UNC

UNCFACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTA DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

VISITA TECNICA: CANAL JESUS-CHUCO.

ALUMNO:

JARA QUISPE, HECTOR ANIBALFERNADEZ HUACCHA, ALBERTO

CURSO:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

DOCENTE:

ING. LONGA ALVAREZ, JOSE

Cajamarca 01 Julio del 2015

VISITA TECNICA PUENTE CANAL DE JESUS-CHUCO

I. INTRODUCCION

Dentro de las obras hidrulicas anexadas a un canal, existen los puente canales que se usan principalmente para salvar una depresin por ejemplo como cauces naturales de ros, riachuelos, quebradas o simplemente hondonadas que obstaculizan el diseo de un canal propiamente dicho.

II. OBJETIVOS

Conocer un puente canal Redisear los dos puentes canales

III. REVISIN LITERARIA :Puente canal Es una estructuraque permite al cruce de un canal a travs de depresiones poco profunda del terreno, ros, arroyos e incorporancondiciones e limites especiales y particulares a un canaly consiste esencialmente en un tramo de conducto soportado por encima del terreno mediante pilas y caballetes tambin el puente canal puede ser usado para el transporte de embarcaciones comnmente para este tipo de puente-canales se utilizanesclusaspara elevar y descender las naves a este tipo de puente canal tambin se le llama puente acufero. Un puente acufero difiere de unacueductoen que este ltimo tiene como fin transportar agua, mientras que el primero se utiliza para transportar el agua y tambin se puede utilizar como un medio para transportar los botes.Este es una de las estructura de cruce ms importante cuando las condiciones topogrficas y geolgicas la permiten, el empleo de un puente canalesta indicado sobre todo en aquellos casos que es importante conservar la carga del canal , ya que a diferencia del sifn las perdidasen un puente canal es mnima en relacin al sifn.1. Partes del puente canal:El puente canal est compuesto por los siguientes elementos hidrulicos: Sub- estructura:es la que soporta la sper estructura y consta depilas, estribos y caballetes. Donde la pila debe estar cimentada sobre roca firmepara evitar asentamientos diferenciales. Sper-estructura:es la soportada por la sub-estructura la cual estcompuesta por transicin de entrada, compuerta, conducto, transicin de salida. Las transiciones: sirven para pasar en forma gradual de la seccin del canal a la del conducto o viceversa segn sea transicin de entrada o salida; este cambio debe ser gradual para evitar turbulencias y reducir las prdidas de carga. Estas pueden ser de dos tipos: Transicin de entrada: esta une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente canal, lo cual provoca un cambio gradual del agua en el canal. Transicin de salida: esta une el puente canal con el canal.

Fig 01. Esquema de un puente canal, y vista en planta2. Clasificacin Atendiendo a las condiciones del funcionamiento del tipo de conducto podemos clasificar a los puentes canales en dos tipos: Puente canal o canoa (conducto abierto). Puente canal o acueducto (conducto cerrado).Puente canal o canoa: Son aquellos cuyo conductor, cerrado o abierto trabaja a la presin atmosfrica.Acueducto: Son aquellos en los cuales el conducto funciona a presin superior a la atmosfrica.

Segn el material del que estn construidos estos pueden clasificarse en: Puente canales de madera. Puente canal de conducto metlico. Puente canal de concreto.

1. Puente canal de madera:Las maderas ms apropiadas son el cedro rojo y el ciprs que dan una vida til hasta de 50 aos. Los puentes canales de este material presentan muchas fugas cuando el uso es intermitente por el encogimiento de la madera.Son recomendables como instalaciones provisionales o cuando la lejana de otros materiales lo hace ms econmico.

2. Canal o puente canal de conducto metlico:Son a base de hojas de acero laminado dando una seccin semicircular o circular; si todo el metal que estar en contacto con el agua es galvanizado o se protege con anticorrosivo se pueden obtener de 15 a 30 aos de vida til.En los estados unidos son muy usados los puentes canales de conducto metlico y sub-estructura formada por caballetes de madera o tambin metlicos.3. Puente canal de concreto:Son los ms duraderos pero su construccin es ms delicada puesto que el concreto no resiste tensiones, es fcil que se produzcan grietas en el conducto, por eso se requiere una cimentacin muy firme para evitar asentamientos desiguales en las pilas.3. Calculo hidrulico de puente canalLas juntas de construccin del conducto se localizan sobre pilas y deben impermeabilizarse, cada tramo del conducto tendr en un extremo apoyo fijo y apoyo libre en el extremo opuesto.

FIG. 02 esquema de un puente canal, y vista en plantaPor lo general un puente canal tiene la forma de la FIG. 01, vista en planta, se disea para las condiciones del flujo subcritico (aunque tambin se puede disear para flujo supercrtico), por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba. El diseo del conducto elevado por condiciones econmicas debe ser del menor ancho posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo subcritico. A fin de que las dimensiones sean las mnimas posibles se disea para condiciones cercanas a las crticas. Para una seccin rectangular, en condiciones crticas se cumplen las siguientes ecuaciones:

(3.1)

(3.2)Igualando 3.1 con 3.2, se tiene:

De donde despejando b, se tiene:

(3.3)De la ecuacin 3.3, como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseo), para calcular b, se requiere conocer Emin. Entonces se toma como una aproximacin de Emin el valor de E4 calculado como:

..(3.4)Calculado el valor de b critico (con la ecuacin 4.62), para propiciar un flujo subcritico en el conducto, se toma un valor mayor que este. Un valor mayor del ancho de solera reduce el efecto de la curva de remanso que se origina en el conducto. Resulta aceptable que la curva de remanso afecte el 10% del borde libre. En resumen, para definir el ancho del conducto, se calcula b utilizando la ecuacin (4.62), luego se ampla su valor en forma adecuada, recordando que un valor disminuye el efecto por curva de remanso, pero disminuye la velocidad en el conducto.

A) Calculo de prdidas de carga en las transiciones, estas prdidas se calculan con la ecuacin (4.59), y utilizando la Tabla 4.15, para los valores Ke y Ks, coeficientes de entrada y salida respectivamente.Calculo de los efectos de la curva de remanso, el efecto de la curva de remanso incide en los tirantes de las secciones 1, 2, 3 y 4 de la FIG. 2Para el clculo de y3, se debe aplicar la ecuacin de la energa entre las secciones 3 y 4:

(3.4)Donde:

Para determinar el valor de y3 de la ecuacin 4.63, se lo debe realizar por medio de tanteos. Para el clculo de y2, se debe aplicar la ecuacin de la energa entre las secciones 2 y 3:

(3.5)Donde:

(3.6)

;; Para determinar el valor de y2 de la ecuacin 4.64, se lo debe realizar por medio de tanteos.Para el clculo de y1, se debe aplicar la ecuacin de la energa entre las secciones 1 y 2:

(3.7)Donde:

(3.8)Para determinar el valor de y1 de la ecuacin 4.66, se lo debe realizar por medio de tanteos.El clculo de la altura de remanso es: Hremanso = y1- y4.B) Perdidas de carga por friccin en el puente canal, el comportamiento hidrulico corresponde al de un canal o tubera que trabajan sometidos a la presin atmosfrica y bajo la accin de la gravedad (por esto es aplicable la ecuacin de Manning), en consecuencia las prdidas de carga por friccin se determinan as: (3.9)C) Desniveles de los puntos caractersticos del puente canal 1, 2, 3 y 4, ver figura 2.Se puede realizar utilizando la ecuacin de Bernoulli entre los puntos mencionados. En general, una transicin permite cambiar de una seccin a otra, para conservar las prdidas de energa en sus valores mnimos se proyectan transiciones suaves y las ecuaciones que definen el diseo en referencia a la figura siguiente se pueden describir as:

FIG. 4.34 perfil de una transicin con fondo inclinado

Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre los puntos 1 y 2, se tiene: (4.69)Donde:Z= desnivel entre los puntos 1 y 2. Perdida de carga entre los puntos 1 y 2.Luego: (4.70)De la figura anterior se deduce que: (4.71)Sustituyendo la ecuacin 4.70 en la ecuacin 4.71 resulta: (4.72)Los valores negativos de (Z) y de (a) indican que el punto 2 se eleva y que el nivel del agua aumenta con respecto al punto 1.Las prdidas en la transicin debidas al cambio de la velocidad se denominan perdidas por conversin; tambin conviene resaltar que las prdidas por friccin en un tramo de canal muy corto (transicin), son por la general muy pequeas y en ocasiones estas se desprecian. Las prdidas (ht) se pueden calcular as: (4.73)Si se reemplaza en la ecuacin 4.72, resulta:

O sea que: (4.74)Segn sea entrada o salida el valor de (K) se determina con base en las tablas respectivas y se denomina Ke y Ks en funcin del tipo de transicin utilizada.

IV. DESARROLLO DE LA PRACTICA

La prctica se llev a cabo en dos fases:a. Fase de campo: Consisti en la visita al puente canal

b. Fase de gabinete: Consisti en el procesamiento de todos los datos extrados en el campo para constatar la situacin actual del canal, as como su funcionamiento y caractersticas.A esto podemos agregar el diseo de 02 obras de arte, que para nuestro caso son dos puentes canal

Fase de campo:

La prctica se desarroll el distrito de Jess el da mircoles 16 en horas de la maana 11:00.

Ubicacin: 1 PUENTE CANALCoordenadas UTM: Este: 789201Norte: 9197035

2 PUENTE CANALCoordenadas UTM: Este: 788329Norte: 9197454

DATOS DE CAMPO:

TOMA DE DATOS DEL 1 PUENTE CANAL:

2PUENTE CANAL:

CALCULO DEL CAUDAL 2 PUENTE CANAL:

Con el mtodo del flotador:Toma de tiempos:

EnsayoTiempo (seg)

125.20

225.36

325.13

Tprom=25.23 segundos

V. REDISEO PUENTE CANAL

1.1 DATOS DEL PROYECTOPara este caso la informacin estar en funcin de los datos de la prctica para realizar los clculos subsecuentes que sern los siguientes: Calculo hidrulico1.2 Diseo del canal rectangular segn campo:Datos de campo:Calculo del caudal:Distancia=27.25mTiempo=25.20seg, 25.36, 25.13Tprom= 25.23 segundosCalculo de seccion:b=0.86my=0.72mPara ello se definirn las siguientes formulas:rea:

Donde;A= rea hidrulica del canalY= tirante normal (m).b= plantilla del canal (m)

A=0.72*(0.86)A=0.62m^2Permetro mojado

Donde;P= permetro mojado (m)Y= tirante normal (m).b= plantilla del canal (m)

Radio Hidrulico

Donde;R; radio hidrulicoA= rea hidrulica del canalP= permetro mojado (m)

Calculo de QQ=A*VQ=A*d/tQ=0.62*(27.25/25.23)Q=0.67m^3/sRugosidad (n) concreto:n concreto= 0.012Calculo de S:

De:

(Aproximado)Resumen de datos:Q=0.67m^3/segb=0.86mn=0.012S=0.00001Yn=0.72m1.3 Diseo del canal optima:

CAUDAL0.464427269

COEF DE RUGOCIDADn0.012

PENDIENTEs0.0004

TALUDZ0

ASUMIENDO

TIRANTEy0.368

ANCHO DE SOLERAb0.736

RAZON0.5

AREA HIDRAULICA0.541696

PEROMETRO MOJADO1.472

RADIO HIDRAULICO0.368

COMPROBACION

CAUDAL0.463628

VELOCIDAD0.855882136

1.4 Diseo segn norma para Puente canal 1. Diseo de conducto elevadoPor condiciones econmicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo suscrito. Afn de que las dimensiones sean los mnimos posibles, se disea para condiciones cercanas a las crticas.Para una seccin rectangular, en condiciones crticas se cumplen las siguientes ecuaciones:

(1)

(2)

Igualando (1) y (2) tenemos:De donde despejando b, se tiene:

(3)En la ecuacin (3), como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseo), para calcular b, se requiere conocer Emin.Entonces se toma como una aproximacin de Emin el valor de E4 calculado como:

(4)Para el anlisis necesitamos conocer los siguientes parmetros:Y(m)=0.72b(m)=0.86V (m/s)= 0.194De la ecuacin (4), hallamos Emin, tenemos:

(4)..oCARGA DE VELOCIDAD (hv)La carga de velocidad se determinara de acuerdo a la siguiente formula:

Donde; Hv; carga de velocidad (m)V=velocidad .g; aceleracin de la gravedad en (m/s2)Calculamos la velocidad (v):V=Q/AV=1.114m/segEntonces reemplazando:

ENERGIA ESPECFICA (Emin)Se calculara de la siguiente manera:Yn=0.55 (calculado anteriormente)

Emin=0.613

DISEO DE LA SECCION DE LA CUBETA Se calculara la plantilla (b) o ancho mnimo para una seccin crtica rectangular, Para aplicar la formula (3), necesitamos el Q, entonces hallando el caudal:Q =0.67(m3/s)

Dnde:E; energa especifica (m)b; plantilla critica (m)Q; caudal (m3/s)g; aceleracin de la gravedad (m/s2)

b= 0.82 Obtenemos b, para un flujo crtico, pero para un flujo subcritico aumentamos este ancho en un 10%, por tal obtenemos:b =0.90mNuestra seccin transversal delcanal sobre el puente sercomo se muestraA continuacin calculamos el tirante del canal yc, para lo cual daremos uso de la formula (2), ya mostrado anteriormente:

Como los datos necesarios para el clculo de este, ya se

(2)dieron y hallaron anteriormente, tenemos:

yc =0.38mSeguidamente calculamos el bordo libre B, que frecuentemente es el 20% de la base:B=0.2*bB=0.2*0.9B =0.18my finalmente la velocidad con que circula en el puente canal:De:V=Q/AV=0.67/(0.9*0.38)V =1.95m/s2. LONGITUD DE TRANSICIONLas transiciones tienen su justificacin cuando al canal en su localizacin tenga que intercalrsele alguna estructura que obliga a cambiar de seccin, para logar un cambio de seccin de manera gradual, logrando as reducir las prdidas de carga.La Long. De transicin se determinara mediante la siguiente formula, de acuerdo al criterio de HINDS

Dnde:T1: Espejo de agua en el canalT2=b:Ancho de solera del conductoCalculo de la transicin de entrada Para el caso de una transicin de entrada recta la ecuacin utilizada es:

1m

Sustituyendo:

Transicin de salida recta la ecuacin utilizada es:

b: Ancho de solera del conductoT: Espejo de agua en el canal de salida

Reemplazando tenemos:

Calculo de las perdidas en las transicionesLas perdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las perdidas por cambio de direccin, siendo su ecuacin:

Calculo de las perdidas en las transiciones

Donde:h 1-2 :Perdidas por transicin entre 1 y 2

K :coeficiente de prdidas en la transicin, puede ser:

Ke :coeficiente de prdidas en la transicin de entrada

Ks :coeficiente de prdidas en la transicin de salida

hv :Diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo.

Ademas donde:

..siendo V1 > V2

Los valores de Ke y Ks, depender del tipo de transicion diseada, en la tabla sigt. Se muestra algunos valores

de ellos.

TIPO DE TRANSICIONKeKs

Curvado0.100.20

Cuadrante cilindrico0.150.25

Simplificado en linea recta0.200.30

Linea recta0.300.50

Extremos cuadrados0.300.75

Para el anlisis de este parmetro se ha automatizado el cuadro que se muestra posteriormente. Donde se

requiere que se seleccione la celda de color GRISS para que aparezca una lista desplegable y se seleccione el tipo de

transicin que se desee.

CALCULO DE PERDIDAS EN LAS TRANSICIONES

Curvadoh(e)0.00589

En metros

Ke:0.10h(s)0.01178

Ks:0.20

Ke:Coeficiente de prdidas en la transicin de entrada

Ks:Coeficiente de prdidas en la transicin de salida

he:perdidas en la transicin de entrada

hs:perdidas en la transicin de salida

VI. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

VII. ANEXOS

Ejemplo de diseo de un puente canal:Disear un puente canal de 6 metros de largo con transiciones suaves de entrada y salida en concreto; la seccin es rectangular y las caractersticas hidrulicas de los canales son los siguientes:Canal (seccin trapezoidal) Puente canal (seccin rectangular)Q=0,1m3/s Q=0,1m3/sY1=0,21m Y2=0,2mV1=0,93m/s V2=0,2m/s n=0,013 n=0,013z= 1 S0=0,0001S0=0,002 b=0,25mb=0,3mT=0,72mSi la cota de fondo al inicio de la transicin de entrada es de 100msnm, determinar las elevaciones y dimensiones del puente canal para que se cumplan las condiciones establecidas.Desarrollo:Se diseara las transiciones tipo lnea recta, de la tabla 4.16 se tiene Ke=0.3, Ks=0.5Calculo de la longitud de transicin:

Se adopta el valor de la longitud mnima L=1,5m, el cual favorece la conservacin de la energa en el canal y es fcil para construir.Calculo de la diferencia de niveles del agua entre los dos puntos 1 y 2 de la transicin de entrada al puente canal.

Calculo de prdidas en las transiciones:

El desnivel entre los puntos 1 y 2:

Elevacin del punto 1:Elev. 1=100 msnmElevacin del punto 2:Elev. 2= Elev. 1- Z = 100 0,198 = 99,802 msnmElevacin del agua al inicio de la transicin:Elev. Agua 1= Elev. 1 + Y1 = 100 + 0,21 = 100,21 msnmElevacin del agua al final de la transicin:Elev. Agua 2= Elev. 2 + Y2 = 99,802 + 0,2 = 100,002 msnmPerdidas por friccin en el puente canal:

Transicin de salida:Se proyecta con la misma longitud de transicin de entrada, por lo tanto L= 1,5mPara el clculo de la diferencia de niveles del agua entre los puntos 3 y 4 de la transicin de salida, solo se modifica el valor del coeficiente K, entonces:

El desnivel entre los puntos 3 y 4:

Perdida de energa total entre el punto 1 y 4:

Elevacin del punto 3:Elev. 3 = 99,802 msnm Elevacin del punto 4:Elev. 4= Elev. 3 + Z = 99,802 + 0,23 = 100,032 msnmElevacin del agua al inicio de la transicin de salida:Elev. Agua 3 = 100,002 msnmElevacin del agua al final de la transicin de salida:Elev. Agua 4= Elev. 4 + Y4 = 100,032 + 0,21 = 100,24 msnmLongitud total del puente canal incluidas las 2 transiciones:Lt= 1,5 + 6 + 1,5 = 9,0m

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS22