea necesario, proteger las obras de riego (por ejemplo en cruce de
quebradas).
Asegurar el drenaje transversal de canales y construcciones mayores en
ladera.
- 44 -
Tabla Nº14: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Mantenibilidad) MANTENIBILIDAD
Diseño
hidráulico
Diseñar con miras a reducir los requerimientos de limpieza y
mantenimiento: generar condiciones de flujo que eviten el depósito de
sólidos y no afecten la solidez de las obras.
Concentrar los depósitos de materiales sólidos en puntos determinados
con fácil acceso y buenas condiciones para la limpieza.
Donde no hay problemas de extrema escasez de agua, incorporar
artefactos de limpieza hidráulica (como compuerta de fondo en
desarenador).
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
Tabla Nº15: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (seguridad) SEGURIDAD
Diseño
hidráulico
Diseñar siempre una ‘ruta segura’ para flujos de agua excedentes como
efecto de manejo inadecuado de obras.
Introducir medidas para controlar y desviar caudales excedentes antes de
que ocasionen daño.
Asegurar enlaces seguros con la red de drenaje natural, especialmente en
puntos de rebalses controlados.
Tomar márgenes amplios para las dimensiones de las medidas de
seguridad (bordo libre).
Diseñar los canales y obras para la situación de uso a cinco años de
construir (mayor rugosidad, desgaste de solera).
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
Tabla Nº16: Implicancias de los criterios de diseño para las obras de riego (Eficiencia de costos)
EFICIENCIA DE COSTOS
Diseño
hidráulico
Comparar diseños alternativos con relación a su aumento de
disponibilidad de agua.
Comparar diseños alternativos con relación a la seguridad de conducción
(Análisis de riesgos), dar preferencia a diseños de mayor seguridad.
Fuente: PROGRAMA NACIONAL DE RIEGO 2012, Obras de Riego para zonas montañosas
- 45 -
2.3 Definición de términos: (Reglamento Técnico del sector de agua potable y diseño
hidráulico 2000) (Leonardo F. Icaza Lomelí, Glosario de términos hidráulicos 2009)
ABASTECIMIENTO: suministro o fuente de agua por medio de una fuente natural o
artificial que puede ser captada para diferentes fines.
AGUAS ABAJO: Curso de agua visto en el sentido de la corriente.
AGUAS ARRIBA: Curso de agua visto en el sentido contrario a la corriente.
ANCLAJE: mecanismo que se utiliza para contrarrestar los empujes que se presentan
en los cambios de dirección (verticales y horizontales) de la tubería.
ARCILLAS: Partículas finas con tamaño de grano menor a 2 μm (0,002 mm)
provenientes de la alteración física y química de rocas y minerales.
ATRAQUE: dispositivo que permite asegurar la tubería en sectores de alta pendiente y
donde se dificulte la instalación subterránea, se usa como complemento con anclajes de
concreto o metálicos, para evitar desplazamientos o colapsos.
BOCATOMA: término genérico utilizado para las obras de captación, derivación o
toma en un río o quebrada en que se desvía agua para una presa o acueducto.
CAJA DE AGUA, Partidor: Recipiente artificial construido de diversos materiales que
sirven para contener momentáneamente el agua y que tiene la función de repartir el
líquido en volúmenes definidos y cuya ubicación obedece a la fuente de abastecimiento
(manantial, río o acueducto).
CALICATA: Excavación superficial que se realiza en un terreno, con la finalidad de
permitir la observación de los estratos del suelo a diferentes profundidades y
eventualmente obtener muestras generalmente disturbadas.
CANAL: Etim. Del latín cannalis, diminutivo de canna, y a su vez del griego kauna,
“caña”.
“Fosa larga y estrecha para la conducción de aguas”. “Canal es una vía o madero
cabado, a modo de media caña, por donde se lleva el agua”. En náhuatl canal es la
apipilhuaztli o acocopilhuaztli; canal grande de madera quahuacalli o
quauhapipilhuaztli; canal de tejado, atlioni, y canal de piedra, teapiaztli o teapilhuaztli.
- 46 -
CAPTACIÓN: Conjunto de estructuras necesarias para obtener el agua de fuente de
abastecimiento.
CAUCE: Etim. Del latín cáliz -icis, Lecho de ríos, quebradas y arroyos.
CODO: se emplea como accesorio para cambios de dirección horizontal o vertical de la
línea de tubería.
COMPUERTA: Etim. Del latín porta. “Especie de puerta pequeña levadiza, compuesta
de dos o más tablones anchos y gruesos, unidos y asegurados con barras o chapas de
hierro, que se pone en el canal o portillo hecho en la presa del río por donde pasa y baja
el agua, para detenerla cuando se quisiere. Lo que se ejecuta dejándola caer corriendo
por los encajes hechos por ambos lados, en las piedras que forman el portillo o
desaguadero del canal. Lo mismo se hace en los canales por donde entra y baja el agua
para los molinos, cuando se quiere parar la rueda y no muela”
COTA: Altura de un punto sobre un plano horizontal de referencia.
DESARENADOR: Cámara destinada a la remoción de las arenas y sólidos que están
en suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación.
ESTACIÓN TOTAL: Instrumentos topográfico que combina un teodolito electrónico
y un medidor electrónico de distancias con su correspondiente microprocesador.
MANTENIMIENTO: Conjunto de actividades programables cada cierto periodo,
PRESA: Etim. Del latín prendere, “apretar”, “amarrar”, “coger”. “Muro de fábrica que
se construye en sentido transversal a la corriente del río, para detener y embalsar el
agua, o derivarla fuera de su cauce”.
QUEBRADA: Abertura entre dos montañas, por formación natural o causada por
erosión de las aguas.
REDUCCIÓN: se emplea como accesorio para cambios de diámetro de la línea de
tubería.
TÉ: se emplea como accesorio para derivaciones y/o cambios de diámetro de la línea de
tubería.
TOMA DE AGUA, Tomadero: Etim. Del verbo tomar. Acción de tomar o recibir una
cosa.“[…] abertura u orificio en los canales o depósitos de agua”. “Abertura por donde
se desvía de una corriente de agua o de un embalse parte de su caudal”. “Toma, boca o
buzón de agua”. Cuando se trata de acueductos a esa toma se le denomina cáliz.
- 47 -
TUBO, Tubería: Etim. Tomado del latín tubus, “caño”, “conducto”. Elemento
fabricado de diversos materiales que, unidos uno con otro y siguiendo un orden en
determinada dirección y posición, sirven para la conducción de agua.
USUARIO: Persona natural o jurídica, pública o privada que utiliza la infraestructura
VÁLVULA DE CORTE O CIERRE: se coloca al comienzo o al final de la línea de
tubería. También previo estudio de la necesidad técnica o a lo largo de la misma.
VÁLVULA DE PURGA O DESAGÜE: se debe ubicar en los puntos bajos de la línea
de tubería.
VÁLVULA DE VENTOSA O DE AIRE: se debe colocar en los puntos altos de la
línea de tubería para facilitar la salida del aire que se acumula durante el funcionamiento
o en su llenado. También para la entrada del aire, en las descargas de la tubería o por
rotura.
VÁLVULA PARA QUIEBRE DE PRESIÓN: tiene por objeto reducir la presión
aguas abajo, hasta la presión atmosférica, con el fin de limitar las presiones en las
instalaciones localizadas aguas abajo.
- 48 -
III. MATERIAL Y MÉTODOS
3.1. Material
3.1.1 Población
La población está conformada por todo el sistema de riego de la localidad.
3.1.2. Muestra
La población está conformada por el canal de riego pan de azúcar.
3.1.3. Unidad de Análisis
El diseño de la obras de conducción de riego en el caserío de motil que comprende, el
estudio topográfico y de suelos, así como el cálculo hidráulico para el diseño de las
mismas.
3.2. Método:
3.2.1. Nivel de Investigación:
Según el fin que se persigue, la presente investigación, se considera
como Aplicada con enfoque cualitativo porque el estudio de las
variables se realizó con método descriptivo.
Por la clase de medios es de campo y documental ya que para esta se
necesitó datos tomados de campo e informaciones bibliográficas.
Por su alcance, la presente investigación, se considera descriptiva.
3.2.2. Diseño de Investigación
Para realizar el proyecto de investigación se realizan 3 fases:
- Fase de precampo: Recopilación de Información existente sobre estudios,
datos,.
- 49 -
- Fase de campo: Realización del trabajo de campo, que comprende toma de
muestras, observación directa del terreno, Topografía, calicatas de suelo para
estudios y determinar ensayos de los suelos. También se utilizó el método de la
velocidad - área, conocido como aforo con unos de flotadores para determinar
la eficiencia de conducción.
- Fase de gabinete: Realización del trabajo de gabinete de Topografía,
Geotecnia, planos, utilización de Programas para el diseño de las obras
hidráulicas. Con ello demostrar que el diseño planteado mejorará el sistema de
riego que afecta a ese caserío por el déficit de agua.
- 50 -
3.2.3. Variables de estudio y operacionalización
VI: Diseño hidráulico de las obras de conducción de riego de chilca.
VD: Déficit de agua en el caserío de motil- Agallpampa.
Tabla Nº17: Operacionalización de variables
VARIABLE DIMENSION INCADOR UNIDAD DE MEDIDA INSTRUMENTO
VI
Diseño hidráulico de
las obras de conducción
de riego
Replanteo y
Mediciones
Conocer el terreno. - -
Efectuar mediciones del lugar. Metros wincha
Estudios básicos
para el diseño
Categorizar el tipo de suelo. Ensayo de suelo. Ensayo de suelo.
Identificar desnivelación del suelo. estación Estación total
Diseño de Planos
Aplicación de los parámetros del
reglamento de edificaciones
Escala
AutoCAD
Utilización del cálculo hidráulico. Sistema internacional Formulas hidráulicas
VD
Déficit de agua en el
caserío de Motil-
Agallpampa
Ubicación
geográfica
Especificación de la localización
coordenadas
Mapas
Sistema de riego. Determinación de eficiencia de
conducción.
Velocidad-Área Flotadores
Fuente: Elaboración propia 2016
- 51 -
3.2.4. Técnicas e Instrumentos de recolección de datos:
Reconocimiento de campo (Observación). Inicialmente se realizó un
reconocimiento del terreno, para tener un conocimiento más real del alcance del
levantamiento en sí. Luego se trazó la poligonal utilizando el método de ceros
atrás, los vértices se observaron mediante lecturas directas del aparato. Al mismo
tiempo que se fue avanzando con el levantamiento. Para esto se utilizó una
estación TRIMBLE 3305 DR de la marca Zeiss y un GPS Gamin 76Map (ver
Figura N° 21) que fueron operados por un topógrafo.
Se excavó una calicata de 1.20m, para tomar la muestra para el estudio de suelos.
Se recurrió a fuentes bibliográficas para la obtención de datos y formulas.
Figura N° 21: Equipo para la topografía
3.2.5. Técnicas de Procesamiento de datos:
Al obtener la información de campo se continuó con los trabajos correspondientes
al procesamiento de datos. Para ello, se procede a extraer de los archivos
descargados de la estación total.
Se Ejecutan los ensayos de laboratorio.
Se realizan cálculos con los datos encontrados.
- 52 -
3.2.6. Técnicas de análisis de datos:
Los valores obtenidos se analizaron mediante tablas referenciales, programas como
AutoCAD para la elaboración de los planos, Hcanales para el diseño del canal y
fórmulas para el diseño.
IV. RESULTADOS
Los suelos componentes son finos, granulares, existiendo grandes áreas de roca,
predominando los suelos finos limosos de baja compresibilidad.
Tabla Nº18: Porcentaje por tipo de Material.
Tipo de material Porcentaje (%)
Grava arcillosa GC 38.2
Grava limo arcillosa GM-GC 25.8
Grava limosa GM 23.3
Grava mal graduada limosa GP-GM 3.0
Grava mal graduada arcillosa GP-GC 2.8
Arena limosa SM 4.3
Arena arcillosa SC 2.6
TOTAL 100%
Fuente: Elaboración propia 2016
Para la determinación de la eficiencia de conducción se utilizó el método de la
velocidad - área, conocido como aforo con unos de flotadores. Con este método se
mide la velocidad del agua superficial que discurre del canal, tomando el tiempo
que se demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en una sección
transversal.
- 53 -
Tabla Nº19: Aforo en la captación.
Nº DE PRUEBA LONGITUD DE TRAMO
(m)
TIEMPO (Seg)
1 6.00 17
2 6.00 18
3 6.00 19
4 6.00 18
5 6.00 17
TOTAL 89
Fuente: Elaboración propia 2016
Tiempo promedio “t”:
Velocidad superficial “V”:
Tabla Nº20: Tipos de sección.
TIPO DE SECCION DIMENSIONES (m) AREA (m2)
B = 0.60
y = 0.20
0.1200
B = 0.65
y = 0.19
0.1235
Fuente: Elaboración propia 2016
- 54 -
Área de la sección transversal “A”:
Calculo del caudal “Q”:
Donde se asume: Q = 0.050 m3/s = 50Lt/s
Al ingresar los datos por tramo al programa Hcanales obtenemos resultados de
cálculos de la línea de conducción:
- 55 -
Tabla Nº21: Valores obtenidos utilizando Hcanales.
Fuente: Elaboración propia 2016
Tramo 0+000 -
2+573.76
2+573.76-
2+823.76
2+823.76 –
3+250
3+250 –
3+620
3+620 –
4+405.25
4+405.25 –
4+755.25
4+755.25 –
5+051.53
5+051.53 –
5+360
5+360 –
5+668.86
Caudal (Q) 0.050 0.04790 0.04580 0.04370 0.04160 0.03950 0.03740 0.03530 0.03320
Diámetro(d) 0.2996 0.2996 0.2996 0.2996 0.2996 0.2376 0.2376 0.2376 0.1902
Rugosidad(n) 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010
Pendiente(s) 0.00299 0.00304 0.0028 0.00335 0.00134 0.01028 0.00506 0.00613 0.02032
Tirante normal(y) 0.1900 0.1834 0.1831 0.1677 0.2233 0.1295 0.1577 0.1420 0.1089
Área
hidráulica(A)
0.0471 0.0452 0.0451 0.0406 0.0563 0.0247 0.0312 0.0277 0.0160
Espejo de agua(T) 0.2886 0.2920 0.2921 0.2974 0.2611 0.2366 0.2245 0.2330 0.1882
Numero de
Frounde(F)
0.8377 0.8590 0.8239 0.9298 0.5074 1.5800 1.0247 1.1832 2.1079
Tipo de flujo supercritico supercritico supercritico supercritico supercritico supercritico supercritico supercritico supercritico
Perímetro
mojado(p)
0.5520 0.5384 0.5378 0.5066 0.6242 0.3946 0.4524 0.4200 0.3264
Radio
hidráulico(R)
0.0854 0.0840 0.0839 0.0802 0.0903 0.0626 0.0690 0.0658 0.0515
Velocidad(V) 1.0605 1.0590 1.0145 1.0761 0.7383 1.5989 1.1972 1.2766 1.9738
Energía
especifica(E)
0.2473 0.2406 0.2356 0.2268 0.2511 0.2598 0.2307 0.2251 0.3075
- 56 -
CALCULO HIDRAULICO
I. CALCULO HIDRAULICO
DATOS NECESARIOS:
1.- CONSTRUCCIÓN DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN
AGUAS ABAJO:
A. Datos Hidrológicos
Q max = 9.50 m3/s
Q medio = 4.50 m3/s
Q mínimo = 1.00 m3/s
B. Caudal de Derivación
Este caudal depende de las áreas a irrigar en el proyecto:
Las áreas a irrigar, se realizaran en forma permanente
Entonces Q = 50 l/s
Q derivad = 0.05m3/s
Calculo de "n"
1.- Material del cauce - arena limosa 0.014
2.- Grado de Irregularidad – menor 0.005
3.-Variación de sección transversal 0.005
4.- Nivel de obstrucciones 0.005
5.- Presencia de vegetación 0.000
6.- Aumento tuortosidad del cauce 0.005
0.034
n = 0.034
- 57 -
Calculo de "s"
El cálculo de la pendiente se ha obtenido del perfil longitudinal, está comprendida entre los
tramos del kilometraje indicado:
Ancho de plantilla (B) = 0.80m
Talud (Z) = 0.01
S = 0.00457
COTA Área
(m2)
P (m) R.H.˄ 2/3 1/n s˄ 1/2 Q (m3/s)
2999.5000
2999.6000 0.08 1.0000 0.1860 29.412 0.068 0.030
2999.77000 0.16 1.2000 0.2619 29.412 0.068 0.084
2999.8000 0.24 1.4000 0.3101 29.412 0.068 0.149
2999.9000 0.32 1.6000 0.3443 29.412 0.068 0.221
3000.0000 0.41 1.8000 0.3699 29.412 0.068 0.298
2999.8000 0.24 1.4000 0.3101 29.412 0.068 0.149
Con el valor del: Q max = 9.50m3/s
Hallamos el valor de la cota del espejo de agua (en el canal de aguas arriba)
- 58 -
2.- CALCULO HIDRAULICO DEL CANAL DE ENCAUZAMIENTO (AGUAS
ARRIBA):
3.- TRANSICION QUE UNIRA EL CANAL DIRIGIDO AL BARRAJE Y EL CANAL
ENCAUZAMIENTO:
Longitud de transición.
Para & = 12.50 °.
Lt = (T - t) * Ctg 12.5° / 2
Donde:
T = 0.81 m. Base superior
t = 0.80 m. Base inferior
Remplazando:
Lt = 0.018
Asumimos:
Lt = 2.00 m.
- 59 -
II. CALCULO DE CAPTACION
Luego
Reemplazando estos valores, tenemos que:
Asumimos un valor de 0.80 m.
Q = 0.05 m3/s
s = 0.002
n =0.014 Revestido de concreto
A = b*Yn
P = b + 2Yn
Q * n/ (s ˄0.5) = A*(R ˄2/3) = [A ˄5/3] / [P ˄2/3]
0.016 [(b*Yn) ˄5/3] / [(b + 2Yn) ˄ 2/3]
Iterando:
Yn = 0.156
Usaremos
Remplazamos en las formulas y se tiene:
Área (m2) = 0.800
Perim(m) = 2.800
Rad H. (m) = 0.286
Velocidad (m/s) = 0.063
h v (m) = 0.000
E (m) = Yn + 1.000
Yn = 1.0 m
Yn = 1.1m
- 60 -
Calculo de borde Libre:
BL = 0.674 m
Usaremos BL = 0.7
Entonces:
III. BARRAJE MIXTO (SE CALCULA EL CAUDAL EN: CANAL DE LIMPIA Y EN
ALIVIADERO
1.- Cotas y alturas del Barraje fijo:
a. Calculo de la elevación del barraje (Elev. B)
Elev. B = CFR + Yn +hv + 0.00
Donde:
CFC = Cota de fondo de la rasante del canal de captación
CFC = CFR + altura de sedimentos
Donde: Cl cota del fondo de rasante del rio = 2999.500 m.s.n.m.
0.20 m = Altura de sedimentos
Yn = Tirante Normal del canal = 1.100 m
hv = Carga de velocidad de ca. = 0.000 m
0.00= Perdidas por transición, cambio de dirección, etc.
- 61 -
Reemplazando se tiene:
CFC = 2999.500 + 0.00
CFC = 2999.700 m.s.n.m.
Elev.B = 3000.800 m.s.n.m.
b. Calculo de altura de barraje:
P = Elev.B – CFR
Remplazando:
P = 1.30 m
2.- Longitud del barraje fijo y del barraje movil
a. Predimensionamiento:
a.1. Por relación de áreas
El área hidráulica del canal desarenador tiene una relación de 1/10 del área obstruida
por el aliviadero:
- 62 -
A1 = A2/10
A1 = Área del barraje móvil = P* Ld
A2 = Área del barraje fijo = P *(Ancho rio – Ld)
Remplazando:
P* Ld = P *(Ancho rio – Ld) /10
Ld = 0.08 Ancho rio – Ld = 0.72
Considerar:
Ld = 0.06 m
Ancho rio – Ld = 0.74 m
a.2. Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd)
Lcd = Ld 0.03 m
a.3. Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)
e = Lcd / 4 0.01 m
Considerar:
e = 0.40 m
- 63 -
b. Disensiones reales del canal de limpia y barraje fijo:
3.- Calculo la carga hidráulica “H” :
En este cálculo se considera que la compuerta está abierta, para ello el caudal de diseño se
compartirá entre el barraje móvil y fijo.
“H” se calcula asumiendo un valor, calcular el coeficiente de descarga “c” y calcular el caudal
para el barraje fijo y móvil.
El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseño.
Q diseño max = Q aliviadero + Q canal limpia
- 64 -
a. Descarga sobre la cresta (barraje fijo) = Q aliviadero (Qal)
Qal = 0.55 * C * L * H^3/2
L = L1 – 2 (N * Kp + Ka)*H
Donde:
Qal = Descarga del aliviadero
C = coeficiente de descarga
L = Longitud efectiva de la cresta
H = Carga sobre la cresta incluyendo hv
L1 = Longitud bruta de la cresta = 0.74
N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = 4.00
Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) = 0.00
Ka = Coeficiente de contraccion de estribos = 0.00
Todos estos datos han sido obtenidos de la bibliografía para el desarrollo del presente
trabajo
Se seguirá un proceso Iterativo asumiendo
Para un H = 1.50
Calculo de "C" : C = Co * K1 * K2 * K3 * K4
*P/H = 0.867
Co = 3.95
*Efectos de cargas diferentes a la del proyecto
he = H
he/H = 0.90 < 1 ok
C/Co = K1 = 1.00
*Por ser talud vertical
K2 = 1.00
*Por efectos :
- 65 -
hd = P = 1.30 m.
(hd + H) / H = 1.87
K3 = 1.00
*Por efectos de interferencia del agua de descarga :
hd = H = 1.50
hd / he = 1.000
K4 = 1.00
Reemplazando tenemos que.
C = 3.95
Reemplazando en la fórmula de "L" tenemos que:
L= -0.26
Asumimos L = 11.00
Remplazando en la fórmula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos
que:
Q al = -1.04 m³/s
b. Descarga en canal de limpia(Qcl)
Se considera que la compuerta funcione como vertedero
Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello
usaremos la siguiente formula:
Q cl = C * L'' * hi^3/2
L = L1 - 2( N * Kp + Ka)*H
Donde:
L = Longitud efectiva de la cresta
H = Carga sobre la cresta incluyendo hv = 2.80 m.
L1 = Longitud bruta del canal = -1.34
- 66 -
N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = 4.00
Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) = 0.00
Ka = Coeficiente de contraccion de estribos = 0.00
L = -1.34 m
Considerando la compuerta como vertedero:
P= 0.00 m H = 2.80 m
Entonces: hi = P + H = 2.80 m
Calculo de "C" :
Trabajará como un orificio, solo se considera perdidas, por arrastre
C = 0.75
Reemplazando en la fórmula de Q, tenemos que:
Q cl = -4.709 m³/s
c. Descarga máxima total (Qt)
Qt = Q al + Q cl
Sumando los dos caudales:
Qt = -5.746
Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "H"
Siguiendo este proceso de iteración con el tanteo de "H" resultan los valores que aparecen
en el cuadro siguiente:
En este cuadro iterar hasta que Qt = 9.500 m3/s
CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO
H 0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 1.60
Q al 0.000 -0.200 -0.565 -1.038 -1.143
Q cl -1.490 -2.427 -3.506 -4.709 -4.963
Q t -1.490 -2.627 -4.070 -5.746 -6.106
- 67 -
Iterando obtenemos que:
H
Q max = 9.500 m3/s 1.60 m
Q medio = 4.500 m3/s 0.80 m
Q mínimo = 1.000 m3/s 0.40 m
Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:
P + H = d1 + h1
h1 = V1² / (2 x g) = (Qal / (d1 x Lal))² / 2g
V1 = Qal / (d1 x Lal)
Remplazando el valor de V1 en h1:
P + H = d1 + [(Qal / (d1 x Lal ) )² / 2g ]
1.0 d1³ - 2.90 d1² + 0.12 = 0
Qal = -1.14 m³/s
Lal = 0.74 m.
- 68 -
d1 y =
0.00 0.1216
0.20 0.0136
0.40 -0.2784
0.62 -1
0.80 -1.2224
1.00 -1.7784
1.25 -2.458
1.40 -2.8184
V1 = -1.931 m/s
hV1 = 0.19 m
Asumimos 1.30 m
Calculo de tirante conjugado (d2):
N°F°=V1 / [g * d1] ^0.5 = -0.78
d2 / d1 = 0.5 * [(1 + 8F²) ^0.5 - 1] =0.72
d2 = 0.40 m. x 0.716 = 0.29 m.
Calculo de la longitud de la poza para el resalto (Lp):
Con el valor de F, se puede clasificar el tipo de resalto, el cual indica el uso de una
poza con dimensiones del estanque tipo I.
Encontramos que:
Lp = 5.670 Tp
Tp = % * d2
El porcentaje de aumento para este tipo de pozas es del orden del
10%
- 69 -
Tp = 1.10 x d2 = 0.32 m.
Lp = 1.79 m.
Según Linquist:
Lp = 5 * (d2 - d1) = -1.66
Según Safranez:
Lp = 6 * (d1 * V1) / (g * d1) ^ 0.5
Lp = -2.56
Escogeremos: Lp = 9.00 m
DETERMINACION DE LAS DIMENSIONES DEL DESARENADOR
-La Velocidad del agua debe ser menos de 0.30 m3/s.
-El Diámetro máximo del grano debe estar entre 0.15 y 0.30 mm.
-La Capacidad de desarenación debe ser más de 1.50 ~ 2.00 veces que la capacidad
teórica.
-Los tiempos de sedimentación están en relación al diámetro del grano de las arenas; se
determinan usando el Nomograma respectivo.
DATOS:
Caudal de diseño: Q = 0.05 m3/s
Ancho del Desarenador: B = 2.50 m.
Profundidad del Desarenador: H = 1.60 m.
Diámetro máximo del grano: d = 0.30 mm.
LONGITUD DEL DESARENADOR: L = V x H x T x C
Donde:
- 70 -
Velocidad del agua: V = Q / A = Q / (B.H) = 0.013 m/s < 0.30..... O.K.
Tiempo de sedimentación: T = 35.00 s (de Nomograma)
Coeficiente de seguridad: C = 1.50 ~ 2.00 = 1.80
L= 0.013 x 1.60 x 35.00 x 1.80 = 1.31 m
Asumimos: L = 7.00 m (verificar por Norma)
CALCULO LONGITUD DE TRANSICION DE ENTRADA Y SALIDA
Altura Total camal Aguas Arriba H= 0.6 m
Talud de muros canal Aguas Arriba Z = 0.00
Ancho de Solera Camal Aguas Arriba b = 0.32
Ancho Superior de canal aguas arriba del Desarenador Tc= 0.32 m
Ancho del Desarenador B= 2.50 m
Cateto 1 del Triángulo C1 = 1.0925 m
Angulo recomendado para causar menor Turbulencia y arrastre de material
& = 12.5 0.218166156
Longitud de Transición requerida Lt = 5.01m
Adoptamos: Longitud de Transición necesaria 0.11 m
- 71 -
CALCULO ALIVIADERO DE DEMASIAS
Donde:
L= Ancho del aliviadero
Q = Caudal que ingresa al canal = 0.05 m3/seg
U = 0.6
g = 9.81 m/seg2
B.L. = 0.53 m
h = 60% del B.L. = 0.32 m
L= 0.16 m
Adoptamos: L= 2.50 m
Ha = 0.53 m
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR (ZONA DE LODOS)
Recomendación:
- 72 -
Calculo:
DISEÑO DE COMPUERTA DE LIMPIA
Qdis = caudal de diseño = 0.050 m3/s
v = Cd*(2*g*ht)1/2 = 1.33 m/s
ht = altura de toma = 0.25 m/s Espesor Piso
Cd = coef. Descarga = 0.60 adim
A = Q/v = 0.038 m2
Como A = b*h
Asumimos b = 0.50 m Menor que solera de canal
Luego h = A/b = 0.08 m
hv = altura del vertedero = 0.35 m Mayor que ht
- 73 -
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De acuerdo con los resultados obtenidos del diseño propuesto se llegó a la
elaboración de los planos. Siendo estos necesarios para su posterior construcción.
Utilizando el método de la velocidad-área se pudo determinar la eficiencia de
conducción y con los valores obtenidos se pudo determinar el caudal que tomamos
para el cálculo en el programa Hcanales para la línea de conducción de una manera
directa.
Mediante el cálculo hidráulico se obtuvo los valores para el diseño y elaboración de
planos demostrando ser confiable y un diseño apropiado para la zona y fin que
persigue, siendo necesario para mejorar el sistema de riego. No contando en la
actualidad con la implementación de dicho sistema.
Con la utilización de tubería de PVC se evitará los problemas de filtración, evitando
perdida de agua para cultivos. Teniendo en cuenta que si disminuye la velocidad esto
va a afectar el caudal haciendo que este disminuya también, esto sucede ya que va a
filtrar cuando la velocidad es mayor el agua fluye haciendo que la filtración fuera
menor, pero cuando la cantidad de agua es menor este fluye lentamente haciendo que
la filtración fuera mayor y la perdida de agua también es muy alta, esto se corrobora
en lo que dicen los autores CUSTODIO, E. Y LLAMAS M. R. 1983, que la fluidez
del agua y la velocidad de esta afectan a la filtración de agua en el terreno.
VI. CONCLUSIONES
.
1. Después de la información técnica proporcionada de Motil y además habiendo
observado que la captación de agua es a través de una captación rustica construida
por los propios pobladores y presenta un canal sin revestimiento, perdiéndose el agua
por filtración, ocasionando un malestar al no tener el agua suficiente.
- 74 -
2. Se ha realizado los estudios de topografía; determinándose que el terreno es
accidentado y ondulado. Con los estudios de suelo se determinó que presenta un
mayor porcentaje de grava arcillosa.
3. Se ha realizado el diseño hidráulico de las estructuras de captación y conducción:
Estructuras de captación:
- Caudal diseño máximo.
- Longitud y altura barraje.
- Ancho del rio.
- Dimensiones ventana de captación.
- Longitud de la poza disipadora.
- Desarenador.
Estructuras de conducción:
- Características hidráulicas del canal como: caudal, base, tirante, talud, radio
hidráulico.
- Diámetro de tubería 12’’ de tipo PEAD.
VII. RECOMENDACIONES
1) Los cambios en la cantidad de agua también pueden variar los resultados obtenidos
así que se sugiere realizar estudios con variables en las estaciones del año.
2) Capacitación de los beneficiarios del proyecto, en mantenimiento y operación de
sistema de riego, así como plan de reparto de agua.
3) Hacer el uso racionalizado del agua de riego, ya que este recurso es compartido con
Pesquería (criadero de truchas), mediante convenio existente en donde Pesquería
hace el uso del 60% y los Beneficiarios tienen el 40% del caudal disponible del Rio
Motil.
4) Determinar el Diámetro de Tuberías, en el caso del diseño de aducciones entre una
fuente de agua y un centro poblado. Generalmente conoceremos el caudal a
- 75 -
conducir (dependiente de la demanda) y el desnivel (Diferencia de cota) y Distancia
existente entre el punto de inicio y el punto final de la conducción, lo cual depende
enteramente de las condiciones topográficas. Estableciendo el material para la
tubería (lo cual depende de aspectos diferentes al hidráulico), podremos conocer el
coeficiente de fricción, con lo cual la única incógnita es el diámetro. El despeje de
la Ecuación de Energía, incluyendo el término de Pérdidas por Fricción, nos llevará
al diámetro requerido para conducir el caudal requerido.
5) Determinar la Carga de Presión disponible en algún punto del Sistema de
Abastecimiento de Agua. En Redes de distribución de agua, es necesario establecer
cuál es la carga de Presión en puntos específicos de ella a fin de establecer si se
satisfacen los requerimientos normativos.
- 76 -
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
LIBROS:
1. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico, Planeamiento y
diseño hidráulico de redes de distribución de agua potable. Cáp 1. p 14-16. Bogotá
2000.
2. Chow, V. T. “Hidráulica de canales abiertos” Mc Graw Hill. (2004).
3. Gilberto Sotelo Ávila. (2002). Hidráulica de Canales. México UNAM Facultad de
Ingeniería 836p.
4. Pedro Rodríguez Ruiz; (2008). "Hidraulica II".
5. Máximo Villón Béjar. “Hidráulica de Canales”. Lima-Perú
6. Máximo Villón Béjar. “Diseño de Estructuras Hidráulicas”. Lima-Perú
7. Manual: criterios de diseños de obras hidráulicas para la formulación de proyectos
hidráulicos multisectoriales y de afianzamiento hídrico (2010). Dirección de estudios
de proyectos hidráulicos multisectoriales Lima-Perú 356p.
8. Giovene Perez Campomanes; (2016) Manual de Obras Hidráulicas
9. Programa Nacional de Riego (2012), Obras de Riego para zonas montañosas
10. García Rico Elmer, Manual de Diseño hidráulico de canales y obras de arte.
- 77 -
PAPER:
PAPER 01: Guía para el Diseño de Desarenadores y Sedimentadores. Ing Juan Moreno
(Unidad de apoyo técnico en saneamiento Básico Rural del centro Panamericano de
Ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente)
PAPER 02: Especificaciones Técnicas para el Diseño de captaciones por gravedad de
aguas superficiales. Ing Juan Moreno (Unidad de apoyo técnico en saneamiento
Básico Rural del centro Panamericano de Ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente
PAPER 03: Diseño de canales. Ing Hugo Rojas Rubio (Escuela de Ing.civil. Universidad
Nacional del Santa)
- 78 -
ANEXOS:
- 79 -
Tabla Nº22: Matriz de Consistencia del Proyecto
Enunciado del
problema
Objetivos Justificación Hipótesis Formas de Operativizar las Variables
Métodos Variables Aspectos Indicadores
¿En qué medida el
Diseño
Hidráulico de las Obras de
Conducción de
Riego
contribuirá a mejorar el
déficit de agua
en el caserío de Motil
Agallpampa?
*General:
Realizar el diseño
hidráulico de
las obras de
conducción de riego de chilca
ante el déficit
de agua en el caserío de motil
– Agallpampa
*Específicos:
-Analizar la
problemática de
riego de Chilca. -Realizar
estudios básicos
de ingeniería: topografía y
mecánica de
suelos -Realizar el
diseño
hidráulico de
las estructuras de captación y
conducción.
- Necesidad de un
diseño hidráulico de las obras de
conducción de
riego de chilca
para mejorar el rendimiento de los
cultivos del área.
-El proyecto está
orientado al
conocimiento y a la realización del
estudio y proponer
el tipo de obras
que permitan un eficiente
aprovechamiento
del recurso hídrico.
El Diseño hidráulico de
las obras de
conducción de riego de chilca
permite dar
solución al problema
déficit de agua
en el caserío de
motil – Agallpampa.
VI Diseño
hidráulico de
las obras de
conducción de riego.
VD
Déficit de agua
en el caserío de Motil-
Agallpampa
Replanteo y Mediciones
Estudios
básicos para el diseño
Diseño de
Planos
Ubicación
geográfica
Sistema de
riego.
Conocer el
terreno.
Efectuar
mediciones del
lugar.
Categorizar el
tipo de suelo.
Identificar
desnivelación del suelo.
Aplicación de los
parámetros del reglamento de
edificaciones.
Utilización del
cálculo
hidráulico.
Especificación de
la localización.
Determinación
de eficiencia de
conducción.
Tipo de
investigación:
Aplicada
Por la clase de medios :
de campo y
documental
Por su alcance:
Descriptiva.
- 80 -
Fotografías de la zona de estudio
Figura N° 22: Vista del rio
Figura N° 23: Vista del caserío de Motil
- 81 -
Figura N° 24: Vista del canal actual
Figura N° 25: Vista del trayecto del rio
- 82 -
Fotografías del estudio topográfico
Figura N° 26: Tomas de mediciones con la estación total.
Figura N° 27: Mira para la determinación de alturas.
- 83 -
Fotografías de la Determinación de la Eficiencia de
Conducción
Figura N° 28: Donde se aprecia la longitud del tramo a prueba.
- 84 -
Figura N° 29: Donde se aprecia, flotador en el tramo a prueba.
Figura N° 30: Donde se aprecia la longitud del ancho del Canal.
- 85 -
Calculo Hidráulico de Línea de Conducción mediante el
Programa Hcanales
- 86 -
- 87 -
- 88 -
- 89 -
- 90 -
Especificaciones técnicas de la tubería PEAD a usar:
1. Mayores Caudales:
Coeficiente de fricción C=150 PE
Ks=0.007(Darcy & Weisbach)
2. Más Fácil y Rápido de Instalar:
• Peso liviano.
• Tuberías en tramos de 6,10 y 12 m. y en rollos de 50 ó100 m.
• Tuberías con presión de trabajo hasta 230 psi.
• Tuberías de 16 mm. hasta 400 mm.
3. Medio Ambiente:
Uniones por termofusión o electrofusión totalmente monolíticas: impiden por tal motivo la
contaminación del agua conducida. Además también impiden la erosión de los suelos y el
hundimiento de vías, debido a exfiltraciones.
4. Sismo-Resistentes:
Por su flexibilidad tienen un excelente comportamiento en zonas altamente sísmicas.
- 91 -
5. Vida Útil Mayor a 50 Años:
Fabricadas con resinas químicamente resistentes a la acción agresiva de los suelos y aguas.
Diseñadas para conducir fluídos a presión, a partir de un coeficiente de seguridad de diseño
de 1,25 para las tuberías fabricadas con PE 100.
6. Fácil Mantenimiento:
• Inventario de Tuberías y Accesorios local.
• Utilizando la tecnología del pinzado adecuadamente, evitan el cierre de válvulas.
7. Más Económicas:
• Transportan un mayor volumen de agua que las tuberías convencionales.
• Obras más rápidas de ejecutar.
• Se minimiza el uso de accesorios.
• Mayor vida útil.
8. Excavación y Tendido
- El fondo de la zanja no debe tener objetos duros como rocas o cualquier otro elemento que
entalle la Tubería.
- Cuando el fondo de la zanja está conformado por rocas o elementos que puedan dañar la
Tubería, es necesario rellenar el fondo con arena o suelos finos compactados (5 cms).
- La zanja debe ser lo más angosta posible dentro de los límites practicables y que permita el
trabajo dentro de ella si es necesario.
- 92 -
9. Profundidad de Zanja:
- Se recomienda de 0.80 a 1.00 m
- 93 -
Planos del Diseño
