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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA Obras Hidraúlicas

TEMA Tomas Laterales en Canales

ALUMNO Pérez Pérez Lady Laura Ríos Ramirez Roland Diego Rojas Tirado Fernando Damian Vasquez Tello Luis Zavaleta Flores Carlos Javier

ASESOR Ing. Benjamín López Cahuaza

CACATACHI – PERÚ 2019

OBRAS HIDRAULICAS

INDICE:

I.

INTRODUCCIÓN

Pag. 3

II.

OBJETIVOS

Pag.3

2.1 Objetivos Específicos

Pag. 3

2.2 Objetivo General

Pag. 3

MARCO TEÓRICO

Pag. 3

3.1 Concepto (Tomas Laterales)

Pag. 4

3.2 Consideraciones Hidraúlicas

Pag. 4

3.3 Elementos de Diseño

Pag. 5

3.4 Consideraciones sobre el diseño

Pag. 5

3.5 Criterios de diseño

Pag. 6

3.6 Diseño Hidraúlico de una Toma Lateral

Pag. 9

MARCO PRÁCTICO

Pag. 11

4.1 Ejemplo de Cálculo

Pag. 11

V.

CONCLUSIONES

Pag. 13

VI.

RECOMENDACIONES

Pag. 14

VII.

BIBLIOGRAFIA Y LINKOGRAFIA

Pag. 15

III.

IV.

TOMAS LATERALES EN CANALES

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OBRAS HIDRAULICAS

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se ha elaborado el diseño de tomas laterales en canales (no tubulares), el propósito de este tema es considerar las principales alternativas utilizadas para derivar un determinado caudal de agua de un canal principal a un secundario, y finalmente para el riego en las Parcelas. Generalmente su capacidad guarda relación con el concepto de concentración de riesgo y extensión del área de riego que domina el lateral, veremos aquí las consideraciones que debemos tener en cuenta para el diseño hidraúlico de tomas laterales en canales.

II.

OBJETIVOS

2.1 Objetivos Específicos - Conocer el concepto y la función de las Tomas Laterales - Conocer las condiciones y consideraciones de diseño para Tomas Laterales - Identificar los criterios de diseño para Tomas Laterales - Diseñar una Tomas Laterales en Canales

2.2 Objetivo General - Conocer y comprender el funcionamiento de las Tomas Laterales en Canales.

TOMAS LATERALES EN CANALES

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OBRAS HIDRAULICAS

III.

MARCO TEÓRICO

3.1 CONCEPTO (Tomas Laterales) Las obras de toma para canales son dispositivos hidraúlicos 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 sub laterales y luego de estos últimos divididos a su destino según sea su propósito. La Toma Lateral en Canales es una obra de captación superficial y es la mas empleada cuando se trata de captar el agua de un río. Estas obras pueden servir tambien para medir la cantidad de agua que circula por ellas, pero en nuestra región es común ver que las Tomas Laterales, son las principales alternativas utilizadas para derivar el determinado caudal de agua de un canal principal a un secundario, y finalmente para el riego de las parcelas de arroz u otro sembrío. Existen dos tipos de Tomas Laterales, tenemos las tubulares y las no tubulares, pero en este caso hablaremos de las no tubulares ya que nuestro trabajo se centra en las tomas laterales en canales.

3.2 CONSIDERACIONES HIDRAÚLICAS: - Las tomas laterales en una red de riego, en especial son colocados en los canales secundarios o terciarios. - Se proyectan en especial en los canales secundarios y 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.

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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.

3.3 ELEMENTOS DE DISEÑO -

Elementos de encauzamiento y cierre. Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del río.

-

Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad.

-

Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de los sólidos.

-

Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación.

-

Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y la abrasión

-

Elementos estructurales. Son los que dan estabilidad a la obra.

3.4 CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEÑO A) Velocidad.- Cuando no se tiene una estructura de concreto a la salida de la transición y un canal de descarga sin revestimiento, la velocidad máxima en la tubería debe ser alrededor de 3,5 pies/s. Si una transición de salida es proporcionada, el máximo valor de la velocidad en la tubería puede ser aumentada hasta 5 pies/s. Se utiliza generalmente un diámetro para la tubería mínimo de 18 pulgadas. B) Infiltración y estabilidad.- La estructura debe proporcionar una ruta de infiltración de suficiente longitud para evitar la eliminación de los materiales de la base por la infiltración del agua. Puede ser necesario conectar collares al conducto para aumentar la longitud de la ruta de la infiltración. La toma lateral debe ser estable contra la flotación y el deslizamiento.

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C) Hidráulica.- La cantidad de profundidad en el conducto depende del tipo de entrada y salida utilizadas en la afluencia. La profundidad adecuada promueve la uniformidad de flujo y la precisión de los dispositivos de medición de agua incorporados en la estructura de afluencia. Cuando hay exceso de la profundidad en la estructura, el conducto y la salida de las partes de la afluencia deben ser diseñados como una estructura de caída. Si la altura de diseño del agua superficial es mayor que la altura máxima que puede entregar el caudal de afluencia; es necesario tener algunos medios, ya sea reducir las pérdidas a través de la estructura o aumentando la altura de control del agua superficial en el canal de suministro. El uso de grandes tuberías reducirá las pérdidas en una pequeña cantidad. La superficie de control del agua puede elevarse al mover el control que mantiene la superficie del agua, cerca de la afluencia. D) Varios.- Las entradas de afluencia deben fijarse de manera que no sobresalgan en el prisma del canal. La inclinación de las paredes laterales deben ser de tal manera que no interfiera con la limpieza y el mantenimiento del canal. Las Compuertas deslizantes de fierro fundido con asientos mecanizados se utilizan compuertas de afluentes para asegurar la estanqueidad cuando las compuertas están cerradas. Las compuertas de acero deslizables se utilizan como puertas de orificio en las estructuras de orificio constante de superficie.

3.5 CRITERIOS DE DISEÑO La toma de agua mediante espigón siempre es recomendable para ríos de las Cordilleras peruanas, que llevan grandes cantidades de sedimentos y parcialmente tienen fuertes pendientes, tanto más cuanto no afectan considerablemente ni el río ni el régimen fluvial. Determinar la longitud de un vertedero lateral para que derive un caudal determinado es un problema que se encuentra frecuente en el diseño de canales en general. Existen dos criterios diferentes para diseñar una Toma Lateral:

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-

El primero considera que la energía específica en el canal a lo largo del vertedero es aproximadamente constando.

-

El segundo descarta la hipótesis de Energía Específica cnostante y utiliza la ecuación de Cambio en Cantidad de Movimiento para determinar la variación de la Energía Expecífica.

Este último Este último criterio es teóricamente más ajustado a la realidad que el. primero,pero su aplicación práctica resulta dispendiosa. En algunos casos particulares, como cuando se trabaja en canales prismáticos de poca pendiente con régimen tranquilo, los dos criterios producen 2resultados similares y por esta razón se prefiere utilizar el criterio de la Energía Específica constante como una aproximación razonable bajo ciertas condiciones que se analizan más adelante. En la FIG.4.11 en donde se observa la diferencia en la representación esquemática de los dos criterios.

FIG.4.12 Perfil de Flujo en Vertederos Laterales

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Para el caso particular de un vertedero lateral en un canal rectangular de baja pendiente y sección constante las limitaciones que se consideran son las siguientes: -

El régimen en el canal es Subcrítico inmediatamente antes y después del vertedero.

-

En el régimen supercrítico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de canales de gran pendiente o de ríos de montaña.

-

El flujo subcrítico (NF < 1) corresponde a un régimen tranquilo, propio de tramos de llanura.

-

El flujo crítico (NF = 1) es un estado teórico en canales y representa el punto de transición entre los regímenes subcrítico y supercrítico.

-

La cresta del vertedero lateral es horizontal y la pendiente del canal en el tramo ocupado por el vertedero es despreciable.

-

El canal es de sección rectangular, de ancho constante.

-

La cresta del vertedero tiene Perfil de Cimacio. En este caso, Cv = 2.2 en sistema métrico.

-

La Energía Específica (E) en el canal a lo largo del vertedero es constante. E=Y+V2/2g

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3.6 DISEÑO HIDRAÚLICO DE UNA TOMA LATERAL Di Marchi, mediante un procedimiento analítico integró la ecuación general del flujo espacialmente variado y obtuvo la siguiente expresión:

Donde: b = Ancho del canal. Cv = Coeficiente de descarga del vertedero E = Energía Específica. P = Altura de la cresta del vertedero por encima del fondo del canal. Y = Profundidad del agua del vertedero.

La longitud del vertedero es:

Donde: L = Longitud del Vertedero X1 & X2= Son las abscisas correspondientes a las profundidades Y1 y Y2 respectivamente. Cuando el flujo es subcrítico la profundidad (Y2) (FIG.4.11) es conocida y es igual a la profundidad normal de flujo del canal de aguas abajo. (X2) se fija arbitrariamente. Conocidos Y2 y X2 se calcula la constante de integración (C).

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Con la ecuación aproximada de Salamanca, 1970, se consigue hallar:

Donde: Qv= Caudal por el Vertdero. Y1 = Profundidad del agua en el canal aguas arriba del vertedero. Y2 = Profundidad del agua en el canal aguas abajo del vertedero. La ecuación se aplica en sistema métrico y utiliza un coeficiente Cv = 2.2 para el vertedero. En la práctica el coeficiente es menor por efecto del cambio de dirección del flujo que vierte y de su choque contra las paredes del vertedero. El coeficiente corregido toma la forma:

Donde: k= Es un factor que se determina experimentalmente. En vertederos pequeños k= 0.15. Q1= Caudal en el canal aguas arriba del vertedero. Q2 = Caudal en el canal aguas abajo del vertedero, luego de que se ha derivado un caudal Qv. La ecuación del caudal con la corrección del coeficiente resulta:

La altura del vertedero lateral P puede tomar un valor de hasta 2/3 de la altura de agua, aguas abajo Y2. Entonces la altura de la lámina de agua sobre el vertedero tiene hasta 1/3 de Y2

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IV.

MARCO PRACTICO

4.1 EJEMPLO DE CALCULO DISEÑO DE UNA TOMA LATERAL Diseñar un vertedero lateral para derivar un caudal de 1000lps en un canal rectangular de concreto liso que tiene un ancho de 2.5 m y una pendiente longitudinal de 0.2%. El caudal de entrada al canal es de 4.0 m3/s. el coeficiente del vertedero es Cv = 2,2. (Asumir X2 = 14 m). Datos: Q1= 4.0 m3/s. Qv = 1.0 m3/s b = 2.50 m. So = 0.002 n = 0.014 (concreto liso). Cv = 2,2 X2 = 14 m

DESARROLLO: Calcular valores aguas abajo: Hallar Q2 de la relación:

Hallar Y2, con la ecuación de Manning:

Tal que A = b * Y2 y P = b+2* Y2

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Entonces: Y2 = 0.66 m (profundidad normal). Hallar V2, de la ecuación de continuidad:

Comprobar el tipo de flujo aguas abajo, con el número de Froude:

Como Fr2 es menor a 1, entonces flujo subcrítico. Hallar E

Hallar altura del vertedero lateral P:

Calcular C de la ecuación de Di Marchi conocidos los valores de X2, Y2, E, P. En la aplicación de la fórmula los ángulos deben expresarse en Radianes.

Reemplazando valores C = 26,36 Mediante iteraciones se realiza la siguiente tabla donde se halla la longitud del vertedero lateral: Asumir un valor de Y1 e introduciendo en la ecuación de Di Marchi nos dé un valor de X1 en este caso Y1 = 0.635 m.

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En la tabla: la columna 1, son los valores de Y1 asumidos. Columna 2, valores de X1 de la ecuación de Di Marchi, ecuación (4.11). Columna 3, longitud de la cresta hallada con la diferencia de cotas,

Columna 4, es el cálculo del coeficiente

Columna 5, es el cálculo de la longitud de la cresta del vertedero con la ecuación:

La solución del problema, para derivar un caudal de 1,0 m3/s, la longitud de cresta del vertedero es 1.71 m.

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V.

CONCLUSIONES

1. Cada estructura tiene su función definida en la cual debemos tener los criterios bien definidos para poderlos diseñar bien. 2. Siempre se debe hacer estudios previos ya sean topográficos hidrológicos geológicos, también socio-económicos antes de hacer la captación. 3. Se pudo llegar al diseño de una Toma Lateral. 4. La Toma Lateral en Canales es una de las Obras de Captación Superficial mas empleada cuando se trata de captar el agua de un río. 5. Las Tomas Laterales en una red de riego, en especial son colocados en los canales secundarios o terciarios. 6. La Velocidad, La Infiltración y Estabilidad, La Hidraúlica son consideraciones importantes para el diseño de una Toma Lateral en Canales. 7. La toma de agua mediante espigón siempre es recomendable para rios de las Cordilleras Peruanas que llevan grandes cantidades de sedimentos y parcialmente tienen fuertes pendientes, siempre y cuando no afecten considerablemente ni el río, ni el régimen fluvial.

VI.

RECOMENDACIONES

1. Todas las obras de la captación deben tener un mantenimiento continuo ya que esta si no se hace uno correcto, las estructuras podrían llegar a fallar. 2. Como en toda obra es de suma importancia hacer un breve estudio hidrologico y topografico para así determinar de forma correcta las pendientes que van a tener los canales y las tomas. 3. Es importante mantener limpio los Canales ya que en caso de obstrución estas no tendrán un correcto funcionamiento y por tal el objetivo de su construcción no será justificada.

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VII.

BIBLIOGRAFIA Y LINKOGRAFIA

1. DESING OF SMALL CANAL STRUCTURES- United States Department of the Interior –Bureau of Reclamation

2. "Manual de Medición de Agua"

3. HIDRAULICA-OBRAS DE TOMAS MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HIDRICO 4. Criterio construcción de Obras de Arte – Escuela de Ingeniería Civil – Universidad de Santa, Nuevo Chimbote 2007.

5. http://www.bvsde.opsoms.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d23/021_Dise%C3%B1o_ca ptaciones/dise%C3%B1o_captaciones.pdf

6. http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/03/toma-lateral.html

7. http://www.espyumbo.com/captacion.htm

8. http://www.psi.gob.pe/pageNotisDet.asp?idN=93

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