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MUNICIPALIDAD PROVINCIAL GENERAL SÁNCHEZ CERRO OMATE

MEMORIA DE PROYECTO: "MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN LOS SUB SECTORES DE CÁLCULO RIEGO PAMPA CHALLAHUAYO Y CHICHILIN DEL ANEXO DE QUINISTACAS, DISTRITO DE OMATE, PROVINCIA GENERAL SÁNCHEZ CERRO MOQUEGUA"

PRESUPUESTO

PLA ZO EJECUCION

: S/. 800,021.68

: 90 DIA S CA LENDA RIO

REGION

: MOQUEGUA

PROVINCIA CERRO DISTRITO

: GRAL. SÁNCHEZ

: OMATE

OMATE - OCTUBRE 2016 MEMORIA DE CÁLCULO

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL GENERAL SÁNCHEZ CERRO - OMATE PROYECTO: "MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN LOS SUB SECTORES DE RIEGO PAMPA CHALLAHUAYO Y CHICHILIN DEL ANEXO DE QUINISTACAS, DISTRITO DE OMATE, PROVINCIA GENERAL SÁNCHEZ CERRO - MOQUEGUA"

PROYECTO: PROYECTO: "MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN LOS SUB SECTORES DE RIEGO PAMPA CHALLAHUAYO Y CHICHILIN DEL ANEXO DE QUINISTACAS, DISTRITO DE OMATE, PROVINCIA GENERAL SÁNCHEZ CERRO - MOQUEGUA" UBICACIÓN DE PROYECTO Región: Moquegua Provincia: Gral. Sánchez Cerro Distrito: Omate Localidad: Quinistacas CANAL RECTANGULAR

1. DISEÑO HIDRÁULICO DEL CANAL 1.1. CANAL DE RIEGO POR SU FUNCION Se denomina canal de segundo orden, llamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartidos hacia los sub laterales área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. 1.2. RADIOS MINIMOS EN CANALES

1.3. RASANTE DE UN CANAL Para definir la rasante de un canal se debe tomar en cuenta puntos de captación, puntos de confluencia de otros canales y otras obras de arte.

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La pendiente de la rasante debe ser en lo posible igual a la pendiente del terreno natural y así optimizar movimiento de tierras. 1.4. BORDE LIBRE Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

1.5. CRITERIOS DE ESPESORES DE REVESTIMIENTO No existe una regla general para definir los espesores del revestimiento de concreto, sin embargo según la experiencia acumulada en la construcción de canales en el país, se puede usar un espesor de 5 a 7.7 cm para canales pequeños y medianos, y 10 a 15 cm para canales medianos y grandes, siempre que estos se diseñen sin armadura. 2. CRITERIOS DE DISEÑO Y DATOS TECNICOS PARA EL DISEÑO 2.1. DATOS PARA EL DISEÑO En la presente memoria se calculara las características hidráulicas y geométricas de los canales de conducción según las condiciones topográficas y a la existencia de la plataforma en toda su longitud. Características Generales: Coeficiente de rugosidad

= 0.014

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Talud de Canal =0 Ancho de solera de canal = 0.40 Caudal de Diseño = 110 lt/seg Resistencia de Concreto = 175 kg/cm2 Pendiente = variable Pendiente mínima no permite sedimentación = 0.1% Velocidad mínima = 0.633 m/seg 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño a adoptarse en los cálculos respectivos se basan en la Teoría de la Hidráulica y a las recomendaciones prácticas de las Normas de Diseño Hidráulico, que se refieren a continuación en: FLUJO SUBCRÍTICO En el cálculo del discurrimiento en flujo subcrítico se utiliza la fórmula de Manning n Q / S1/2 = A R2/3 ……..[1] Donde: n = coeficiente de rugosidad de Manning Q = caudal de diseño (m3/seg.) S = pendiente longitudinal del conducto A = área hidráulica de la sección (m2) R = radio hidráulico de la sección (ml), calculado según: R = A / P .........[2] P = perímetro mojado de la sección ( ml) V = velocidad del flujo ( m/seg): V = Q / A .........[3] F = número de Froude (igual a la unidad para el flujo crítico, menor que la unidad para el flujo subcrítico y mayor que la unidad para el flujo supercrítico): F = (Q2 T / g A3)1/2 ........[4] T = ancho del espejo de agua (ml) G = aceleración de la gravedad (m/seg2)

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CANAL DE CONDUCCION LATERAL LA ROSA.

.15

.40

.15

Canal f'c=175kg/cm2

.40

.15 .05

Solado f'c=100kg/cm2 .40 .70

SECCION DEL CANAL TIPO I VERIFICACIÓN CON HCANALES

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CANAL DE CONDUCCION LATERAL PANTEÓN.

CANAL DE CONDUCCION LATERAL MIRAFLORES:

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CANAL DE CONDUCCION LATERAL MIRAFLORES: TRAMO DE TUBERIA

DIAMETRO DE LA TUBERIA HDPE 300 mm PN6

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CANAL DE CONDUCCION TUBERIA - LATERAL CHICHILIN:

DIAMETRO DE LA TUBERIA HDPE 300 mm PN6

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CANAL DE CONDUCCION LATERAL COGRI:

.15

.40

.15

Canal f'c=175kg/cm2

.40

.15 .05

Solado f'c=100kg/cm2 .40 .70

SECCION DEL CANAL TIPO I

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CANAL DE CONDUCCION TUBERIA - LATERAL SABADO:

DIAMETRO DE LA TUBERIA 300 mm HDPE PN6

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CAÍDA INCLINADA 1. DISEÑO DE POZAS DISIPADORAS CON CAÍDA INCLINADA 1.1. GENERALIDADES Las caídas inclinadas son estructuras que se utilizan para unir dos tramos de canal situados a diferente nivel, por lo general se usa cuando la diferencia en el desnivel es entre 1,0 a 4,5 m. Se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes fuertes, a fin de disipar energía del flujo generado en el tramo inclinado, mediante un resalto hidráulico que es contenido dentro de la poza de disipación. 1.2. ELEMENTOS DE UNA CAIDA INCLINADA Transición de entrada. – produce un cambio gradualmente de la velocidad del agua en el canal hacia la entrada, cambiando también la sección del canal de trapezoidal a rectangular si esto fuera necesario. Sección de control.- la sección de control tiene por finalidad mantener el flujo aguas arriba en régimen tranquilo y corresponde al punto donde comienza el tramo inclinado, manteniéndose en este punto el régimen crítico. Tramo inclinado ó caída.- el tramo inclinado es de sección rectangular tiene el mismo ancho que la entrada y poza de disipación. Poza de disipación.- es de sección rectangular y su función es de disipar la energía cinética generada en el flujo del agua en el tramo inclinado, mediante un resalto hidráulico y contener este resalto dentro de la poza. Transición de salida.- une la poza de disipación con el canal aguas abajo.

Figura 2.10. Planta y perfil caída inclinada (tomada de USBR, 1978).

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1.3. LIMITACIONES Y CRITERIOS DE DISEÑO DE CAIDAS INCLINADAS Limitaciones para el diseño:  Se trata de caídas inclinadas de sección rectangular;  La pendiente máxima del tramo inclinado puede ser 1:1,5 y mínima 1:3, será por lo general 1:2, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material confinado;  La longitud máxima del tramo inclinado de 13,5 m;  Altura máxima será de 4,5 m. Criterios de diseño de caídas inclinadas:  Desde el punto de vista hidráulico las caídas no deben estar cerca unas de otras, situación que puede impedir la formación de un flujo uniforme entre la salida y la entrada de caídas consecutivas. Por lo general, la distancia mínima entre caídas será de 60 m.  La altura de las paredes de la rampa inclinada puede calcularse en base al tirante crítico en la entrada con un bordo libre de 0,30 m para caudales menores de 3,0 m3/s.  Para dar mayor seguridad al funcionamiento hidráulico de la poza, se considera un porcentaje de ahogamiento, se recomienda entre 30% a 40%, esto se logra bajando el nivel de piso de la poza. 1.4. DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDAS INCLINADAS Diseño hidráulico de Caída Inclinada utilizando métodos numéricos y en el orden siguiente:

Figura 2.11. Sección longitudinal de una caída inclinada Ancho de la caída o poza El ancho de la caída inclinada o de la poza disipadora es dimensionada para contener el resalto hidráulico. Para que una poza disipadora opere adecuadamente, el Número de

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Froude al inicio del resalto, debería estar entre 4,5 y 15, para seleccionar un tipo apropiado de poza. El ancho preliminar de toda la estructura, es decir tanto del tramo inclinado como la poza de disipación, se calcula con la fórmula empírica 2-32, para caudales de hasta 2,80 m³/s. ………………(2-32) Dónde: B= el ancho de la caída y de la poza (m) y Q= caudal de diseño (m3/s). Transición de entrada y de salida ……………(2-33) Sección de control La sección de control se diseña estrechando la sección o elevando el fondo, ó Ambas cosas a la vez y debe cumplirse E1=∆h+E2………............. (2-34) Dónde: ∆h = sobre elevación de fondo, V2 = Velocidad crítica y Y2= tirante crítico en la sección de control.

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Figura 2.12. Sección de control Longitud de la sección de control (LSC): Se adopta una longitud de la sección de control similar a una caída vertical, es decir: LSC=3,5 Yc; Donde Yc es el tirante crítico en la sección de control. Curva circular: Se puede adoptar una curva vertical circular para unir la sección de control con el plano inclinado o rampa de ingreso al cuenco amortiguador, a criterio del proyectista. Se ha sumido una curva con radio: R=LSC; LSC: Longitud de la sección de control. Esta consideración es cuando el régimen de ingreso del canal aguas arriba a la sección de control es subcrítico. Si el régimen aguas arriba es supercrítico debe adoptarse una curva parabólica o circular similar a la trayectoria de la rápida. Cálculo de los tirantes conjugados (Y3 y Y4) en la poza de disipación Estableciendo balance de energías (E) entre los puntos 2 y 3: E2=E3

…………………………..(2-35)

Reemplazando en la igualdad (2-35) nos resulta. ………………. (2-36) Estableciendo balance de energías entre los puntos 4 y 5, y considerando un %K de ahogamiento para asegurar un resalto sumergido dentro de la poza,(Figura 2.14), se tiene: …………. (2-37) Ordenando las ecuaciones (2-44) y (2-45) y teniendo en cuenta que las cotas o elevación del fondo de la poza C3 = C4, lo que resulta simplificando la primera ecuación:

…. (2-38) Por otro lado aplicando la ecuación de momentum entre los puntos 3 y 4, lugar donde se desarrolla el resalto hidráulico, se tiene:

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…………….. (2-39 a) ……………. (2-39 b)

Como resultado de aplicar la conservación de energía y la ecuación de momentum en el diseño de una poza de disipación se obtiene un Sistema de 2 Ecuaciones No Lineales con 2 variables (y3 y y4), que puede ser resuelto mediante métodos numéricos aplicaremos el Método de Newton-Raphson.

….

(2-40)

Dónde: Q=caudal de diseño, V=velocidad, B=ancho de la poza de disipación y z=talud de la sección trasversal de la poza. El procedimiento computacional para resolver el sistema de 2 ecuaciones No Lineales con 2 variables, por el método de Newton-Raphson, es el siguiente: 1. Estimación de valores iníciales para iniciar la iteración. Para garantizar la convergencia en el método de Newton-Raphson es necesario El método de Newton-Raphson es un método abierto, en el sentido de que su convergencia global no está garantizada. La única manera de alcanzar la convergencia es seleccionar un valor inicial para la iteración lo suficientemente cercano a las raíces buscadas, razón por la cual se escoge valores de y10 e y 20 iníciales bastante cercanas al tirante inicial (y1) y conjugado (y2) del resalto hidráulico. Se escoge valores de y 30 é y 40 iníciales bastante cercanas al tirante inicial (y3) y el conjugado (y4) del resalto hidráulico, asumiendo una sección rectangular de la poza de ancho B y haciendo el balance de energías al inicio de la caída y al pie de la caída, utilizando el siguiente análisis:

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……………. (2-40) Como primera aproximación se puede hacer, C3≈C5 y ordenando se tiene una ecuación cúbica: ……………(2-40)

La ecuación anterior es de la forma: Y33 pY32 r 0………………………………… (2-40) Donde p y r son constantes. La solución de la ecuación (2-40) tiene 3 raíces que pueden ser expresados en términos de nuevas constantes, a y b, definido así [17] [18].

Los valores de B, g, C2, C5, Y2 y V2 son reales y por lo tanto a y b son reales, y existe tres casos para su solución [18]: Caso 1: existe una raíz real y dos raíces imaginarias conjugadas.

Caso 2: existen tres raíces reales de las cuales al menos dos Son iguales. Caso 3: existen tres raíces reales y desiguales.

En el algoritmo computacional primero se verifica cada caso y luego se procede a resolver como sigue: El caso 1, la ecuación no tiene raíces reales positivas y ninguna solución práctica es posible, por lo tanto no se intenta resolver.

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El caso 2, la ecuación tiene dos raíces reales positivas e iguales y la solución real está dado por:

El caso 3, la ecuación tiene tres raíces reales simples, de los cuales dos son positivas, las raíces vienen dadas por:

Donde k=0, 1, 2 y el ángulo 0 < θ