“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del

Compromiso Climático”

ALUMNOS:

LAVADO FELIPE JHONATAN HERMAN LAVADO PISCO ROMAN MIGUEL MOLINARI BULNES BRAYAN

Docente:

Ing. PEREZ CAMPOMANES GIOVENE

CURSO: OBRAS HIDRÁULICAS

Tema:

CANAL SAN BARTOLO

INDICE

1. Introducción

2. Objetivos

3. Marco teórico( lo estrictamente necesario)

4. Desarrollo del tema

5. Conclusiones y Recomendaciones

6. Bibliografía

7. Anexos

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCION

Un canal es un conducto natural o artificial por donde fluye un líquido

valiéndose únicamente de la acción de la fuerza de gravedad. Se caracteriza

por presentar una superficie libre expuesta a presión atmosférica.

El estudio y diseño de redes de canales de riego o de redes de alcantarillado

son

elementos claves del ámbito de la ingeniería hidráulica, por lo que disponer de

una herramienta eficaz para el cálculo de redes hidráulicas es una gran

ventaja.

El ser humano ha ido adaptándose a las condiciones del medio que le rodea, el

agua es componente básico del desarrollo, es así como el hombre ha tomado

el agua, y por medio de Estructuras Hidráulicas, ha crecido cada vez más

perfeccionándose día con día.

La presencia de depresiones, cursos de agua o accidentes topográficos,

incorporan condiciones especiales y particulares a las Obras Hidráulicas

principales, de manera que es necesario considerar estructuras

complementarias, que permitan superar estos obstáculos, a estas las llamamos

Obras de Arte, debido al papel que desempeñan y al arte del ingenio propio del

ingeniero.

.

OBJETIVOS

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Exponer mediante la visita de campo el diseño del Canal San Bartolo, y ver

si cumple con una adecuada infraestructura que permita el pase correcto

del flujo de agua, para evitar inconvenientes en los años futuros.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Brindar un buen balance hídrico en la zona agrícola rinconada-Áncash

Conocer la infraestructura hidráulica del canal san Bartolo

Mejorar el canal de riego ya establecido.

MARCO TEÓRICO

MARCO TEÓRICO

En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de

fluidos —generalmente utilizada para agua— y que, a diferencia de

las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías

artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los

canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al

campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería

civil.

El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta a

varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego, en

la Roma Imperial se abastecían de agua a través de canales construidos sobre

inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo Perú construyeron en

algunos lugares de los Andes canales que aún funcionan. El conocimiento y

estudio sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chézy, Bazin y

otros.

Clasificación de canales

Canales naturales

Artículo principal: Canal natural

Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre,

algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se

encuentren en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la

navegación, generalmente sin necesidad de dragado.

Canales de riego

Artículo principal: Canal de riego

Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren

complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.

Canales de navegación

Artículo principal: Canal de navegación

Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que

normalmente conecta lagos, ríos u océanos.

Elementos geométricos de la sección del canal

Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que

puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad

del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos del

escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la

distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie

libre.

Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal

en la superficie libre.

Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del

flujo normal a la dirección del flujo.

Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la

intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal

normal a la dirección del flujo.

Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada

y el perímetro mojado, se expresa como: R = A / P

Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del

área mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T

Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de

escurrimiento o flujo crítico es el producto del área mojada con la raíz

cuadrada de la profundidad hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)

El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto

del área mojada con la poténcia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como: A.

R^(2/3)

Características geométricas e hidráulicas de un canal

Las características geométricas son la forma de la sección transversal, sus

dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal.

Las características hidráulicas son la profundidad del agua (h, en m), el

perímetro mojado (P, en m), el área mojada (A, en m 2) y el radio hidráulico (R,

en m), todas función de la forma del canal. También son relevantes

la rugosidad de las paredes del canal, que es función del material en que ha

sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la pendiente

de la línea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del

canal. luis castellanos

El radio hidráulico se define como:

donde A y P son el área y el perímetro mojado.

Tipos de flujo en un canal

Flujo permanente

Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen

constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio.

Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h),

son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal,

siendo x la abscisa de una sección genérica, se tiene que:

V = fv(x)

Q = fq(x)

h = fh(x)

Flujo transitorio o No permanente

Un flujo transitorio presenta cambios en sus características a lo largo del

tiempo para el cual se analiza el comportamiento del canal. Las características

del flujo son función del tiempo; en este caso se tiene que:

V = fv(x, t)

Q = fq(x, t)

h = fh(x, t)

Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo subcrítico

como en el supercrítico.

Flujo uniforme

Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a

una distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal)

de un punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección

transversal ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una

variación en el caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba

mencionadas asumen la forma:

V = fv(x) = Constante

Q = fq(x) = Constante

h = fh(x) = Constante

Flujo gradualmente variado

El flujo es variado: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo

variado puede ser permanente o no permanente. Debido a que el flujo uniforme

no permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se utilizará

de aquí para adelante para designar exclusivamente el flujo variado no

permanente.

El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o

gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del

agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas; de

otro modo es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se

conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y

la caída hidráulica.

Flujo Crítico Cuando Froude vale uno o cuando la velocidad es igual que la

raiz cuadrada de la gravedad por la profundidad.

Flujo subcrítico

En el caso de flujo subcrítico, también denominado flujo lento, el nivel efectivo

del agua en una sección determinada está condicionado a lacondición de

contorno situada aguas abajo.

Flujo supercrítico

En el caso de flujo supercrítico, también denominado flujo veloz, el nivel del

agua efectivo en una sección determinada está condicionado a lacondición de

contorno situada aguas arriba.

Ecuación de Hazen-Williams

La fórmula de Hazen-Williams, también denominada ecuación de Hazen-

Williams, se utiliza particularmente para determinar la velocidad

del agua en tuberías circulares llenas,o conductos cerrados es decir, que

trabajan a presión.

Su formulación es: en función del radio hidráulico

en función del diámetro

Q = 0,2785 * C * (Di)2,63 * S0,54

Donde:

Rh = Radio hidráulico = Área de flujo / Perímetro húmedo = Di / 4

V = Velocidad media del agua en el tubo en [m/s].

Q = Caudal ó flujo volumétrico en [m³/s].

C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo.

90 para tubos de acero soldado.

100 para tubos de hierro fundido.

128 para tubos de fibrocemento.

150 para tubos de polietileno de alta densidad.

Di = Diámetro interior en [m]. (Nota: Di/4 = Radio hidráulico de una

tubería trabajando a sección llena)

S = [[Pendiente - Pérdida de carga por unidad de longitud del

conducto] [m/m].

Esta ecuación se limita por usarse solamente para agua como fluido de

estudio, mientras que encuentra ventaja por solo asociar su coeficiente a la

rugosidad relativa de la tubería que lo conduce, o lo que es lo mismo al material

de la misma y el tiempo que este lleva de uso.

Coeficiente de Chézy

Se denomina coeficiente de Chézy al coeficiente C utilizado en la fórmula de

Chézy para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos:

donde:

 = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico h

 = radio hidráulico, en m, función de h

 = la pendiente de la línea de agua en m/m

 = coeficiente de Chézy.

Una de las posibles formulaciones de este coeficiente se debe a Henri Bazin:

donde:

 es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

Aplicando la formulación de Bazin para el coeficiente de Chézy, la velocidad del

agua en canales se calcula según la fórmula siguiente:

Fórmula de Kutter

La fórmula de Kutter es una expresión del denominado coeficiente de

Chézy C utilizado en la fórmula de Chézy para el cálculo de la velocidad del

agua en canales abiertos:

La expresión más común de la fórmula de Kutter es:

donde:

 = coeficiente de Chézy, que se aplica en la fórmula de

Chézy: 

 = radio hidráulico, en m, función del tirante hidráulico h

 es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

 = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico h

= la pendiente de la línea de agua en m/m

Fórmula de Manning

La fórmula de Manning1 es una evolución de la fórmula de Chézy para el

cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías, propuesta por

el ingeniero irlandés Robert Manning, en 1889:

Para algunos, es una expresión del denominado coeficiente de

Chézy C utilizado en la fórmula de Chézy, 

Expresiones de la fórmula de Manning

La expresión más simple de la fórmula de Manning se refiere al coeficiente de

Chézy :

De donde, por substitución en la fórmula de Chézy,   ,

se deduce su forma mas habitual:

,

o

,

siendo:

 = coeficiente de rugosidad que se aplica en la fórmula de

Chézy: 

 = radio hidráulico, en m, función del tirante hidráulico h

 es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

 = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico h

 = la pendiente de la línea de agua en m/m

 = área de la sección del flujo de agua

 = Caudal del agua en m3/s

También se puede escribir de la siguiente forma (usando el Sistema

Internacional de Unidades):

o

donde:

 = Área mojada (área de la sección del flujo de agua), en m2, función del

tirante hidráulico h

 = Perímetro mojado, en m, función del tirante hidráulico h

 = Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared, su valor varía

entre 0,01 para paredes muy pulidas (p.e., plástico) y 0,06 para ríos con fondo

muy irregular y con vegetación.

 = Velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante

hidráulico h

 = Caudal del agua en m3/s, en función del tirante hidráulico h

 = la pendiente de la línea de agua en m/m

Para el sistema unitario anglosajón:

donde:

 = Área mojada, en pies2, función del tirante hidráulico h

 = Perímetro mojado, en pies, función del tirante hidráulico h

 = Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

 = Velocidad media del agua en pies/s, que es función del tirante

hidráulico h

 = Caudal del agua en pies3/s, en función del tirante hidráulico h

= la pendiente de la línea de agua en pies/pies

El coeficiente de rugosidad 

El ingeniero irlandés Robert Manning presentó el 4 de diciembre de 1889 en el

Institute of Civil Engineers de Irlanda, una fórmula compleja para la obtención

de la velocidad, que podía simplificarse como  .

Tiempo después fue modificada por otros y expresada en unidades

métricas como  .

Cuando fue convertida a unidades inglesas, debido a que  ,

se obtuvo su expresión en ese sistema de unidades

anglosajón  , manteniendo sin modificar los valores

de  .

Al hacer el análisis dimensional de   se deduce que tiene unidades  .

Como no resulta explicable que aparezca el término   en un coeficiente que

expresa rugosidad, se ha propuesto hacer intervenir un factor  , siendo g

la aceleración de la gravedad, con lo que las unidades de   serían  , mas

propias del concepto físico que pretende representar.2

El valor del coeficiente es mas alto cuanta mas rugosidad presenta la superficie

de contacto de la corriente de agua. Algunos de los valores que se emplean de

n son:

Tabla del coeficiente de rugosidad   de Manning

Material del revestimiento Ven Te

Chow

I. Carreteras

Metal liso 0,010 -

eHormigón 0,013 1/60 - 1/75

Revestimiento bituminoso - 1/65 - 1/75

Terreno natural en roca lisa 0,035 1/30 - 1/35

Terreno natural en tierra con poca

vegetación

0,027 1/25 - 1/30

Terreno natural en tierra con vegetación

abundante

0,080 1/20 - 1/25

Fórmula de Bazin

Se conoce como fórmula de Bazin o expresión de Bazin, denominación

adoptada en honor de Henri Bazin, a la definición, mediante ensayos de

laboratorio, que permite determinar el coeficiente C o coeficiente de Chézy que

se utiliza en la determinación de la velocidad media en un canal abierto y, en

consecuencia, permite calcular el caudal utilizando la fórmula de Chézy.

La formulación matemática es:

donde:

m = parámetro que depende de la rugosidad de la pared

R = radio hidráulico

Fórmula de Strickler

La fórmula de Strickler es una expresión del denominado coeficiente de

Chézy C utilizado en la fórmula de Chézy para el cálculo de la velocidad del

agua en canales abiertos:

La expresión más común de la fórmula de Strickler es:

donde:

C = coeficiente de Manning, que se aplica en la fórmula de

Chézy: 

R(h) = radio hidráulico (Relación entre la sección transversal y el

perímetro mojado), función del tirante hidráulico h

K es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

V(h) = velocidad media del agua.

J = pendiente de la línea de energía.

Integrando ambas expresiones, surge las fórmula habitual de trabajo:

, o bien:

,

donde Q es el caudal y S la sección.

DESARROLLO DEL TEMA

DISEÑO DE CANAL SAN BARTOLO – RINCONADA – ANCASH

TRAZO DEL CANAL-SAN BARTOLO

PERFILES LONGITUDINALES

PRIMER TRAMO 0+1KM

PRIMER TRAMO 1+2KM

PRIMER TRAMO 2+3KM

Su ubicación de acuerdo a las progresivas del canal es la siguiente:

CAIDA HIDRAULICA PROGRESIVADEL CANAL CARLOS

LEIGHTPRIMERASEGUNDATERCERACUARTAQUINTASEXTASEPTIMAOCTAVANOVENADECIMAONCEAVADOCEAVA

KM 0 + 232.60KM 0 + 301.70KM 0 + 361.40KM 0 + 416.40KM 0 + 521.50KM 0 + 600.00KM 0 + 660.00KM 0 + 950.00KM 1 + 600.00KM 1 + 900.00KM 2 + 400.00KM 2 + 710.00

CALCULOS PARA EL DISEÑO DEL CANAL

Elementos Geométricos de la sección

y= Tirante de Agua.(es la profundidad máxima del agua en el canal)

B= Ancho de solera, ancho de la base del canal

T= Espejo de agua, es el ancho de la superficie libre del agua.

C= Ancho de corona

H= profundidad total del canal

H-y= Bordo libre

Ө= Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal.

Z= Talud, es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de la paredes laterales del canal)

Relaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes

T= b + 2 Zy p=b + 2y √(1 + z2)

A= y (T + b)/2 reemplazando A= y(b + 2Zy + b)/2

A= (b + Zy)y = by + Zy2

R= A/P entonces: R = (by + Zy2)/b + 2y √(1 + z2)

CALCULO DEL CANAL SAN BARTOLO-RINCONADA-ANCASH

DATOS:

y= 0.7m

B=1m

C=0.195m

H=1.10

H-Y=0.40( borde libre)

Ө=45°

Z=1

DESARROLLO:

T= 1 + 2*1*0.70=2.4mp=1 + 2*0.70 √(1 + 1^2)= 2.98m

A= 1*0.70 + 1*0.7*2 = 1.19m2

R= 1.19/2.98=0.40m

Q2/g=A3/T

Q2 =1.19*9.81/2.4=2.21m3/s

V=2.21/1.19=1.85m/s

OBRAS DE ARTE DEL CANAL SAN BARTOLO-RINCONADA

COMPUERTAS

RAPIDAS

CAIDAS

ALCANTARILLA

COMPUERTAS

Es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido enunatubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Produce un represamiento aguas arriba de la estructura y una aumento de velocidad aguas abajo.

RAPIDAS

Las rápidas (chutes) son usadas para conducir agua desde una elevación mayor a una más baja. La estructura puede consistir de una entrada, un tramo inclinado, un disipador de energía y una transición de salida.

El tramo inclinado puede ser un tubo o una sección abierta. Las rápidas son similares a las caídas, excepto que ellas transportan el agua sobre distancias más largas, con pendientes más suaves y a través de distancias más largas.

CAIDAS

Se construyen caídas verticales, cuando se necesita salvar un desnivel de 1 m como máximo, sólo en casos excepcionales se construyen para desniveles mayores.

SINAMOS, recomienda que para caudales unitarios mayores a 3000 l/s x m de ancho, siempre se debe construir caídas inclinadas, además manifiesta que la ejecución de estas obras debe limitarse a caídas y caudales pequeños, principalmente en canales secundarios construidos en mampostería de piedra donde no se necesita ni obras de sostenimiento ni drenaje.

TRANSICIONES

Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen

secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un

tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de

sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las

transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de

baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas

por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las

transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de

Hidráulica decanales. Cuando la transición se coloca en tramos de alta

pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son

cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no

resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la

transición con ayuda de un modelo hidráulico. La transición debe garantizar

que el cambio de sección tenga lugar en forma suave:* Sin excesiva pérdida de

carga* Sin ondas transversales* Sin desbordes de agua

ALCANTARILLAS

Son estructuras que permiten el paso de agua por debajo de vías, pero con la diferencia de que en éstas la tubería está al mismo nivel del agua en el canal de riego

PUENTES

Se construyen en medio del canal para dar pase a un lugar a otro

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

Con los cálculos obtenidos del Canal San Bartolo podemos decir que está

brindando un buen Balance Hídrico a la Zona Agrícola del Sector Rinconada ya

que los agricultores de abastecen adecuadamente con el agua requerida.

Gracias a la visita de campo pudimos conocer de forma clara las diferentes

obras de arte que se pueden apreciar a simple vista en el canal San Bartolo

dándonos una idea general, del diseño de su infraestructura.

Podemos concluir diciendo, que no se logró mejorar el canal de riego San

Bartolo porque mediante los cálculos que realizamos, logramos observar que

se encuentra en óptimas condiciones.

RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES

Recomendamos a los pobladores de rinconada cuidar y mantener en óptimas condiciones el canal San Bartolo.

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

Hidráulica de los canales abiertos. Ven Te Chow. 1982. ISBN 968-13-1327-5

CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill. 1994. 667pp.

Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones del riego.

ANEXOS

ANEXOS

Preparándonos para empezar a medir las dimensiones del Canal San Bartolo

Nos encontramos midiendo la longitud del Espejo de Agua del Canal San Bartolo.

Como observamos en la imagen, estamos midiendo la corona del espejo de agua.

Tomando medidas de las dimensiones de la Compuerta para posteriormente proceder con los cálculos.

Podemos observar el recorrido del Canal San Bartolo y podemos apreciar a lo lejos una caída y una compuerta de toma lateral.

Observamos una de las muchas compuertas del Canal San Bartolo de toma Lateral

Podemos observar en nuestra imagen una de nuestras progresivas del Canal, que pudimos observar mientras nos desplazábamos por el lugar.

Observamos Una compuerta lateral, en el Canal que está abasteciendo un campo Agrícola de la Zona.