La-bocatoma-acequia-nueva.docx

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La Bocatoma Acequia Nueva – La Mochica, es parte del conjunto de proyectos considerados en el Programa de Inversión, Remodelación y Reconstrucción de la Infraestructura Mayor de Riego del Valle de Ica. Se ha considerado la construcción de una nueva Bocatoma y un canal integrador los cuales sustituirán a las actuales bocatomas existentes Acequia Nueva y La Mochica, la cual permitirá el tránsito de hasta 464m3/s (Caudal acorde con el proyecto de control de desbordes e inundaciones del Río Ica) y derivar 3.00 m3/s al ámbito del proyecto. Una de las estructuras que ha sido emplazada en el sitio de la toma existente Acequia Nueva, es el aliviadero de compuertas, en ella se ha proyectado un barraje móvil conformado por 05 compuertas planas deslizantes.

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica UBICACIÓN GEOGRÁFICA La zona de estudio involucra la actual ubicación de la bocatoma Acequia Nueva - La Mochica, la cual se ubica en el distrito de San Juan Bautista a 11.00 Km de la ciudad de Ica en la dirección Noreste. El proyecto se ubica en el Distrito de San Juan Bautista, Provincia de Ica y Región Ica. Geográficamente, la bocatoma se encuentra ubicada en las coordenadas 8 455 169.9301 y 421 853.3005, y tiene una altitud media de 430.00 m.s.n.m. En el ámbito del proyecto existe un total de 2,741 familias, siendo el área bajo riego de 1 463.70 ha de las cuales 400.53 ha pertenecen al Comité de Regantes de Acequia Nueva y 1 036.17 ha pertenecen al Comité de La Mochica. La tenencia de tierras promedio es de 1.32 ha para Acequia Nueva y 1.39 ha en el Comité de Regantes La Mochica. El Acceso hasta el lugar de estudio es por la carretera panamericana en kilómetro 306 inicia una vía paralela al río hasta llegar al puente Cutervo. Luego continuando la misma vía paralela al río llegamos al puente San Juan y a la bocatoma La Mochica continuando aguas arriba por una trocha carrozable conformado por el dique de protección del río en la margen derecha, el lugar de proyecto está ubicada exactamente en el kilómetro 46+280 del río Ica cercano al pueblo denominado El Carmen.

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1. En el presente informe estudiaremos el canal correspondiente a la BOCATOMA ACEQUIA NUEVA

- LA MOCHICA, para lo cual hemos

analizado el tramo de 36.8 m. empezando desde tramo N°6; la cual consta de 12 paños y esta seccionado en tres partes. 2. El revestimiento propuesto es con concreto simple f´c = 175 kg/cm2, de 15 cm de espesor. 3. Tiene un tirante de un aproximado de 61 cm. 4. Se pudo constatar que tiene una capacidad de caudal que varía entre 1.50m3/s – 3.70m3/s

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El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivación, así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captación. Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del río y formando Un ángulo entre 60 y 90 con el eje de la captación, a menos que se realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones. En los referente al material que se acumula en el canal de limpia, el flujo existente en el canal debe tener una velocidad (Vo) capaz de arrastrar estos sedimentos depositados.

En el control de flujos hidráulicos, es frecuentemente el diseño de una transición entre dos canales de diferente sección transversal, es importante que el ingeniero civil tenga los conocimientos básicos para el diseño de estructuras hidráulicas especiales que gobiernan el flujo, mediante la determinación del número de FROUDE, y los efectos del cambio en las líneas de flujo en un punto específico de un canal. La transición en un canal es una estructura diseñada para cambiar la forma o el área de la sección transversal del flujo. En condiciones normales de diseño e instalación prácticamente todos los canales y canaletas requieren alguna estructura de transición desde los cursos de agua y hacia ellos. La función de una estructura de este tipo es evitar pérdidas de energía excesivas, eliminar ondas cruzadas y otras turbulencias y dar seguridad a la estructura y al curso del agua. Las transiciones se emplean en las entradas y salidas de acueductos, sifones invertidos y canalizaciones cerradas, así como en aquellos puntos donde la forma de la sección transversal del canal cambia repentinamente. Cuando se cambia de una sección a otra, se tienen pérdidas de carga, si ese cambio se hace bruscamente las pérdidas son muy grandes En este tipo de diseño se deben minimizar las pérdidas de energía, eliminar las ondulaciones que puedan generarse, eliminar zonas muertas para evitar la sedimentación.

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Transición observada en Bocatoma Acequia Nueva – La Mochica

El futuro del ingeniero Civil se encuentra enmarcado por la entrega al servicio de la comunidad; en busca de soluciones técnicas y científicas con el fin de planear, diseñar y construir proyectos que cuenten con las exigencias de calidad óptimas para satisfacer las necesidades de la sociedad; contribuyendo así al mejoramiento de la calidad de vida y que no afecte negativamente el desarrollo de los recursos naturales teniendo así un control del ambiente. Todo sistema de abastecimiento de agua se proyecta de modo de atender las necesidades de una población durante un periodo determinado. Cuando dichos sistemas no satisfacen con los objetivos específicos sujetos a impedimentos y restricciones que afectan de algún modo al funcionamiento ya sea por el deterioro de sus estructuras y crecimiento de la población, se hace necesario evaluar y diseñar nuevas alternativas que puedan corregir problemas y dar soluciones al sistema.

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Sistema de Riego Acequia Nueva Fuente de Agua principal: Río Ica Bocatoma Acequia Nueva: Se encuentra ubicada a la margen Derecha del Río Ica, en la progresiva Km. 134+046.00, y Presenta las siguientes características hidráulicas: tipo rústica, sin barraje, es de material piedra, aproximadamente capta 1.300 m3/seg., no presenta compuerta de regulación, tiene aproximadamente 50 años de funcionamiento, en regular estado de conservación. De esta Bocatoma se origina el siguiente Canal de Derivación: Acequia nueva La mencionada bocatoma ha sido destruida completamente por los efectos del fenómeno del Niño en los años 1997 y 1998 y por el sismo del año 2007, dejándola totalmente colmatado (sedimentada) y con compuertas de control esta expuesta a que si viene una avenida fuerte de agua este bocatoma puede ser totalmente dañada

Canal de Derivación Acequia Nueva: Se origina de la bocatoma Acequia Nueva es de tierra, en regular estado de conservación, su capacidad de conducción es de 1.300 m3/seg., tiene una longitud total de 8.71 Km., sin revestir. Presentando las siguientes características hidráulicas: b=1.22 m., h=0.62 m, de sección irregular, irriga una extensión de 326 Has., y beneficia a 371 predios.

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Este canal se encuentra sedimentado en toda su longitud sin revestir, existiendo tramos de canal con sección hidráulica reducidas a consecuencia de la basura que eliminan al canal de derivación lo que imposibilita conducir los caudales de operación. De este canal salen 37 canales de primer orden de los cuales ninguno tiene estructura de control. El mencionado canal si cuenta con estructura de medición en regular estado de conservación. Asimismo en el canal se encuentran 49 obras de arte, de las cuales 12 son puentes vehiculares, 37 son tomas de captación; las cuales en su conjunto se encuentran en regular estado de conservación

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica 1. CALCULOS HIDRAULICOS I.

DATOS DE LA RECOPILACIÓN DE INFORMACION: A. SEGÚN LA JUNTA DE USUARIOS DEL SECTOR HIDRULICO MENOR ICA, CLASE B.

Canal de Derivación Acequia Nueva: Se origina de la bocatoma Acequia Nueva es de tierra, en regular estado de conservación, su capacidad de conducción es de 1.3m3/seg tiene una longitud total de 8.71 Km., sin revestir. Presentando las siguientes características hidráulicas: b=1.22 m., y=0.62 m, de sección irregular, irriga una extensión de 326 Has., y beneficia a 371 predios.

ESQUEMA HIDRAULICO DEL SISTEMA DE RIEGO DEL RIO ICA

B. SEGUN EL EXPEDIENTE TÉCNICO SISTEMA DE RIEGO ACEQUIA NUEVA El planeamiento de integración de los sistemas de riego Acequia Nueva y La Mochica, considera la ejecución de un conjunto de obras, entre las que se tiene la construcción de una única bocatoma, canal integrador y las obras de arte correspondientes, cuyo detalle se exponen a continuación. El proyecto Sistema de Riego Acequia Nueva - La Mochica, considera la construcción de una nueva bocatoma y un canal integrador los cuales sustituirán a las actuales Facultad de Ingeniería Civil

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica bocatomas existentes Acequia Nueva y La mochica, la cual permitirá el tránsito de hasta 464 m3/s (caudal acorde con el proyecto de Control de Desbordes e Inundaciones del Río Ica) y derivar 3.00 m3/s al ámbito del proyecto.

II.

DATOS OBTENIDOS EN CAMPO TRAMO I

PENDIENTE DEL TERRENO Distancia= 3.00 metros

𝑆𝑜 = 𝑆𝑜 =

∆𝑦 ∆𝑥

0.016 3.00

𝑆𝑜 = 0.0042 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 = 0.40% III.

CALCULOS HIDRAULICOS DEL CANAL 1. CAUDAL Q

Según los datos obtenidos en campo debemos calcular el gasto o caudal 2. PENDIENTE NATURAL DEL TERRENO

𝑆𝑜 = 0.0042 = 0.004 = 0.40%

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica 3. RUGOSIDAD:

Según el coeficiente de manning: El material del canal es de concreto, por lo cual su rugosidad tendría el sgte valor: n = 0.014 4. REALIZAMOS LOS CALCULOS HIDRAULICOS PARA HALLAR EL CAUDAL O GASTO a) TIRANTE NORMAL FORMULA GENERAL: 𝑄=

𝐴∗𝑅

DATOS:

2⁄ 3

∗𝑆

1⁄ 2

𝑛

Q= ¿?m3/seg S= 0.004 T= 2.64m Y= 0.59m n= 0.014 b= 1.22 (medida tomada del campo) z= 1.203 CALCULAMOS EL TALUD: Τ = 𝑏 + 2𝑍𝑌 2.64 = 1.22 + 2(0.59)𝑍 𝑍 = 1.203 Reemplazando valores en la fórmula: 2

1 (1.22 + 1.203 ∗ 0.59) ∗ 0.59 3 2 (1.22 + 1.203 ∗ 0.59) ∗ 0.59 ∗ ( ) ∗ 0. 004 2 1.22 + 2 ∗ 0.59√1 + 1. 203 𝑄= 0.014

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Calculando: 𝑄 = 2.657391123

𝑚3 𝑚3 = 2.66 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔

b) TIRANTE CRITICO Para calcular el tirante crítico según formula iterativa tenemos para canal trapezoidal 𝑄2 (𝑏 + 2𝑍𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( )1/3 ∗ 𝑔 (𝑏 + 𝑍𝑌𝑐) 2.662 1/3 (1.22 + 2 ∗ 1.203𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( ) ∗ 9.81 (1.22 + 1.203𝑌𝑐) 2 2.66 1/3 (1.22 + 2 ∗ 1.203𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( ) ∗ 9.81 (1.22 + 1.203𝑌𝑐) (1.22 + 2 ∗ 1.203𝑌𝑐)1/3 1.115 = (1.22𝑌𝑐 + 1.203𝑌𝑐 2 ) Por Tanteo: 𝑌𝑐 = 0.64𝑚 Donde: Yc= tirante critico 2

1 (1.22 + 1.203 ∗ 0.64) ∗ 0.64 3 2 (1.22 + 1.203 ∗ 0.64) ∗ 0.64 ∗ ( ) ∗ 0. 004 2 1.22 + 2 ∗ 0.64√1 + 1. 203 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 0.014

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 3.098

𝑚3 𝑚3 = 3.1 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔

c) VERIFICACION DE LA VELOCIDAD Se calcula con la relación: Por datos de campo tenemos R=0.52; S=0.004; n=0.014 𝑉=

𝑉=

𝑅

0.52

2⁄ 3

∗𝑆 𝑛

1⁄ 2

2⁄ 3

1⁄ 2

∗ 0.004 0.014

𝑉 = 2.33𝑚/𝑠𝑒𝑔 Tabla de velocidades permisibles para evitar erosión:

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Observamos que la velocidad calculada es menor que la velocidad de erosión para revestimientos de concreto (Verosión < 4.40 m/seg), por lo cual es aceptable. d) VERIFICACION DEL BORDE LIBRE Podemos aplicar las siguientes relaciones: 

Según Coronado, para canales revestidos: BL=( 1/5)*y = (1/5)*0.59 m = 0.12 m



Según Ven te Chow: BL = 0.25 * y = 0.25* 0.59 m = 0.15 m = 0.15 m



Según USBR: BL = 0.30 mts

TRAMO II PENDIENTE DEL TERRENO Distancia= 3.00 metros

𝑆𝑜 = 𝑆𝑜 =

∆𝑦 ∆𝑥

0.015 3.00

𝑆𝑜 = 0.0050 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟓 = 0.50% IV.

CALCULOS HIDRAULICOS DEL CANAL 5. CAUDAL Q

Según los datos obtenidos en campo debemos calcular el gasto o caudal

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica 6. PENDIENTE NATURAL DEL TERRENO

𝑆𝑜 = 0.0050 = 0.005 = 0.50%

7. RUGOSIDAD:

El material del canal es de concreto, por lo cual su rugosidad tendría el sgte valor: n = 0.014 8. REALIZAMOS LOS CALCULOS HIDRAULICOS PARA HALLAR EL CAUDAL O GASTO e) TIRANTE NORMAL FORMULA GENERAL: 𝑄= DATOS:

𝐴∗𝑅

2⁄ 3

∗𝑆

1⁄ 2

𝑛

Q= ¿?m3/seg S= 0.005 T= 2.63m Y= 0.63m n= 0.014 b= 1.23 (medida tomada del campo) z= 1.11 CALCULAMOS EL TALUD: Τ = 𝑏 + 2𝑍𝑌 2.63 = 1.23 + 2(0.63)𝑍 𝑍 = 1.11

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Reemplazando valores en la fórmula: 2

1 (1.23 + 1.11 ∗ 0.63) ∗ 0.63 3 2 (1.23 + 1.11 ∗ 0.63) ∗ 0.63 ∗ ( ) ∗ 0. 005 2 1.23 + 2 ∗ 0.63√1 + 1. 11 𝑄= 0.014

Calculando: 𝑄 = 3.27985

𝑚3 𝑚3 = 3.28 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔

f) TIRANTE CRITICO Para calcular el tirante crítico según formula iterativa tenemos para canal trapezoidal 𝑄2 (𝑏 + 2𝑍𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( )1/3 ∗ 𝑔 (𝑏 + 𝑍𝑌𝑐) 2 3.28 1/3 (1.23 + 2 ∗ 1.11𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( ) ∗ 9.81 (1.23 + 1.11𝑌𝑐) (1.23 + 2 ∗ 1.11𝑌𝑐)1/3 0.9697 = (1.23𝑌𝑐 + 1.11𝑌𝑐 2 ) Por Tanteo: 𝑌𝑐 = 0.72𝑚 Donde: Yc= tirante critico 2

1 (1.23 + 1.11 ∗ 0.72) ∗ 0.72 3 (1.23 + 1.11 ∗ 0.72) ∗ 0.72 ∗ ( ) ∗ 0. 0052 2 1.23 + 2 ∗ 0.72√1 + 1. 11 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 0.014

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 4.217505

𝑚 3 𝑚3 = 4.22 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔

g) VERIFICACION DE LA VELOCIDAD Se calcula con la relación: Por datos de campo tenemos R=0.534; S=0.005; n=0.014 𝑉=

𝑉=

𝑅

0.534

2⁄ 3

∗𝑆 𝑛

1⁄ 2

2⁄ 3

∗ 0.005 0.014

1⁄ 2

𝑉 = 2.70 𝑚/𝑠𝑒𝑔

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Tabla de velocidades permisibles para evitar erosion:

Observamos que la velocidad calculada es menor que la velocidad de erosión para revestimientos de concreto ( Verosión < 4.40 m/seg), por lo cual es aceptable. h) VERIFICACION DEL BORDE LIBRE Podemos aplicar las siguientes relaciones: 

Según Coronado, para canales revestidos: BL=( 1/5)*y = (1/5)*0.63 m = 0.13 m



Según Ven te Chow: BL = 0.25 * y = 0.25* 0.63 m = 0.16 m = 0.16 m



Según USBR: BL = 0.30 mts

TRAMO III PENDIENTE DEL TERRENO Distancia= 3.00 metros

𝑆𝑜 = 𝑆𝑜 =

∆𝑦 ∆𝑥

0.016 3.00

𝑆𝑜 = 0.0042 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 = 0.40% V.

CALCULOS HIDRAULICOS DEL CANAL 9. CAUDAL Q

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica Según los datos obtenidos en campo debemos calcular el gasto o caudal 10. PENDIENTE NATURAL DEL TERRENO

𝑆𝑜 = 0.0042 = 0.004 = 0.40%

11. RUGOSIDAD:

El material del canal es de concreto, por lo cual su rugosidad tendría el sgte valor: n = 0.014 12. REALIZAMOS LOS CALCULOS HIDRAULICOS PARA HALLAR EL CAUDAL O GASTO i) TIRANTE NORMAL FORMULA GENERAL: 𝑄= DATOS:

𝐴∗𝑅

2⁄ 3

∗𝑆

1⁄ 2

𝑛

Q= ¿?m3/seg S= 0.004 T= 2.56m Y= 0.61m n= 0.014 b= 1.26 (medida tomada del campo) z= 1.07 CALCULAMOS EL TALUD: Τ = 𝑏 + 2𝑍𝑌 2.56 = 1.26 + 2(0.61)𝑍 𝑍 = 1.07

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Reemplazando valores en la fórmula: 2

1 (1.26 + 1.07 ∗ 0.61) ∗ 0.61 3 2 (1.26 + 1.07 ∗ 0.61) ∗ 0.61 ∗ ( ) ∗ 0. 004 1.26 + 2 ∗ 0.61√1 + 1. 072 𝑄= 0.014

Calculando: 𝑄 = 2.7795345

𝑚 3 𝑚3 = 2.78 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔

j) TIRANTE CRITICO Para calcular el tirante crítico según formula iterativa tenemos para canal trapezoidal 𝑄2 (𝑏 + 2𝑍𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( )1/3 ∗ 𝑔 (𝑏 + 𝑍𝑌𝑐) 2 2.78 1/3 (1.26 + 2 ∗ 1.07𝑌𝑐)1/3 𝑌𝑐 = ( ) ∗ 9.81 (1.26 + 1.07𝑌𝑐) (1.26 + 2 ∗ 1.07𝑌𝑐)1/3 1.0827 = (1.26𝑌𝑐 + 1.07𝑌𝑐 2 ) Por Tanteo: 𝑌𝑐 = 0.65𝑚 Donde: Yc= tirante critico 2

1 (1.26 + 1.07 ∗ 0.65) ∗ 0.65 3 2 (1.26 + 1.07 ∗ 0.65) ∗ 0.65 ∗ ( ) ∗ 0. 004 2 1.26 + 2 ∗ 0.65√1 + 1. 07 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 0.014

𝑚3 𝑚3 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 3.1263504 = 3.13 𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑔 k) VERIFICACION DE LA VELOCIDAD Se calcula con la relación: por datos de campo tenemos R=0.53; S=0.004; n=0.014 𝑉=

𝑉=

𝑅

0.62

2⁄ 3

∗𝑆 𝑛

1⁄ 2

2⁄ 3

1⁄ 2

∗ 0.004 0.014

𝑉 = 2.38𝑚/𝑠𝑒𝑔

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Tabla de velocidades permisibles para evitar erosion: Observamos que la velocidad calculada es menor que la velocidad de erosión para revestimientos de concreto ( Verosión < 4.40 m/seg), por lo cual es aceptable. l) VERIFICACION DEL BORDE LIBRE Podemos aplicar las siguientes relaciones: 

Según Coronado, para canales revestidos: BL=( 1/5)*y = (1/5)*0.61 m = 0.12 m



Según Ven te Chow: BL = 0.25 * y = 0.25* 0.61 m = 0.15 m = 0.15 m



Según USBR: BL = 0.30 mts

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica 2. CALCULOS HIDRAULICOS USANDO SOFTWARES I.

MODELAMIENTO CON H CANALES 3.0 (TRAMO I)

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MODELAMIENTO CON H CANALES 3.0 (TRAMO II)

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Universidad nacional “san lUis GonzaGa” de ica III.

ODELAMIENTO CON H CANALES 3.0 (TRAMO III)

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5. VERIFICACION DE RESULTADOS COMPARACION FINAL DEL CALCULO MANUAL CON EL SOFTWARE USADO:

TIRANTE CRITICO (m)

2.66

2.33

0.64

2.6574

2.3340

0.6331

CAUDAL (m3/S)

CALCULOS POR FORMULAS CALCULOS POR HCANALES

VELOCIDAD (m/s)

TRAMO I

TRAMO II

CAUDAL (m3/S)

VELOCIDAD (m/s)

TIRANTE CRITICO (m)

CALCULOS POR FORMULAS

3.28

2.70

0.72

CALCULOS POR HCANALES

3.2799

2.6984

0.7212

TRAMO III

CAUDAL (m3/S)

VELOCIDAD (m/s)

TIRANTE CRITICO (m)

CALCULOS POR FORMULAS

2.78

2.38

0.65

CALCULOS POR HCANALES

2.7795

2.3823

0.6530

Podemos apreciar que los cálculos realizados con el software coinciden o se asemejan bastante al cálculo elaborado manualmente.

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

1. Al haber realizado los cálculos de manera manual y empleando el software HCanales se concluye que los resultados se asemejan.

2. Con los resultados obtenidos, con respecto a la sección trasversal, se puede concluir que las dimensiones actuales del canal existente cumplen para el caudal requerido.

3. Luego de la verificación utilizando el software Hcanales concluimos que los resultados obtenidos son más precisos y exactos ahorrándonos tiempo de cálculo.

4. En la presente visita técnica, se pudo comprobar que dicho canal contenía en su interior residuos sólidos, producto de la falta de limpieza en el antes mencionado, lo cual generará un problema, ya que el canal se va a colmatar.

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RECOMENDACIONES

1. Verificar si hay demasiado desgaste de las paredes del canal para que puedan ser reparadas.

2. Para la realización del estudio hidráulico sobre el canal, fue necesario tomar tramos cortos, en los cuales se toman las características geométricas e hidráulicas del canal, para poder tener mejores resultados.

Verificar periódicamente la losa de fondo, la cual con presencia de desperdicios tiende a colmatarse pudiendo generar daños y la ineficiencia de dicho canal.

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