TRABAJO DE CAMPO
“ACUEDUCTO CASCAJAL”
La Universidad SAN PEDRO, en el curso de Diseño de Estructuras Hidraulicas de la Facultad de Ingeniería Civil brinda la oportunidad a los alumnos del VIII ciclo llevar a cabo el reconocimiento y visita del acueducto “C ASCAJAL”. El cual nos servirá en nuestro desarrollo como profesionales, ya que está orientado a conocer los elementos que constituyen un acueducto, este trabajo nos permite saber cómo se construye un acueducto y la utilización de cada uno de los elementos de esta. En forma especial se le agradece al docente del curso, por darnos la gran oportunidad de realizar visitas a campo, ya que con esto se logra un amplio conocimiento de la finalidad del canal aéreo, formando de esa manera a estudiantes de buena calidad.
ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
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“ACUEDUCTO CASCAJAL”
INDICE
1. INTRODUCCION
3
2. UBICACIÓN
4
3. ACCESO
5
4. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General 2.2 Objetivo Especifico
6 6 6
5. RESEÑA HISTORICA DEL ACUEDUCTO CASCAJAL
7
6. MARCO TEORICO 4.1. Elementos hidráulicos de un puente canal 4.2. Consideraciones para el diseño hidráulico 4.3. Diseño del conducto elevado 4.4. Cálculo de la transición de salida 4.5. Cálculo de las pérdidas en las transiciones 4.6. Cálculo de los efectos de la curva de remanso 4.6.1. Calculo de 4.6.2. Calculo de 4.6.3. Calculo de 4.7. Cálculo de la altura de remanso
10 10 11 11 12 12 13 13 13 14 14
7. OBTENCION DE DATOS
15
8. ANÁLISIS
18
9. CONCLUSIONES
27
10. BIBLIOGRAFIA
28
11. ANEXOS
29
ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
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“ACUEDUCTO CASCAJAL”
INDICE
1. INTRODUCCION
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2. UBICACIÓN
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3. ACCESO
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4. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General 2.2 Objetivo Especifico
6 6 6
5. RESEÑA HISTORICA DEL ACUEDUCTO CASCAJAL
7
6. MARCO TEORICO 4.1. Elementos hidráulicos de un puente canal 4.2. Consideraciones para el diseño hidráulico 4.3. Diseño del conducto elevado 4.4. Cálculo de la transición de salida 4.5. Cálculo de las pérdidas en las transiciones 4.6. Cálculo de los efectos de la curva de remanso 4.6.1. Calculo de 4.6.2. Calculo de 4.6.3. Calculo de 4.7. Cálculo de la altura de remanso
10 10 11 11 12 12 13 13 13 14 14
7. OBTENCION DE DATOS
15
8. ANÁLISIS
18
9. CONCLUSIONES
27
10. BIBLIOGRAFIA
28
11. ANEXOS
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En el gran número de estudios que abarca la ingeniería la ingeniería civil es muy común encontrarse con problemas con problemas relacionados al cauce de aguas, debido a esto los ingenieros civiles tenemos la obligación de aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de ESTRUCTURAS HIDRAULICAS resolviendo este tipo de problemas. Para el desarrollo el desarrollo de este proyecto este proyecto tendremos como base fundamental los temas vistos durante el curso de estructuras hidráulica para poder llegar a realizar el análisis el análisis del acueducto o canal aéreo de Cascajal en Chimbote. Al realizar este proyecto se busca obtener información información sobre las obras hidráulicas de nuestra nuestra localidad y realizar las las mediciones correspondientes correspondientes de estas obras hidráulicas
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El canal aéreo forma parte del Canal Chimbote. Ubicado en el valle de cascajal coordenadas: -8.945286, -78.563266
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Para llegar al canal, se debe acceder por la carretera de Chimbote hacia Cambio Puente y luego y por el Camino de trocha hacia cascajal. El canal se puede visualizar en el camino ya que está por encima de este.
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Realizar las mediciones correspondientes de la obra del canal aéreo o acueducto de CASCAJAL.
Objetar sobre las construcciones hidráulicas presentes en nuestra ciudad. Llevar a la vida práctica los conocimientos adquiridos durante el curso de hidráulica, de igual forma otras materias como topografía.
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Aproximadamente a 11 kilómetros al noreste de nuestra ciudad, existe un valle que por su producción agrícola y su verde campiña es digna de ser conocida. Cascajal: existen varias hipótesis sobre el origen de este nombre, sin embargo la mas acertada puede ser que; cascajal deriva de la palabra quechua que significa pedregal o cascajo. Hoy por hoy, gracias a sus tierras fértiles óptimas para el cultivo agrícola, ganadero y la abundancia de aguas con las que cuenta este valle, han convertido el cascajo de antaño en una fuente de extracción agrícola que esta generando ingresos a la provincia; contribuyendo con la economía de chimbote. Aquí la agricultura, la ganadería y el trabajo arduo, forman un conjunto, un trinomio que deja a su paso un bello paisaje rural, donde usted podrá respirar un aire puro, con sabor a libertad; lejos del bullicio y la rutina urbana. Este recorrido, empieza en las esquinas de Gálvez y Gracilazo, donde se ubican los carros a cascajal, la ruta es tomando la panamericana norte ingresando por el poblado de santa; al llegar al cruce de castillo se toma un desvío, 15 minutos de carretera encala minada y por fin Ante nuestros ojos, dándonos la bienvenida, un monumento que no solo tiene un importante valor agrícola sino que sumado a su gran utilidad tiene un valor histórico con mas de 100 años de su construcción, pues data desde la época de la republica, el canal aéreo, hoy ha sido integrada por el instituto nacional de cultura como un patrimonio de la provincia y la región. El coloso, consiste en un conducto que da pase de agua a tamboreal. Su utilidad es netamente irrigadora.
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Cascajal tiene una población de 12 mil habitantes. El valle se extiende a lo largo en una área de 80 mil hectáreas que comprende 16 pueblos o anexos la parte baja del valle lo limita el canal aéreo y en la parte alta en una zona árida sus límites le dan los pueblos de lacramarca alta y lupahuari. La mayoría por no decir casi todos sus habitantes depende directa e indirectamente de la agricultura. Gracias a la diversidad en microclimas en este valle se siembra de todo; caña de azúcar, espárragos, ají, sandia, marigol, alcachofas, etc. siendo el arroz, el maíz y el algodón los productos que con mayor frecuencia se cultivan.El arroz es el más cosechado en la parte baja de cascajal, mientras que en la parte alta destaca más el maíz y el algodón es así que se estima que al año estas tierras producen aproximadamente 400mil hectáreas cosechándose un estándar de 80 kintales por hectárea. El clima del valle también ha permitido la gran variedad de frutales y la crianza de animales domésticos y ganaderos adaptables al clima de la costa siendo muy común encontrar en los hogares huertos y pequeñas granjas. El lugar o punto mas céntrico de cascajal se encuentra en; cascajal pueblo, conocido también como “la cuadra” nombre que le debe a que en sus inicios no
fue mas que una cuadra de viviendas; claro, hoy con el transcurso del tiempo este pequeño pueblo ha crecido y hoy pasa de cinco cuadras y de una avenida. Cascajal es un distrito o consejo menor que por ende cuenta con un alcalde.
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Este recién consolidado distrito no tiene mucho que envidiar a huallanca o a los pueblos que cuentan con sus fuentes de energía eléctrica ya que avanzando un kilómetro mas arriba se encuentra una pequeña micro hidroeléctrica que le alumbro por aproximadamente 10 años hasta que en el 2005 la empresa hidroandina hizo su ingreso en el valle. Hoy no funciona pero resulta interesante visitarlo.
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El puente canal o acueducto, es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresión. La depresión puede ser otro canal, un camino, una vía de ferrocarril o un dren. El puente canal, es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto, hierro, madera u otro material resistente, donde el agua escurre por efectos de la gravedad.
IMAGEN 01: Vista de canal aéreo - Casca al
4.1.- Elementos hidráulicos de un puente canal: En el diseño hidráulico, se
pueden distinguir los siguientes componentes:
Transición de entrada, une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente canal, lo cual provoca un cambio gradual de la velocidad del agua en el canal.
Conducto elevado, generalmente tiene una sección hidráulica más pequeña que la del canal. La pendiente de este conducto, debe
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ajustarse lo más posible a la pendiente del canal, a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo. Debe procurarse que en el conducto el flujo sea subcrítico.
Transición de salida, une el puente canal con el canal.
4.2.- Consideraciones para el diseño hidráulico:
Material: El material utilizado para la construcción del puente canal
puede ser: concreto, madera, hierro, u otro material duro, lo cual nos permite elegir el coeficiente de rugosidad.
Forma de la sección transversal: Por facilidades de construcción se
adopta una sección rectangular, aunque puede ser semicircular o cualquier otra forma.
Ubicación de la sección de control: Por lo general, un puente canal se
diseña para las condiciones del flujo subcrítico (aunque también se puede diseñar para flujo supercrítico), por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba. 4.3.- Diseño del conducto elevado: Por condiciones económicas el ancho
debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo subcrítico. A fin de que las dimensiones sean las mínimas posibles se diseña para condiciones cercanas a las críticas. Para una sección rectangular, en condiciones críticas se cumplen las siguientes ecuaciones:
= 23 1 = ∗ 2
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De (1) y (2), se obtiene b:
2 7∗ = 8∗ ∗ 3 En resumen, para definir el ancho del conducto, se calcula b utilizando la ecuación (3), luego se amplía su valor en forma adecuada, recordando que un mayor valor disminuye el efecto por curva de remanso, pero disminuye la velocidad en el conducto.
4.4.- Cálculo de la transición de salida: Para el caso de una transición recta
la ecuación utilizada es:
Donde:
5° 4 = 2∗22.
T1 = espejo de agua en el canal T2 = b = ancho de solera del conducto
Nota: La transición de entrada se diseña en forma similar.
Las pérdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las pérdidas por cambio de dirección, siendo su ecuación: 4.5.-
Cálculo
de
las
pérdidas
en
las
transiciones:
ℎ− = ∆ℎ 5 h− ∆hv Donde:
= pérdidas por transición entre 1 y 2 K = coeficiente de pérdidas en la transición, puede ser: Ke = coeficiente de pérdidas en la transición de entrada Ks = coeficiente de pérdidas en la transición de salida = diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo
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1 2 ∆ℎ = 2 2 :1 > 2
Los valores de Ke y Ks, dependen del tipo de transición diseñada: Tipo de Transicion
Ke
Ks
Curvado
0.10
0.20
Cuadrante cilindrico
0.15
0.25
Simplificado en linea recta
0.20
0.30
Linea recta
0.30
0.50
Extremos cuadrados
0.30
0.75
4.6.- Cálculo de los efectos de la curva de remanso:
: ∆− + + 2 = + 2 + 2 2 6 ∆− = ∗ : ∆− + + 2 = + 2 +ℎ− 7 ℎ− = ∗ ̅ = ∗ ̅ = +2 = +2 4.6.1 Calculo de
Aplicar la ecuación de la energía entre las
secciones 3 y 4
Donde:
La ecuación (6), se resuelve por tanteos. 4.6.2 Calculo de
Aplicar la ecuación de la energía entre las
secciones 2 y 3
Donde:
La ecuación (7), se resuelve por tanteos.
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∆− + + 2 = + 2 + 2 2 8 ∆− = ∗ 4.6.3 Cálculo de
: Aplicar la ecuación de la energía entre las
secciones 1 y 2
Donde:
La ecuación (6), se resuelve por tanteos.
4.7.- Cálculo de la altura de remanso: La altura de remanso producido será:
ℎ = 9
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Diseño de Acueducto Consideraciones para el diseño hidráulico: 1.- Material utilizado:
En este caso el material es concreto. Coeficiente de rugosidad para concreto: n= 0.014. 2.- Forma de la sección transversal
La sección transversal es rectangular.
*Datos obtenidos de campo.
3.- Ubicación de la sección de control
Por lo general, un puente canal cuya vista en planta se muestra en la figura, se diseña para las condiciones del flujo subcrítico por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba. ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
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En la sección 4 de la figura se tienen las condiciones reales, siendo su tirante real de flujo el correspondiente al Yn del canal, esto debido a que toda singularidad en un flujo subcrítico crea efectos hacia aguas arriba, por lo que esta sección 4, representa una sección de control. La ubicación de una sección de control, resulta importante para definir el sentido de los cálculos hidráulicos, en este caso, desde la sección 4 aguas abajo, hacia la sección 1 aguas arriba.
4.- Diseño del conducto elevado
Para el cálculo de b utilizaremos la siguiente formula:
27 = 8 Como Q es conocido, para calcular b, se requiere conocer Emin. Como una aproximación de Emin, puede tomarse el valor de E4, calculado como: Para esto necesitamos el tirante y la velocidad en la sección de control (4). Sección de control: En la sección de control nos encontramos con un canal trapezoidal, cuenta con las siguientes características:
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Datos Generales:
5,00 55,00 54,50 300,00 1,6 0,0017 1,5 0,014
Q Máximo : Cota Inicial : Cota Final : Longitud : Ancho de Solera(b) : Pendiente (S): Talud (z) : Rugosidad (n) :
m3/s msnm msnm m m concreto
Cálculos: a) Calculo del Tirante Normal:
./ = // / + 1.71 = +2 1 +2 /
Por tanteo de “y” obtenemos:
1.71 = 1.71 = 0.88 = 0.88
Por lo tanto:
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b)
Calculo del área Hidráulica:
= + = 1. 6=+1.2.558∗0.8 80.88
= +2 1 + = 1.6 +2∗0. 8 8 1 +1. 5 = 4.78
c) Calculo del Perímetro Mojado:
= +2 = 1.6 +2∗1.5 ∗0.88 = 4.25 = = = 1.94 / = √ 9.81.10.94 88 = 0.66 < 1 →
d) Espejo de Agua (T):
e) Numero de Froude (F):
f) Calculo del Radio Hidráulico R :
= 2 .58 ==0.4.5478
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g)
Energía Especifica E:
= + 2 = + 2 1. 9 4 = 0.88+ 2∗9.81 = 1.07 Con E calculada de la sección de control, hallamos b del conducto elevado:
27 = 8 = 8∗1. 2707∗5 ∗9.81 = 2.65 5.- Cálculo de la transición de salida
Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es:
5° = 222.
Dónde: T1: Espejo de agua en el canal = 4.25m T2: b: Ancho de solera en el conducto = 2.65m
52.56°5 = 42.222. = 1.93 ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
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La transición de entrada se diseña en forma similar, siendo: T1= 3.05m T2= 2.65m
5° = 222. 02.56°5 = 32.322. = 0.48
6.- Cálculo de las pérdidas en las transiciones
Las pérdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las pérdidas por cambio de dirección, siendo su ecuación:
ℎ− = ∆ℎ
Dónde: h1-2: perdidas por transición entre 1 y 2 K: coeficiente de pérdidas en la transición, puede ser: Ke: coeficiente de pérdidas en la transición de entrada. Ks: coeficiente de pérdidas en la transición de salida. ∆hv: diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo
∆ℎ = 2 2 ℎ− = ∆ℎ 5 5 ℎ− = 0.30∗ 3.00∗ 2.65∗ 5 5 ℎ− = 0.30∗ 3.00∗1.09 2.65∗1.02 ℎ− = 0.325
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Los valores de Ke y Ks. Dependen del tipo de transición diseñada: Tipo de transición Curvado Cuadrante cilíndrico Simplificado en línea recta Línea Recta Extremos cuadrados
Ke
Ks
0.10 0.15 0.20 0.30 0.30
0.20 0.25 0.30 0.50 0.75
Para este tipo de transición Ke= 0.20 Ks= 0.40
7.- Cálculo de los efectos de la curva de remanso 7.1-
Calculo de
secciones 3 y 4:
:
Aplicar la ecuación de la energía entre las
∆− + + 2 = + 2 + 2 2 : ∆− = ∗ = 0.0017∗1.93 = 0.003 Ks= 0.40 Despejando la ecuación:
+ 1 2 = + 2 +∆− 2 / ∗ 1. 9 4 + 1 2 = +∆− 2
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( ) ∗ + 10.40 2 = 1.07+0.0030.400.19 5 ( ) 2. 6 5∗ + 0.60 2 = 0.998 + 0.60 14.045∗9.25 81∗ = 0.998 + 0.11 = 0.998 = 0.85 : ∆− + + 2 = + 2 +ℎ−
Por tanteo:
7.2.- Calculo de
Aplicar la ecuación de la energía entre las
secciones 2 y 3:
Dónde:
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ℎ− = ∗ = ̅∗ ̅ = +2 = +2 22
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Calculo de
ℎ− ̅ = = = = ∗5 = 2.65∗0.5 85 = 2.22 65∗0.8585 = 0.52 = = +2∗ = 2. 62.5+2∗0.
Entonces:
2. 2 2∗0. 0 14 = ( 0.52/ ) = 0.0023 ℎ− = 0.002∗297.29 ℎ− = 0.59
L= 300- (1.93+0.78)= 297.29m
Reemplazando la ecuación:
: ∆− = ∗ = 0.0017∗297.29 = 0.50 ∆− + + 2 = + 2 +ℎ− + 2 = + 2 +ℎ− ∆− 5 ( ) 2. 6 5∗ + 2 = + 2 +ℎ− ∆−
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25 2. 2 2 + 14.045∗9.81∗ = 0.85+ 2∗9.81 +0.59 0.50 + 0.18 = 1.19
Por tanteo:
= 1.02 ∆− + + 2 = + 2 + 2 2 ∆− = ∗ =0.001 = 0. 30 0.001+ + 2 +0.30 2 = 1.02+ 2 +0.302 5 5 3. 0 0∗ 2. 6 5∗1. 0 2 + 1.30 2∗9.81 = 1.02+1.30 2 ∗9.81 0.001 + 1.30 18∗9.2581∗ = 1.249 + 0.184 = 1.249 = 1.09
7.3.- Cálculo de
: Aplicar la ecuación de la energía entre las
secciones 1 y 2:
Dónde:
Por tanteo:
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7.4- Cálculo de la altura de remanso: La altura de remanso producido
será:
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ℎ = ℎ = 1.090.88 ℎ = 0.21
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Se logró conocer esta gran obra y apreciar su importancia y funcionamiento.
A pesar de la antigüedad del canal, sigue en correcto funcionamiento y en aparente buen estado. Los cálculos obtenidos se asemejan a los obtenidos en campo; cabe resaltar q existe un margen de error permisible por la toma de datos in situ:
o
Longitudes de transición:
Transición de entrada:
Campo: L= 0.60 m.
Calculo: L= 0.48 m.
Transición de salida:
Campo: L= 2.00 m.
Calculo: L= 1.93 m.
Comprobamos el correcto diseño del acueducto con los cálculos realizados. Esta obra hidráulica es muy importante para la provincia ya que lleva el agua para irrigar muchísimas hectáreas de cultivos, a su vez para usos agropecuarios y poblacionales
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ROBERT L MOTT. Mecánica de fluidos aplicada. Editorial Prentice Hall
SOTELO AVILA GILBERTO. Hidráulica general
VEN TE CHOW. Hidráulica de canales abiertos. Editorial McGraw-Hill.
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IMAGEN 01,02,03: Medición del canal aéreo - CASCAJAL
IMAGEN 02
IMAGEN 03
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IMAGEN 04: Vista de aliviadero lateral
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IMAGEN 05: Medición de tirante de agua en el canal
Regla limnimetrica en transición de entrada IMAGEN
06:
IMAGEN 07: Medición de la transición de entrada
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