Tesis problemas hidraulicos -castillo gamboa

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FACULTAD DE INGENIERÌA CIVIL

ESCUELA ACADÈMICO PROFESIONAL DE INGENIERÌA CIVÌL

PROYECTO DE TESIS:

EVALUACIÒN DE LOS PROBLEMAS HIDRAÙLICOS, EN EL DREN AVIACIÒN, DISTRITO DE

CHIMBOTE-SANTA.

AUTOR:

EDWIN JOEL CASTILLO GAMBOA

ASESOR:

ING. GIOVENE PEREZ CAMPOMANES

LINEA DE INVESTIGACIÒN:

DISEÑO DE OBRAS HIDRAÙLICAS

NUEVO CHIMBOTE, JUNIO 2015

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AGRADECIMIENTO

A la Universidad CESAR VALLEJO, de Chimbote, Escuela de Ingeniería Civil, por

contribuir en mi formación profesional, a todos los docentes por haberme

formado de una manera correcta, brindando todos los conocimientos

necesarios para el buen desarrollo de mi carrera.

A mi asesor por su orientación para el desarrollo de la presente tesis.

A mis padres, abuelos y toda mi familia por su apoyo y comprensión.

A todas aquellas personas, que de alguna manera han colaborado con el

desarrollo de esta tesis.

3

DEDICATORIA

A nuestro señor todopoderoso

Por estar siempre presente en

los buenos y malos momentos

de mi vida.

A toda mi familia por esa

Comprensión y Cariño,

que me brindan día a día,

en estos momentos de mi vida.

A la universidad cesar vallejo

que formo de mi un estudiante

Competitivo, para desarrollarme

en el campo laboral de la manera

Correcta.

A mi vida, Gladis

A mi hijo, diego

Que día a día están conmigo

Cambiando mis momentos,

Tristes en alegres.

4

I. GENERALIDADES:

1.1. TITULO:

EVALUACIÒN DE LOS PROBLEMAS HIDRAÙLICOS, EN EL DREN AVIACIÒN,

DISTRITO DE CHIMBOTE- SANTA.

1.2. AUTOR :

1.2.1. NOMBRE:

- EDWIN JOEL CASTILLO GAMBOA

1.2.2. ESCUELA ACADÈMICA DE :

- INGENIERÌA CIVIL

1.2.3. FACULTAD:

- INGENIERÍA

1.3. ASESOR:

1.3.1. NOMBRE:

- ING.GIOVENE PEREZ CAMPOMANES

1.3.2. GRADO:

- INGENIERO CIVÍL

1.3.3. INSTITUCIÓN:

- UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

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1.4. TIPO DE INVESTIGACIÓN:

1.4.1. DE ACUERDO AL FIN QUE SE PERSIGUE:

1.4.1.1. APLICADA

- Porque los conocimientos generados, ayudan a Solucionar problemas

prácticos.

1.4.2. DE ACUERDO A LA TÉCNICA DE CONTRASTACIÓN:

1.4.2.1. INVESTIGACIÒN NO EXPERIMENTAL

- Porqué los datos serán tomados tal como ocurre en la realidad,

empleando el método de la observación.

1.4.3. DE ACUERDO AL REGIMEN DE INVESTIGACIÒN

1.4.3.1. LIBRE

- Porque la investigación es propia, en la que solo participa el autor, sin

fines de lucro.

1.5. LINEA DE INVESTIGACIÒN

-DISEÑO DE OBRAS HIDRAÙLICAS Y SANEAMIENTO

1.6. LOCALIDAD:

1.6.1. DEPARTAMENTO : ANCASH

1.6.2. PROVINCIA : SANTA

1.6.3. DISTRITO : CHIMBOTE

1.7. DURACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN:

- FECHA DE INICIO: ABRIL DEL 2015

- FECHA DE TÉRMINO: DICIEMBRE DEL 2015

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II. PLAN DE INVESTIGACIÒN:

2.1. REALIDAD PROBLEMÀTICA:

- En la actualidad, La población de Chimbote, en especial los moradores que están

ubicados cerca al dren aviación. Se sienten inseguros, y muy temerosos a que

nuevamente el DREN, (que evacua aguas de las juntas de regantes IRCHIM)

construido hace más de 1 año y medio, por la Empresa Maqui Norte S.A.C, vuelva

a colapsar, provocando inundaciones, pérdidas materiales y como consecuencias

posteriores podríamos tener una congestión vehicular desagradable así como

también daños severos en las estructuras aledañas.

- Esto es producto de no haber hecho un buen estudio de campo, de no

compenetrarse con los agricultores (las personas que utilizan este recurso

hídrico).Es decir, se basaron en conceptos teóricos, y no prácticos.

Antes de que el agua llegue al dren, recorre más de 2 km, por un canal natural, el

cual recibe un mantenimiento por los mismos agricultores que la utilizan. Debido

a que constantemente el canal presenta sedimentaciones, esto hace que la

sección de canal se reduzca, provocando desbordes, e inundaciones a sus

alrededores. Los cuales pueden ser reducidos o eliminados agregando obras de

arte, que permitan disminuir estas situaciones, por el bien de la población

chimbotana que es la principal afectada.

- La municipalidad de Chimbote, se ha visto afectada por este problema, porque

costeo parte del presupuesto, con respecto al mantenimiento y mejora del dren

aviación.

Por ahora la municipalidad, ha instalado una caseta de guardianía, en la

intersección del dren con la AV. Pardo, con el fin de estar alertas ante cualquier

colapso, actuando de manera inmediata, mediante el uso de bombas para

evacuar estas aguas hacia los buzones de aguas hervidas. Evitando así

inundaciones en pleno centro de Chimbote.

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2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:

- ¿CÓMO EVALUAR LOS PROBLEMAS HIDRÁULICOS, EN EL DREN AVIACIÓN?

2.3. OBJETIVOS:

2.3.1. GENERAL:

- Evaluar los problemas hidráulicos que presenta el dren aviación.

2.3.2. ESPECIFICOS:

- Conocer cuáles son los factores que generan estas fallas hidráulicas.

- Comprobar si las velocidades máximas y mínimas, se encuentran dentro de las leyes

de La hidráulica.

- Evaluar si la pendiente que presenta el dren, es la adecuada para evitar

Sedimentaciones.

2.4. ANTECEDENTES

2.4.1. Antecedentes locales.

2.4.1.1. Tesis N°01:

“ESTUDIO DEL DREN N° 01 EN LA CIUDAD DE CHIMBOTE”

2.4.1.1.1. Objetivo general:

- Determinar el variante en el nivel freático y conocer las características en el tipo

se suelo que existe a lo largo del recorrido del dren N°01 que se encuentra en

nuestra ciudad.

2.4.1.1.2. Conclusiones:

- Se conoció debidamente el estado actual que presenta el dren N°01 Las zonas de

alto riesgos tomaran las medidas de prevención y mejora con respecto a la

conservación de drenaje.

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2.4.1.2. Tesis N°02:

- “DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CONDUCCIÓN PRINCIPAL DE UNA

INFRAESTRUCTURA DE RIEGO MENOR”


- “Consolidar los conocimientos teóricos obtenidos en la universidad con la

aplicación en el diseño hidráulico de una conducción principal de una

infraestructura de riego menor”


- Se presentó los principios hidráulicos fundamentales que están involucrados

en el diseño de conducciones principales en valles con sistema de riego

existente.

- Se demostró la secuencia de cálculo de las estructuras hidráulicas de una

conducción principal de una infraestructura de riego menor.

2.4.2. Antecedentes Internacionales relacionados al trabajo de investigación.

2.4.2.1. Tesis N° 01:

“HIDRÁULICA DE CANALES ABIERTOS” COMPENDIO


- Presentar un compendio en la disciplina de canales con el propósito de

brindarles a todos los estudiantes de ingeniería, especialmente a los de la

carrera de ingeniería agrícola un texto sencillo, y fácil de comprensión en lo

relacionado a los fenómenos que ocurren en flujo a superficie libre.


- Presentamos una investigación, clara, precisa, y exacta, en el estudio de flujo en

canales, para todos los estudiantes de ingeniería civil.

- Elaboramos una guía para el estudiante en la asignatura de tuberías y canales

que serán aprovechados por todos los estudiantes de ingeniería civil.

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2.4.2.2. Tesis N°02

“CALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING UTILIZANDO

GRAVILLA, ARENA, PIEDRA PEGADA Y TIERRA COMO FONDO MEDIANTE UN

CANAL A ESCALA COMO MODELO FÍSICO”


- Determinar el Coeficiente de Rugosidad de Manning utilizando como material de

fondo: gravilla, arena, arcilla y piedra pegada como revestimiento en canales

mediante un modelo Físico.

2.4.2.2.2. METODOLOGÍA

- DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

El proyecto de investigación se realizó teniendo en cuenta los parámetros de la

investigación experimental. “La investigación experimental consiste en la

manipulación de una variable experimental no comprobada, en condiciones

rigurosamente controladas, con el fin de describir de qué modo o por qué causa

se produce una situación o acontecimiento en particular. Se trata de un

experimento porque precisamente el investigador provoca una situación para

introducir determinadas variables de estudio manipuladas por él, para

controlar el aumento o disminución de esa variable, y su efecto en las conductas

observadas. El investigador maneja deliberadamente la variable experimental

y luego observa lo que sucede en situaciones controladas”.

- La metodología para establecer los coeficientes de rugosidad está dada

básicamente por el tipo de material, y una leve variación en el caudal y la

pendiente longitudinal del canal. Por esta razón a continuación se presentan las

fases que se siguieron para la realización del proyecto.

10

Fase 1: Descripción del modelo físico existente

- Se tomó un canal de 4m de largo por 0.5 m de ancho por 0.6 m de alto, paredes en

acrílico y base en lamina de acero. En el fondo del canal se colocaron uno a uno los

diferentes materiales para realizar los respectivos ensayos.

Fase 2: Ensayos de laboratorio

- Se realizaron ensayos de laboratorio para cada una de las superficies elegidas, a los

cuales se les analizó su coeficiente de rugosidad. A cada material se le hizo aforos de

caudal, medición de pendientes, profundidades y se cambió nuevamente de material

el fondo del canal. Para estos ensayos de laboratorio se manejó temperatura ambiente

(18°- 22°C), agua potable con una densidad 998.4 Kg/m3.

- Una vez se tiene el modelo se plantearon los siguientes ensayos así:

Conclusiones:

- Los valores calculados experimentalmente comparados con los de las tablas del

libro Ven Te Chow, son cuantías muy parecidas, aunque cabe resaltar que estos

libros manejan tres tipos de valores como son mínimo, normal, y un máximo. Estos

coeficientes calculados están dentro de estos.

- También se realizó la comparación con las ecuaciones semiempíricas, cuyos

resultados proporcionan un rango que limita los resultados de laboratorio, siendo

así resultados más exactos.

Tabla 4.

Variables

VARIABLES

MATERIAL

CAUDAL

PENDIENTE

ALTURA LAMINA

NOMENCLATURA

M1,M2,M3,M4

Q1,Q2 Y Q3

S1,S2 Y S3

Y1,Y2 Y Y3

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2.5. JUSTIFICACIÒN

- El estudio planteado, ha sido elegido por la relevancia e importancia que representa

para la población saber y tener el alcance acerca de los problemas hidráulicos que

presenta el dren, debido a los constantes colapsos, sin medir los daños y problemas

que esto representa, tanto para el correcto funcionamiento de este dren como fuente

de traslado de las aguas emanadas por las zonas agrícolas y para toda edificación que

se encuentra en su trayecto.

Es importante tener en cuenta esta investigación debido a que tiene como objetivo

principal el interés de conocer porque, una obra tan importante y significativa en

Chimbote, colapso en un año, luego de ser terminada, y conocer qué medidas se

tomaran a fin de acabar con este problema.

Este dren o canal, construido de concreto, forma parte de un sistema de canales, y gran

parte de ellas, son canales naturales.

La importancia de la investigación radica en conocer las fallas que presenta el dren,

proponiendo soluciones que acaben con estos problemas, cómo, las construcciones de

estructuras que permitan, qué se obtenga un fluido limpio sin sedimentos, libres de

objetos extraños dentro del canal y dren posteriormente.

Ello es posible debido a que hay tramos, ubicado en zonas alejadas del centro de

Chimbote, donde podamos implementar la construcción de estructuras hidráulicas,

que nos garanticen que el fluido, tenga un comportamiento y estado adecuado.

Siendo así importante su estudio, porque está orientada a toda la población de

Chimbote y a la sociedad en general. Así como llegar a conclusiones valiosas y aportes

que podrán ser tomados en consideración por investigaciones futuras.

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2.6. MARCO TEÒRICO.

2.6.1. Conducción a gravedad : Canales

- Se llaman canales a los cauces artificiales de forman regular que sirven para

conducir agua. El flujo del agua se produce sin presión; o sea, siempre existe una

superficie libre en el cual se tiene la presión atmosférica. Puede por lo tanto

considerarse canal cualquier conducto cerrado, como un tubo o túnel que se

encuentra funcionando parcialmente lleno.

2.6.1.1. Clasificación de los canales

- De acuerdo a su origen

0.1. Naturales

- Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los

cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta

quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes y estuarios de mareas.

0.2. Artificiales

- Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de

vegetación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación,

cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canales de madera, etc. Así

como canales de modelos construidos en el laboratorio con propósitos

experimentales.1

1 FERNANDO B. ESPEJO AGUIRRE. “DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CONSTRUCCIÓN PRINCIPAL DE UNA INFRAESTRUCTURA

DE RIEGO MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG. 20

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- Según la sección

0.1. Rectangulares

0.2. Trapezoidales

0.3. Triangulares

0.4. Circulares

- Según la función que cumplen

0.1. Canal de derivación

0.2. Canal madre o principal

0.3. Canales distributarios

0.4. Drenes 2

2.6.1.2. Tipos de Canales

2.6.1.2.1. Canales revestidos

- El revestimiento de un canal satisface uno o varios de los objetivos que a

continuación se mencionan:

a) Permitir la conducción del agua, a costos adecuados y velocidades mayores,

en áreas de excavación profunda o difícil corte.

b) Disminuir la filtración y fugas de agua a través del cuerpo del canal y evitar el

Anegamiento u obras de drenaje costosas en terrenos adyacentes.

c) Reducir y homogeneizar la rugosidad, con ello las dimensiones de la sección

y los volúmenes de excavación.

d) Asegurar la estabilidad de la sección hidráulica y proteger los taludes del

Intemperismo y de la acción del agua de lluvia.

e) Evitar el crecimiento de vegetación y reducir la destrucción de los bordos por

el paso de animales.

f) Reducir los costos anuales de operación y mantenimiento. De acuerdo con lo

anterior, un buen revestimiento debe ser impermeable, resistente a la

erosión, de bajo costo de construcción y mantenimiento, y durable a la acción

de agentes atmosféricos, plantas y animales. En rigor, hasta los canales

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revestidos de concreto pueden ser erosionados por el flujo si se rebasa su

resistencia a la erosión o se producen otros fenómenos más complejos como

son la cavitación, que puede dislocar e incluso destruir el revestimiento. Sin

embargo, los revestimientos de concreto amplían el intervalo de resistencia a

la erosión y proporcionan un mejor desempeño hidráulico.2

0.1. Tipos de revestimiento

- Los revestimientos en un canal se construyen de varios tipos de material.

- El llamado de superficie dura puede ser a base de concreto simple, reforzado

o lanzado a alta presión, de concreto asfáltico, de mampostería (piedra,

ladrillo, bloques prefabricados, etc.). En general, dichos materiales

satisfacen todos los propósitos antes expuestos y ofrecen gran resistencia a

la acción erosiva del agua.

- Otros revestimientos son a base de materiales granulares, como arcilla,

tierra compactada o grava, que ofrecen menor resistencia a la erosión, pero

superpuestos o no, sobre una membrana impermeable, disminuyen de modo

importante las pérdidas de agua por infiltración.2

0.2. Velocidad Mínima.

- En general, para evitar el depósito de materiales en suspensión se recomienda

diseñar un canal revestido con una velocidad mínima aceptable del orden de 0.4

a 1.0 m/s. 3

2, 3 Hidráulica de Canales, Pedro Rodríguez Ruiz, pág. 7

15

0.3. Velocidades Máximas.

- En revestimientos no armados, para evitar que los revestimientos se levanten

por sub-presión, se recomiendan velocidades menores de 2.5 m/s. Si el

revestimiento cuenta con armadura la velocidad deberá limitarse en función de

la erosión probable.

2.6.1.2.2. Canales no revestidos

- El cuerpo de éste tipo de canales y de los ríos se forma de materiales con

partículas de forma, tamaño y propiedades diferentes, que varían desde grandes

piedras a material coloidal. Según sea la intensidad del flujo, el material no

siempre es capaz de resistir la fuerza de arrastre generada por el agua, que crece

conforme aumenta la velocidad. Este aumento de velocidad, generalmente

asociado a un incremento de pendiente, puede producir arrastre del material y

su posterior depositación en las zonas donde disminuye la velocidad, lo que

puede favorecer la inundación de terrenos adyacentes por una disminución de

su capacidad hidráulica de conducción. Cuando no hay revestimiento y el

material que se excava es erosionable, las dimensiones de la sección se eligen

para evitar la erosión y la sedimentación apreciable, es decir, se buscará impedir

el arrastre producido por el flujo en cualquier condición de operación para que

el canal sea funcionalmente estable. Esto significa que es más importante que el

canal mantenga su sección en equilibrio dentro de los intervalos de fluctuación

del gasto, que cualquier otra condición de eficiencia hidráulica, económica o

constructiva.

- Un canal no se reviste cuando el material del lecho reporta poca perdida de agua,

generalmente en suelos arcillosos, para los que pueden ser suficientes, una vez

conformada la sección, la compactación de su plantilla y taludes. 4

16

0.1. Velocidad Máxima.

- Para éste tipo de canales, es básico determinar la sección con la cual es posible

conducir el gasto de diseño, sin erosión del lecho, a una velocidad igual a la

máxima permisible. Esta velocidad es incierta ya que los lechos en uso soportan,

sin erosión, velocidades mayores a los recién construidos.5

2.6.2. CRITERIOS DE DISEÑO PARA CANALES DE FLUJO UNIFORME

En el diseño hidráulico de los canales, se debe tener en cuenta las leyes de la

hidráulica y los criterios siguientes a continuación:

2.6.2.1. VELOCIDAD MAXIMA DE EROSION.-

- Durante el diseño hay que tener en cuenta el hecho de que las velocidades de la

corriente del agua en el canal excesivamente grande, pueden actuar de una

manera destructiva sobre el fondo y las paredes de este. La velocidad media del

agua en el canal debe ser menor que la velocidad de socavación.

En el cuadro siguiente se dan las velocidades admisibles límites en función de los

suelos y el tipo de revestimiento en los cuales discurre el agua: 6

4,5 Hidráulica de Canales, Pedro Rodríguez Ruiz, pág. 15.



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CUADRO Nº01.

FUENTE: Hidráulica de Canales, Pedro Rodríguez Ruiz

2.6.2.2. VELOCIDAD MINIMA DE SEDIMENTACIÓN

- Otro de los problemas que tiene que afrontar el ingeniero hidráulico al proyectar

canales consiste en el transporte de los sedimentos.

La velocidad demasiada baja produce el depósito de los sedimentos,

disminuyendo la sección del canal y a veces asolvandolo por completo.

La corrección de estos defectos es costosa y por eso desde hace mucho tiempo

se ha estudiado la forma de crear un canal estable.

Por definición un canal estable, es aquel en el que no se presenta ni erosión ni

sedimentación (asolvamiento).7



18

El primer estudio sobre canales estables fue publicado por Robert G. Kennedy,

en base a proyectos de irrigación de ISRAEL, LA INDIA, LA UNION SOVIETICA y

los EE.UU., llegando a establecer la siguiente expresión como velocidad limite

que no produce sedimentación:

Vo = βh 0.64

Vo = Velocidad media limite que no produce asolvamiento (m/s).

β = Coeficiente que depende del material en suspensión

h = Profundidad del agua (mts)


2.6.2.3. RELACION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

- Entre las diferentes secciones que pueden adaptarse en el diseño de los canales,

algunas secciones tienen condiciones llamadas de Máximas Eficiencia

Hidráulica, son aquellas que para un mismo gasto, pendiente y revestimiento,

requieren un área mojada mínima.

Se deduce que a igualdad de sección mojada, el caudal es tanto mayor cuanto

mayor es el radio hidráulico o lo que es lo mismo, cuanto menor es el perímetro.

Se puede por lo tanto determinar las dimensiones hidráulicas más ventajosas

para distintas formas de canales. 8



Coeficiente de sedimentación

Material en suspensión valores β

Arcilla muy fina 0.59

Arena muy fina 0.58

Barro arenoso 0.64

Arcilla gruesa 0.70

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2.6.2.4. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

- Es la resistencia al escurrimiento del agua que presentan los revestimientos de

los canales artificiales y naturaleza de los cauces en los conductos naturales.

En los cauces naturales el coeficiente de rugosidad es muy variable dependiendo

de la topografía, geología y vegetación, variando con las estaciones del año, se

pueden presentar casos en que las riberas del cauce sean de un material

diferente al fondo, el valor de “n” será el promedio. En la práctica de la Ingeniería,

la sección transversal natural se sustituye, para facilitar la ejecución de los

cálculos, por una sección transversal de forma regular, cuya área es igual a la

natural, sección rectangular en cauce relativamente anchos → Rh ≈ b A = Bh P =

B+2h. 9

- Valores del Coeficiente de Rugosidad de Manning

Conductos Abiertos Revestidos y de Alineamiento Recto:

Revestimiento Calidad

Buena Calidad Regular

Concreto vaciado en formaletas sin acabado

0,013 0,017

Concreto alisado a boca de cepillo 0,013 0,015

Concreto emparejado con llana 0,012 0,014

Mortero lanzado, sección buena 0,016 0,019

Piedras irregulares, unidas con mortero cemento

0,017 0,020

Mampostería de piedra bruta y mortero de cemento frisado

0,016 0,020

Fuente: Bolinaga, J. J. “Drenaje Urbano” INOS 1979

NOTA: Cuando la calidad de la construcción es mala usar los mayores valores de “n”.

20

- Conductos Abiertos Excavados y de Alineamiento Recto :

Excavado en: Calidad Buena Calidad Regular

Tierra, limpio de vegetación

0,016 0,018

Tierra, con hierba corta y pocas malezas

0,022 0,027

Suelo con alto contenido de grava, limpio

0,022 0,025

Tierra, sección irregular y muchas malezas

0,030 0,035

Tierra, con lados limpios de vegetación y

fondo de grava

0,025 0,030

Tierra, con lados limpios de vegetación y

fondo de cantos rodados

0,030 0,035

Roca lisa y con pocas irregularidades

0,035 0,040

Roca dentada y con muchas irregularidades

0,040 0,045

Canales sin mantenimiento con maleza densa

de la misma altura del agua o mayor

0,080 0,120

Canales sin mantenimiento con fondo limpio y rastrojo y matorrales en los lados. Gastos

Altos

0,050 0,080

Canales sin mantenimiento con fondo limpio y rastrojo y matorrales en los lados. Gastos

Bajos

0,070 0,110

Fuente: Bolinaga, J. J. “Drenaje Urbano” INOS 1979

9 Juan diego Gutiérrez silva, Determinar el coeficiente de rugosidad de manning utilizando como material de fondo: gravilla, arena, arcilla y piedra pegada como revestimiento en canales mediante un modelo físico.-Universidad de la salle facultad de ingeniería civil -Bogotá d.c.- pg. 25

21

2.6.2.5. TALUDES RECOMENDADOS

- La inclinación de las paredes de los canales dependen de la geología de los

terrenos que atraviesan, por lo cual el ingeniero al efectuar el trazo de los canales

recomienda los taludes más favorables, de acuerdo a su observación visual o con

las calicatas que pudiera recomendar abrir para conocer mejor los materiales.10

Los taludes empleados se muestran en el siguiente cuadro:


2.6.2.6. RADIOS DE CURVATURA MINIMO

- En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva cuyo

radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mínimo, dado que al trazar

curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la

curva no será hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una

mayor longitud o mayor desarrollo. 11

10,11 FERNANDO B. ESPEJO AGUIRRE. -“DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CONSTRUCCIÓN PRINCIPAL DE UNA

INFRAESTRUCTURA DE RIEGO MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG. 98

22

- Las siguientes tablas indican radios mínimos según el autor o la fuente:

Tabla 2.1 Radio mínimo en canales abiertos para Q ≥ 10 m3/s

NOTA: Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior.

Fuente: “International Institute For Land Reclamation And Improvement” ILRI, Principios y

Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.

Tabla 2.2 Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua

Siendo T el ancho superior del espejo del agua

Fuente: Salzgitter Consult GMBH “Planificación de Canales, Zona Piloto Ferreñafe” Tomo II/ 1- Proyecto Tinajones – Chiclayo 1984.

Capacidad del canal Radio mínimo

Hasta 10 m3/s 3 * ancho de la base

De 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base



De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE Tipo Radio Tipo Radio

Sub – canal 4T Colector principal

5T

Lateral 3T Colector 5T Sub – lateral 3T Sub – colector 5T

23

2.6.2.7. BORDES LIBRES

- Para dar la seguridad al canal es necesario una altura adicional denominada

Borde Libre, con objeto de evitar desbordamientos por mala operación de

compuertas, derrumbes o por olas debido al viento que pueden poner en peligro

la estabilidad del canal. No existe una norma única para establecer el valor del

borde libre, pero por lo general varia entre el 5% y el 30% del calado, y es tanto

mayor cuanto mayor es el caudal y la velocidad en el canal. 12

- Tabla Nº 11 -. Borde libre en función del caudal

Caudal m3/seg Revestido (cm) Sin revestir (cm) ≤ 0.05 7.5 10.0 0.05 – 0.25 10.00 20.0 0.25 – 0.50 20.0 40.0 0.50 – 1.00 25.0 50.0

Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7

“Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978

Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función de la plantilla del canal:

- Tabla Nº -12 -. Borde libre en función de la plantilla del canal

Ancho de la plantilla (m) Borde libre (m) Hasta 0.8 0.4 0.8 – 1.5 0.5 1.5 – 3.0 0.6 3.0 – 20.0 1.0

Fuente: Villón Béjar, Máximo; “Hidráulica de canales”, Dpto. De Ingeniería Agrícola –

Instituto Tecnológico de Costa Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981.

12 FERNANDO B. ESPEJO AGUIRRE. -“DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CONSTRUCCIÓN PRINCIPAL DE UNA

INFRAESTRUCTURA DE RIEGO MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG. 25

24

2.6.2.8. TIRANTES CRITICOS

- El tirante crítico dc, es aquel para el cual la energía especifica es mínima,

Coincidentemente con este tirante el régimen lento o suscritico pasa a

régimen Rápido o supercrítico.

EL N° de Froude determina la condición de flujo:

N < 1 ; existe flujo subcritico

N = 1 ; existe flujo critico

N > 1 ; existe flujo supercrítico

Cuando el flujo esta próximo a ser crítico, la superficie del agua se hace

Inestable, produciendo olas.

- Tirantes críticos para tipo de sección de canal:


INFRAESTRUCTURA DE RIEGO MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG.95

25

2.7. MARCO CONCEPTUAL

2.7.1. HERRAMIENTAS PARA EL ANÁLISIS DEL FLUJO UNIFORME

A) CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO UNIFORME

- Las características que son principales en el flujo uniforme son las siguientes:

- En cada sección del canal son constantes la profundidad, el área mojada, la velocidad

y el caudal.

- Son paralelos la línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal, es decir

que, para que sus pendientes sean todas constantes, la distribución de velocidad a

través de la sección del canal permanece inalterada.

- Casi siempre se supone una condición de flujo uniforme para el cálculo de flujo en

corrientes naturales. Se considera que el flujo uniforme es solo permanente, ya que el

flujo uniforme no permanente prácticamente no existe y no es aplicable a casos reales

ya que a menudo se supone una condición de flujo uniforme para el cálculo de flujo

en corrientes naturales.

Ahora bien, es de hacer notar que el flujo uniforme no es posible que suceda a

velocidades conocidas como velocidades ultra rápidas, ya que cuando el flujo

Uniforme alcanza cierta velocidad alta se vuelve muy inestable. Además es posible

que a velocidades altas el flujo atrape aire y es de esa manera como se vuelve

inestable. Cuando se ingresa flujo al canal (aguas arriba) El flujo sufre una resistencia

al movimiento, pero esta resistencia es balanceada por las fuerzas de la gravedad a

medida fluye aguas abajo, cuando esto ocurre se desarrolla el flujo uniforme. La

magnitud de esta resistencia depende de la velocidad del flujo, esto cuando factores

físicos del canal se mantiene constantes. Al tramo cuando el flujo entra aguas arriba

y se acelera hasta llegar a la condición de flujo uniforme se le conoce como zona

transitoria, y esta zona debe constituir una pequeña parte comparado con la longitud

del canal. Cabe aclarar que en la zona transitoria el flujo es acelerado y variado. La

longitud del canal depende del caudal y las condiciones físicas del canal, la pendiente,

y la rugosidad.13

26

La profundidad del flujo uniforme se le conoce como profundidad normal, esta se

representa en gráficos como LPN30 y por una línea continua y LPC31 como una línea

punteada representa la línea de profundidad critica. A continuación veremos un canal largo

con tres tipos de pendientes diferentes: sub-critica, crítica y supercrítica32. En zona sub-

critica el flujo en zona de transición es ondulante, este es uniforme solo en sus extremos, pero

en lo demás es uniforme. En la zona crítica se observa un comportamiento de flujo inestable,

es posible que en el tramo intermedio existan ondulaciones pero en promedio la profundidad

es constante y se puede considerar como uniforme. En la zona supercrítica hay una caída de

agua hidráulica gradual pasando la superficie de agua transitoria de supercrítico a sub-

critico.14

Establecimiento del flujo uniforme en un canal largo

Fuente: Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, pág. 89.

13, LPN línea de profundidad normal, hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow pág. 8

14 LPC línea de profundidad critica, hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow pág. 89

27

B) EXPRESIÓN DE LA VELOCIDAD EN FLUJO UNIFORME

Para cálculos hidráulicos la mayor parte de ecuaciones prácticas de flujo uniforme pueden

expresarse con la ecuación de flujo uniforme:

Donde “V” es la velocidad media en ft/s, “C” es un factor de resistencia al flujo, “R” es el radio

hidráulico en ft, “S” es la pendiente de la energía y “x” y “y” son exponentes. El factor “Cvaría

con la velocidad media, Radio hidráulico, y con la rugosidad de la superficie del canal,

viscosidad y muchos otros factores. Para hacerlo más práctico se supone que el flujo en un

canal natural es uniforme bajo condiciones normales. Algunas variables que se deben de

tomar en cuenta para una buena ecuación de flujo uniforme, para canales con transporte de

sedimentos y flujo turbulento son: 15

, es área mojada

𝑉, la velocidad media

𝑉m, la velocidad máxima en la superficie

𝑃, el perímetro mojado

𝑅 radio hidráulico

𝑦, la máxima profundidad del área mojada

𝑆𝑤 La pendiente de la superficie del agua

𝜂, coeficiente de rugosidad del canal

𝑄𝑆, la carga de sedimentos en suspensión

𝑄𝑏, la carga de lecho

, Viscosidad dinámica del agua

𝑇, temperatura del agua


INFRAESTRUCTURA DE RIEGO MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG.10

28

c) FACTORES QUE AFECTAN EL COEFICIENTE DE MANNING

- “R” rugosidad artificial: Está se representa por el tamaño, y la forma de los granos del

material que forman el perímetro mojado y provocan un efecto retardador del flujo.,

granos fijos darán un valor pequeño de n.

- Vegetación: la vegetación puede considerarse como una clase de rugosidad

superficial, además la vegetación, además esta puede reducir la capacidad del canal.

- Irregularidad del canal: esto incluye irregularidades en el perímetro mojado y

variaciones en la sección transversal. En canales naturales estas irregularidades son

producidas por ejemplo es presencia de barras de arena, ondas de arena; también si

hay cambios abruptos de secciones pequeñas y grandes es necesario un n grande. Si

el cambio de sección transversal fuera gradual no hay efectos apreciables en n.

- Alineamiento del canal: curvas suaves con radios grandes producirán valores de “n”

relativamente bajos, pero en tantos sean curvas bruscas, su n aumentara.

- Sedimentación y socavación: la sedimentación puede cambiar un canal irregular en

un canal relativamente uniforme y disminuir el n, en tanto la socavación hace lo

contrario e incrementa el “n”.Sin embargo el efecto dominante de la socavación

dependerá de la naturaleza del material depositado. En tanto la socavación

dependerá del material que conforme el perímetro mojado. Es de notar que el efecto

de la socavación no es importante siempre y cuando la erosión en el lecho del canal

causada por velocidades altas progrese igual e uniformemente.16

16Valores de n para varios niveles, tomados en el rio nishnabotna, ver Hidráulica de canales abiertos,

Ven Te Chow, pág. 101.

29

- Obstrucción: la presencia de obstrucciones de troncos, pilas de puente y estructuras

similares tienden a incrementar en “n”, la magnitud de este aumento dependerá de la

naturaleza de las obstrucciones, de su tamaño, forma, número y distribución.

- Tamaño y forma del canal: un incremento en el radio hidráulico puede aumentar y

disminuir el “n”.

- Nivel y caudal: en la mayor parte de las corrientes el valor de n disminuye con el

aumento en el nivel y el caudal. Si el lecho y las bancas de un canal son igualmente

suaves y regulares y la pendiente del fondo es uniforme, entonces el valor de n

permanece constante para el cálculo de flujo. Esto ocurre principalmente en los

canales artificiales. Cuando hay planicies de inundación “n” depende de la cubierta

vegetal

- Cambio estacional: esto se toma en cuenta cuando en el canal hay un crecimiento

estacional de plantas acuáticas, hierbas, maleza, etc. El valor de “n” puede aumentar

en estación de crecimiento, y disminuir en la estación inactiva. Además este cambio

puede afectar otros factores ya antes mencionado.

- Material en suspensión y carga del lecho: el material en suspensión y la carga del

lecho, ya sea en movimiento o no, consumirá energía y causara una pérdida de altura

e incrementara la rugosidad aparente del canal.

Todos los factores antes mencionados deben ser estudiados y evaluados, pero para

una guía general para la buena escoriación, debe aceptarse que las condiciones que

tiendan a inducir turbulencia y a causar retardo incrementaran el valor de “n”, y

aquellas que tiendan a reducir la turbulencia y el retardo disminuirán el valor de

“n”.17

17 Valores de “n” para varios niveles, tomados en el rio nishnabotna, ver Hidráulica de canales

abiertos, Ven Te Chow, pág. 101

30

Un científico llamado Cosan desarrollo un procedimiento para calcular n:

Donde 𝑛𝑛0 es un valor básico de n para un canal recto, 𝑛𝑛1es un valor que debe de agregarse

al 𝑛𝑛0 para corregir el efecto de las rugosidades superficiales, 𝑛𝑛2 es un valor para

considerar las variaciones en forma y tamaño de la sección transversal de canal, 𝑛𝑛3es un

valor para considerar las obstrucciones, 𝑛𝑛4 es un valor para considerar la vegetación y las

condiciones de flujo, y 𝑚𝑚5 es un factor de corrección de los efectos por meandros en el

canal. Los valores de 𝑛𝑛0 hasta 𝑛𝑛4 y 𝑚𝑚5 se pueden encontrar en la tabla. 18

18 Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, pág. 105.

31

- VALORES PARA EL CÁLCULO DE COEFICIENTE DE RUGOSIDAD.

Fuente: Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, pág. 105.

32

III. Metodología

3.1. TIPO DE ESTUDIO

3.1.1. Explicativo

- Porque se pretende establecer las causas de los eventos, sucesos o fenómenos

que se estudian.

3.2. DISEÑO DE La INVESTIGACIÓN

3.2.1. No experimental

- Porque describe las características de un conjunto de unidades de estudio.

3.3. Hipótesis

- Los constantes colapsos que ha sufrido el dren aviación, son consecuencias de

problemas hidráulicos que este presenta. La Poca pendiente, qué se dispone, en

Chimbote, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra en el

fondo (embancamiento del canal).

El uso negligente del recurso hídrico, por parte de los agricultores. Son algunas

de las causas por la cual el dren colapso.

Este canal o dren, dentro de sus características de diseño, nos brindaran datos

exactos de cuáles son estos problemas, qué de alguna u otra manera, con las

teorías y los datos recopilados en campo, brindaremos alternativas de solución

y mejora.

3.4. IDENTIFICACIÓN DE LAS VARIABLES

- Variable independiente: Dren

- Variable dependiente: Problemas hidráulico

M

(MUESTRA) 0 X

33

3.4.1. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

3.5. POBLACIÓN MUESTRA Y MUESTREO.

Población:

Los 250ml de canal, que inician en el P.J magdalena nueva y termina en la

intersección de la A.V aviación Pardo, (cuadra 8), la cual transporta agua emanadas

de las áreas agrícolas, conduciendo estas aguas hacia el mar.

VARIABLE DEFINICIÓN

CONCEPTUAL

DEFINICIÓN

OPERACIONAL

INDICADORES

ESCALA DE

MEDICIÓN

Problemas

hidráulicos

en el Dren

aviación

En el diseño hidráulico de

los canales, se debe tener

en cuenta las leyes de la

hidráulica y los criterios

necesarios para su

evaluación como:

-velocidad máxima de

erosión, velocidad mínima

de sedimentación,

coeficiente de rugosidad,

talud, radio de curvatura

mínimo, borde libre, etc.

Bibliografía:

FERNANDO B. ESPEJO AGUIRRE.

“DISEÑO HIDRÁULICO DE LA

CONSTRUCCIÓN PRINCIPAL DE UNA

INFRAESTRUCTURA DE RIEGO

MENOR”, UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL SANTA- NUEVO CHIMBOTE-PG.

28

Diseño hidráulico del dren o canal. Proceso constructivo

-Velocidad máxima

de erosión.

-Velocidad mínima

de sedimentación.

-Rugosidad “n”.

-Pendiente “s”.

-Caudal “Q”.

-Borde libre

-Nominal

- Nominal

- Nominal

-Razón (%)

- Nominal - Nominal

34

3.6. CRITERIOS DE SELECCIÓN

He considerado también un tramo de 50 ml, que se encuentra ubicado, en la A.V

Perú, al costado del mercado 2 de mayo, para observar, analizar y tener

conclusiones de cómo se presenta el fluido, en este tramo que se encuentra antes

del dren, que inicia en Magdalena.

3.7. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

La técnica de recolección de datos y manejo de la información con las que se ha

desarrollado el estudio se presenta a continuación.

- Observación Directa:

Para el desarrollo de la investigación se empleara la técnica de recolección de datos,

Observación directa, donde se captara los hechos, fenómenos o situaciones que

presenta el dren.

-Instrumentos:

Los instrumentos que se emplearan para el desarrollo de la investigación, serán,

fichas de recolección, con una guía de observación, validados por los especialistas

en el área. Los cuales permitirán al tesista conocer y evaluar, cuáles son los

problemas hidráulicos y factores que generan estos problemas.

3.8. VALIDACIÓN Y CONFIABILIDAD DEL INSTRUMENTO.

Esta investigación se ha trabajado con fichas de recolección de datos, Guía de

observación. Cabe, mencionar que este instrumento a emplear será validado por,

profesionales del área investigar.

35

3.9. MÉTODO DE ANÁLISIS DE DATOS

El método de análisis tendrá un enfoque cuantitativo, pero cabe aclarar que no lleva

un procedimiento estadístico para obtener los resultados.

El desarrollo de este proyecto se realizara de la siguiente manera:

-Exploración del lugar de estudio, consiste en ir a campo y realizar el recojo de

datos sobre el diseño hidráulico, como: velocidad, pendiente, borde libre, caudal,

etc. Con el objetivo de obtener los parámetros de diseño que presenta el dren.

-Análisis de recolección de datos, unas ves obtenido los resultados, se procederá

a la evaluación, de las características de diseño, los cuales deben encontranrse

dentro de los márgenes permitidos para un correcto diseño.

3.10. Aspecto técnico

La realización de esta investigación, se basa en diversos aspectos éticos, que rigen

la relación estrecha entre estudiantes, el entorno y la población.

- Responsabilidad social

La presente investigación, será desarrollada en beneficio de, la población,

tomando en Cuenta la situación actual del entorno.

- El respeto por el medio ambiente y la biodiversidad:

Durante el desarrollo de esta investigación se procurara hacer la recolección

de datos, teniendo en cuenta el no causar ningún daño o alteración al medio

ambiente.

- Ética:

En esta investigación los datos, puntos de vista y/o observaciones hechas en

el campo , tal y como se encuentran serán contrastados.

36

-Honestidad:

La información y los datos que se obtengan dentro de esta investigación serán

veraces sin Hacer omisiones de alguno por razones económicas, políticas,

sociales u otros con el propósito de presentar un estudio, tal y como se

presenta en el periodo de estudio

IV. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

4.1. RECURSOS Y PRESUPUSTOS

4.1.1. Recursos

Recursos humanos:

Las personas involucradas en esta investigación son:

-Tesista: EDWIN Joel castillo gamboa

-Asesor: Giovanne Pérez Campomanes

-Docentes

Materiales y equipos:

-Correntómetro

-Flotador, una botella vacía cerrada

-2 estacas

-Una cuerda de 20 metros

-1 wincha

- 1cronometro

-Hojas de papel A4

-Cámara fotográfica

-Computador

-memoria externa

4.1.2. Presupuestos

37

4.2. FINANCIAMIENTO

Los gastos económicos que se realizaran en la investigación, son autofinanciados

por el autor del proyecto.

4.3. CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

- Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow

- Bolinaga, J. J. “Drenaje Urbano” INOS 1979

-“International Institute For Land Reclamation And Improvement” ILRI, Principios

y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.

- Hidráulica de Canales, Pedro Rodríguez Ruiz

- "Mecánica de Fluidos y máquinas Hidráulicas", Mateix.

01/01/201520/02/201511/04/201531/05/201520/07/201508/09/201528/10/2015

elaboracion del proyecto

recoleccion de datos

procesamiento y analisis de datos

redaccion del informe

sustentacion de tesis

elaboracion delproyecto

recoleccion dedatos

procesamiento yanalisis de datos

redaccion delinforme

sustentacion detesis

fecha de inicio 01/01/201503/07/201516/10/201511/11/201501/12/2015

duracion 18063252014

38

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

- Juan diego Gutiérrez silva, determinar el coeficiente de rugosidad de manning

utilizando como material de fondo: gravilla, arena, arcilla y piedra pegada como

revestimiento en canales mediante un modelo físico.-universidad de la Salle facultad

de ingeniería civil –Bogotá

- Fernando b. espejo Aguirre. -“diseño hidráulico de la construcción principal de una

infraestructura de riego menor”, universidad nacional del santa- nuevo Chimbote.

- Estudios de drenaje en la ciudad de Chimbote-dren N°01- Universidad Privada San

Pedro.

- “Cálculo del coeficiente de rugosidad de manning utilizando gravilla, arena, piedra

pegada y tierra como fondo mediante un canal a escala como modelo físico”

ANEXOS

Foto N° 01: Lugar de inicio del canal o dren, ubicado en P.J magdalena nueva

39

Foto N° 02: Vista panorámica del primer tramo del Dren, P.j magdalena

Foto N° 03: Personal contratado por la Municipalidad, ubicados en el tramo descubierto

del Dren, entre la AV. Pardo.

40

Foto N° 04: Extraendo materiales (basura), que se encuentran combinados con la

sedimentación que presenta el dren

Foto N° 05: Presentando la basura que ha sido extraída, durante el día,

acompañado del personal a cargo.

41

Foto N° 06: Objetos extraídos del dren, recogidos en el tramo abierto.

Foto N° 07: Punto de descarga en el mar de Chimbote

42

Foto N° 08: Enrocado que evita que el mar, interrumpa la descarga de agua

proveniente del dren

Foto N° 09: vista panorámica del enrocado y descarga de agua hacia el mar.

Tesis problemas hidraulicos -castillo gamboa

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