DISEO DE CANAL SOBRE EL ARROYO EL PASO

Universidad de SucreIngeniera CivilHidrologa Aplicada 2012

DISEO DE CANAL SOBRE EL ARROYO EL PASO

PEDRO LUIS MEJIA COOREAOSCAR RIVERO CERQUERA

LUIS JOSE SERPA REYESIng. AgrcolaMsc. Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD DE SUCREFACULTAD DE INGENIERIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILHIDROLOGIA APLICADASINCELEJO - SUCRE2012

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL Disear un canal a travs de una red cerrada para el arrollo el paso

OBJETIVOS ESPECIFICOS Calcular los caudales de diseos

Obtener las curvas de I-D-F para los distintos periodos de retorno.

Obtener el clculo del caudal de diseo en una cuenca hidrogrfica a partir de los datos de precipitacin recogidos en la estacin meteorologa de la universidad de sucre sede puerta roja.

INTRODUCCIONLos proyectos hidrulicos son de dos tipos: los proyectos que se refieren al uso del agua y los que se refieren a la defensa contra los daos que ocasiona el agua. Los proyectos tpicos de uso del agua son los de abastecimiento de agua potable, los de irrigacin y los de aprovechamiento hidroelctrico. Los proyectos tpicos de defensa son los de drenaje urbano, drenaje vial y drenaje agrcola; comprenden, adems, los de encausamiento de ros, los de defensa contra las inundaciones y otros.Tanto en Colombia como en la ciudad de Sincelejo, estamos familiarizados con estos dos tipos de problemas que se presentan con el agua, los de utilizacin y los de defensa. El estudio de nuestros recursos hdricos corre por cuenta del estado, siendo su objetivo proporcionar a los ingenieros los elementos para el aprovechamiento y el control del recurso (Agua).El ciclo hidrolgico es el conjunto de cambios que experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su estado: solido, liquido y gaseoso, como en su forma: agua superficial, agua subterrnea, etc. Su finalidad es proporcionar un grfico sencillo que muestre las diferentes formas y estados que se presenta el agua. El ciclo hidrolgico no es nada regular, una muestra de ello son los periodos de sequias y de inundaciones con lo que estamos acostumbrados en el pas.La hidrologa esta ligada al estudio de fenmenos naturales, para el anlisis de algunos de estos fenmenos, se hace uso de mtodos estadsticos que ayudan a la determinacin de dichos fenmenos.Para la elaboracin de los proyectos hidrulicos, el ingeniero requiere de datos de las precipitaciones, caudales, entre otros; los cuales son necesarios para el diseo del canal, el cual es el proyecto hidrulico que se va a realizar en este trabajo.

JUSTIFICACINA medida que se va avanzando en la carrera y profundizando en cada materia se ve la necesidad de llevar a cavo una correlacin entre todos los conocimientos adquiridos en el transcurso de la misma y estos colocarlos en prctica para que as se puede tomar conciencia de lo til que es. En hidrologa los proyectos hidrulicos como lo son los de defensa contra el dao que ocasiona el agua; el estudio Hidrogrfico de cuencas, nos permite determinar el comportamiento de las cuencas, los causes y el caudal mximo presente en esa zona, lo que es de gran importancia para los ingenieros civiles porque nos ayuda a visualizar como es la vida profesional de un ingeniero civil cuando es incluida por la rama del agua; cuales son las consideraciones y estudios preliminares que se deben realizan como son la obtencin y anlisis de los registros pluviomtricos de estaciones meteorolgicas, conocer y verificar cada uno de los procesos que se deben realizar para clculo de los caudales, y relacionarse con todos los programas existentes que faciliten el trabajo de clculo y que generen el menor error posible; es decir, como realizan los estudios preliminares antes del diseo de cualquier estructura hidrulica que se desea construir como son los canal, ya sea erodables o no erodables y como estas estructuras hidrulicas influye en otras estructuras como lo son puentes entre otras.Este tipo de estudios es donde nosotros como ingenieros identificamos y determinamos los posibles problemas que se pueden presentar en esta zonas, como los son inundaciones de poblaciones cercanas a la cuenca ya que estn construyendo en zonas de riesgos y que se desconocen debido a que no se han realizado estudios previos, adems de problemas de deslizamiento entre otros. Lo que permite el mejoramiento de la calidad de vida de las comunidades circundantes.

MARCO TEORICOCUENCA U HOYA HIDROGRAFICALa cuenca superficial es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. Existen tambin cuencas subterrneas cuya forma en planta es semejante a la superficial.Caractersticas de la cuenca:El ciclo hidrolgico, visto nivel de cuenca, se puede esquematizar como un estimulo, constituido por la precipitacin, al que la cuenca responde mediante el escurrimiento en su salida. Entre el estimulo y la respuesta ocurren varios fenmenos que condicionan la relacin entre uno y otra, y que estn controlados por las caractersticas geomorfolgicas de la cuenca y su urbanizacin. Dichas caractersticas se clasifican en dos tipos, segn la manera en que controlan los fenmenos mencionados: las que condicionan en volumen de escurrimiento, como el rea de la cuenca y el tipo de suelo, y las que condicionan la velocidad de respuesta, como lo son el orden de corrientes, pendientes de la cuenca y los cauces, etc. Las caractersticas ms importantes de la cuenca y los cauces son: El parte aguas: es una lnea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topogrfico y que separa las cuencas de las cuencas vecinas. El rea de la cuenca: se define como la superficie, en proyeccin horizontal, delimitada por el parte aguas. La corriente principal: es la corriente que pasa por la salida de la misma.

ANTECEDENTESPara el diseo del canal de contorno se utiliza la estadstica meteorolgica de precipitacin de la estacin 25025310 PUERTA ROJA.CRITERIOS Y PARAMETROS DE DISEOPara la evaluacin y diseo del canal de contorno se tomaron los criterios y parmetros que se presentan a continuacin.Coeficiente de RugosidadEl canal de contorno se disear con un coeficiente de rugosidad de Manning de n= 0,013.

Velocidades de DiseoLas velocidades mximas y mnimas de diseo no son un problema pues no hay socavacin ni erosin lateral; por otra parte el material que pudiera quedar depositado en el canal ser limpiado.

Pendiente del CanalLa pendiente general del canal de desvo de aguas naturales se ajustar a un valor tal que se acomode a la topografa existente.

DETERMINACION DEL CAUDAL MAXIMO (Mtodo del NC)AoPrecipitacin (mm)numero de ordenPrecipitacin (mm)

200778.031133.032581.25

200855283.030.650.52

2009133.03378.0317.59-73.77

201083.03462.03407.80-8235.07

201162.03555741.15-20176.9635

411.123748.43102657.69

Precipitacin media:

Desviacin estndar:

Mediante el mtodo de Gumbel se determina el Se toma un tiempo de retorno TR= 45 aos.

Precipitacin de diseo para el tiempo de retorno:

Escorrenta:

Infiltracin potencial

Datos de la cuenca, para la determinacin del y C:DESCRIP,COBERTURAAREA (Ha)CLASIF. HIDROLOGICA DEL SUELOCONDICION HIDROLOG.NC IINC IIIC

ZONA RURALPastosArboles-Bosque3025DCBUENABUENA807091850,550,6

ZONA URBANACasas individuales

25

CMALA90960,50

Zonas verdes (parques)

10CREGULAR79910,25

Vas internas

5DMALA98990,95

Patios

5DREGULAR86940,40

Clculo del para toda la cuenca:

Pendiente del cauce:

Tiempo de Concentracin:

Tiempo de Retardo:

DETERMINACION DEL CAUDAL MAXIMO (Mtodo Racional)Datos:DescripcinCoberturaTexturaPendienterea(Ha)C

ZONA RURALPastoArcillosa pesada6%300.55

Arboles(Bosques)Arcillosa pesada10%250.6

ZONA URBANACasas individualesFranco arenoso3%250.5

Zonas verdes(parques)Franco arenoso1%100.25

Vas internasPavimento2%50.95

PatiosArcillosa pesada0.5%50.4

El Tiempo de retorno se efectu para un tiempo de 5aos, 15 aos, 25 aos, 45aos y 50 aos.La precipitacin promedio anual fue de 82.224 mm

Abajo anexada.Reajuste de intensidad dependiendo del rea del drenaje:rea cuenca (Ha)Factor

50-1000,99

100-2000,95

200-4000,93

400-7000,90

Como el rea de la cuenca es de 100 ha, escogeremos un factor de intensidad de 0.99 y de esa forma estaremos obteniendo el caudal mas critico.

Con el caudal mximo se determinan las dimensiones a travs de la ecuacin de manning; entonces el caudal de diseo es de 5.56 m3/seg

Para un tirante igual al 50% de la base

Chequeamos la velocidad:

SECCIN HIDRULICA DEL CANAL

ANLISIS DE RESULTADOS Y RECOMENDACIONES Teniendo en cuenta los exigencias del zona de estudio, y los resultados obtenidos en el estudio hidrogrfico se considera un sistema de drenaje compuesto de un canal colector que transporta aguas pluviales, se considera el caudal para el diseo el de mayor valor de todos los obtenidos por los diferente mtodos de clculo; que en nuestro caso sera por el mtodo racional con un caudal de 5.56 m3/s; as proporcionando una idea del flujo que se genera en la cuenca en estudio para posteriormente escoger que tipo de seccin de diseo del canal adecuado, el cual fue un canal revestido rectangular elaborado en concreto reforzado, ya que este tipo de canales no se presenta socavacin y para que se presente erosin la velocidad del flujo debe ser superior a 12 m/s; con el caudal obtenido se obtuvieron las siguientes dimensiones del canal, b=3,4m; y= 1,7m; borde libre= 0,57m; con una longitud total de 7000m que corresponde al cauce principal. Se verifica la velocidad que se produce con las dimensiones calculadas en canal para verificar si se genera erosin dando un valor de 1 m/s, por lo que cumple con los requerimientos exigidos.

Por otra parte para el diseo de los muros laterales del canal, es necesario realizar un estudio acerca de la presin lateral de tierras para realizar la estimacin de la estabilidad de los taludes, y de esta manera dimensionar los muros, teniendo en cuenta las recomendaciones de la NSR10;adems debemos tener en cuenta un buen recubrimiento y un concreto alta resistencia a los sulfatos ya que ste va a estar expuesto a aguas no tratadas.

CONCLUSIONES

La demanda creciente para uso domstico, municipal e industrial, lo que agotalas fuentes de agua cercanas a los grandes centros urbanos e impone la necesidad de aprovechar fuentes de agua cada vez ms distantes y costosas, a menudo privando de este recurso a las zonas rurales prximas y causandograves efectos econmicos, sociales, culturales y ambientales sobre las zonasdesde las cuales el recurso se transfiere. Los costos cada vez ms elevadospara captar nuevas fuentes de aguatienen importantes consecuencias para el desarrollode la industria, la agricultura, los asentamientos humanos y el crecimientoeconmico. Un componente importante del desafo que plantea la demandacreciente del recurso en las grandes regiones metropolitanas es el uso mltiple ysucesivo cada vez ms frecuente de sus recursos hdricos.Agrava lo anterior el hecho de que en los centros urbanos de la regin existeuna despreocupacin generalizada con respecto a las zonas de captacin deagua, sean ests superficiales o subterrneas. En muchos casos, las ciudadessimplemente amplan sus demandas e importan el agua y energa generada porplantas hidroelctricas de todos los alrededores, sin mayor preocupacin por elmanejo de las cuencas de donde provienen estos recursos. Todo ello acarreaconflictos de tipo social, econmico y ambiental a los cuales los centrosurbanos prestan escasa atencin si ocurren fuera del rea urbana y no les afectadirectamente. El desarrollo urbano en la regin es de tal naturaleza que loscentros metropolitanos en muchos casos son, o bien se sienten sociedadesaisladas o autosuficientes, separadas de y dominantes sobre las regiones quelas rodean.Actualmente hay insuficiencia en materia de infraestructura hidrulica, en resumen, el uso del agua en las reas urbanas de los pases de la regin es cadavez ms intensivo y conflictivo. Varias ciudades superan la capacidad de sus fuentes"econmicas" de abastecimiento de agua y tienen costos econmicos, ambientales ysociales crecientes para captar agua de nuevas fuentes.