Pérdidas de Agua Por Infiltración En canales

UNIVERSIDAD NACIONAL TORIBIO RODRÍGUEZ DE MENDOZA – AMAZONAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

GENERALIDADES •

Hay pérdidas inevitables del agua en todas las formas de conducción. El costo del agua que se pierde es un factor importante en todos los problemas de

•

economía del agua. Las pérdidas del agua en canales abiertos se deben a la evaporación, a fugas en las

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estructuras que intervienen en su operación pero, sobre todo, a la infiltración en el subsuelo. La pérdida por infiltración es la más importante y depende de muchos factores,

•

como el material que constituye el fondo y taludes del canal, las dimensiones de la sección, la graduación de dicho material y la posición del nivel freático en el lugar. Es comn que la infiltración disminuya disminuya con la edad del canal, sobre todo si conduce

•

agua cargada de sedimentos o estos se agregan con dicho propósito.

PÉRDIDAS DE AGUA POR INFILTRACIÓN La observación ha demostrado que una considerable cantidad de agua se pierde por infiltración, cuando ésta circula por canales de tierra, no revestidos. Esto no puede ser contemplado con indiferencia, ya que si esto ocurre disminuye la eficiencia de conducción del sistema con las correspondientes pérdidas económicas. económicas.

Es necesario cuantificar las pérdidas por infiltración para estimar lo costoso que esto representa y decidir si es adecuado o no su revestimiento con el fin de disminuir estas pérdidas o cambiar el tra!ado del canal porque el suelo permite una gran pérdida de agua.

E"isten diferentes términos con los cuales se e"presa la magnitud de la infiltración# entre los más comunes se encuentran$

1.

%

&olum &olumen en de agua agua infil infiltra trado do en un día día por unid unidad ad de supe superfi rficie cie mo' mo'ada ada (m )*+h*m+

%

ó lts*día*m+&olume &olumen n de agua infiltrado infiltrado en un un día por unida unidad d de longitud longitud de canal canal (m )*+h*ml ó

%

lts*día*ml&olume &olumen n de de agua agua infilt infiltrado rado en un un segund segundo o por por ilóme ilómetro tro de canal canal (m )*seg*m-

FACTORES QUE AFECTAN LA FILTRACIÓN TEMA: PÉRDIDAS DE AGUA POR INFILTRACIÓN EN CANALES

1


El movimiento del agua en el suelo ocurre a través de los espacios que e"isten entre las partículas, y se debe a las fuer!as capilares, a las fuer!a de gravedad, o a la combinación de ambas. En suelos no saturados dominan las fuer!as capilares y el movimiento se reali!a del suelo hmedo al seco en diferentes direcciones. En suelos saturados# es decir, aquellos en los que no hay aire el movimiento obedecen la ley de permeabilidad de /arcy, es decir$

V=ki /onde$

Ec. 1

&

es la velocidad del agua en m*seg

0

es un coeficiente que representa la permeabilidad del suelo en m*seg

i

es el gradiente hidráulico, 1h*L, el cual es adimensional.

Entre los diferentes factores que influyen en la filtración tenemos$

a. Permeabilia el !"el# Las pérdidas por percolación dependen de la permeabilidad del suelo y son mayores cuando más poroso y grueso el suelo# siendo éstas pérdidas directamente proporcionales a la permeabilidad, , segn se indica en la ecuación 2.

b. La $r#%"&ia e a'"a e& el (a&al La profundidad aumenta el gradiente hidráulico al aumentar 1h y permanecer fi'a la longitud, L, que tiene que recorrer el agua.

(. Tem$era)"ra El aumento de la temperatura disminuye la viscosidad del agua, aumentando la facilidad de percolación del agua.

. Ea el (a&al La pérdida de agua es generalmente grande en canales recién construidos y luego disminuye gradualmente con el tiempo, a medida que los poros del suelo en el perímetro del canal son cubiertos por sedimentos que transportan el agua.

TEMA: PÉRDIDAS DE AGUA POR INFILTRACIÓN EN CANALES

2


*.

C+LCULO DE LAS PÉRDIDAS POR INFILTRACIÓN E"isten diferentes métodos para determinar las pérdidas por infiltración en canales.

3n análisis detallado de todos los métodos e"istentes se sale del alcance de nuestro estudio. 4olamente se anali!arán algunas fórmulas empíricas y las mediciones en el campo por el método del estancamiento. La utili!ación de fórmulas empíricas sólo pueden dar estimaciones imprecisas# otros métodos dan me'ores resultados pero en general son muy complicados.

*.1

F,rm"la! em$-ri(a! E"iste un gran nmero de fórmulas empíricas para la determinación de la

infiltración. 5lgunas de ellas se presentan a continuación$ a. Fórmula desarrollada por T. Ingham P =0.0025 √ Y ( B + 2 mY )

/onde, 6

es la pérdida de infiltración en m )*seg*m.

7

es la profundidad del agua en m.

8

es el ancho de la base del canal en m.

9

es el talud lateral. y el coeficiente es un factor que representa las características del suelo.

b. Fórmula desarrollada por Etcheverry

P=0.0064 C e √ Y ( b + 1.33 √ 1 + m ) 2

4iendo :e un coeficiente que representa la permeabilidad del suelo, las otras variables corresponden a lo descrito anteriormente. En la siguiente tabla se muestran los valores de :e.

Ti$# e !"el# 5rcilloso >ranco arcilloso Limosos y francos >rancos y arenosos 5renas finas 5renas gruesas @ravas

Ce ;.+< = ;.<; ;.<; = ;.?< ;.?< = 2.;; 2.;; = 2.<; 2.<; % 2.?< +.;; = +.<; +.<; = A.;;


3


&alores de :e para diferentes suelos segn Etcheverry c. Fórmula desarrollada por Pavlovski P=1000 K ( b + 2 Y ( 1 + m ))

/onde, 0 es el coeficiente de permeabilidad del suelo, en m*seg.

d. Fórmula desarrollada por Davis – ilson

1

C d Y 3 ( b + 2 Y √ 1 + m ) 2

P=

8861

+ 8 √ V

/onde, &

es la velocidad del agua en m*seg.

:d

es un coeficiente que representa la permeabilidad del suelo, los valores de :

d

se

encuentran en la siguiente tabla.

a)erial :oncreto con espesor 2;cm 5rcilla con espesor 2
C 2  2+ 2< +; +< ); ; = ?;

&alores de :d segn /avis % Bilson

e. Fórmula desarrollada por Pun!ab


4


P= C p Q

0.563

/onde, C es el caudal en m)*seg :p es un coeficiente que representa la permeabilidad del suelo, los valores de :p se encuentran en la siguiente tabla$

Ti$# e !"el#

C$

5rcilloso >ranco arcilloso Limosos y francos

;.+< = ;.<; ;.<; = ;.?< ;.?< = 2.;; &alores de :p segn 6un'ab

". Fórmula desarrollada por #ostiakov

P=1000 K ( b + 2.4 √ 1+ m ) 2

Ti$# e !"el#

/ 0(m!e'2

@rava 5rena gruesa 5rena fina Dierra arenosa Dierra franco = arcillosa Dierra franca Limo 5rcilla 5rcilla compacta

2;+ = 2;%2 2;%2 = 2;%) 2;%+ = 2;% 2;%) = 2;%< 2;%< = 2;% 2;% = 2;%? 2;% = 2;%< 2;%A = 2;%F 2;%? = 2;%2;

&alores del coeficiente de permeabilidad 0 para diferentes tipos de suelos

g. Fórmula desarrollada por $orit%

P=0.0375 C m A

1/ 2

/onde, 5 es el área transversal del canal en m+ :m es un coeficiente que depende del suelo, los valores de :m se encuentran en la siguiente tabla$

Ti$# e !"el# >ranco = 5rcilloso TEMA: PÉRDIDAS >ranco = arenoso 5renas gruesas 5renas y gravas

Cm ;.;F = ;.); DE AGUA POR INFILTRACIÓN EN CANALES ;.); = ;.< ;.< = ;.<< ;.<< = ;.?<

5


&alores de :m segn 9orit! El caudal final del tramo de un canal puede ser calculado por$

Q f =Qi− PxL

/onde, Cf es el caudal al final del tramo considerado en m )*seg Ci es el caudal al inicio del tramo considerado en m )*seg 6 es la pérdida por infiltración en m )*seg*m L es la longitud del tramo considerado en m.

:on la aplicación de cada una de las fórmulas descritas anteriormente se obtienen diferentes resultados# el é"ito de obtener un resultado satisfactorio depende de la e"periencia que tenga el proyectista en la elección de una fórmula que cumpla con características seme'antes al terreno donde se va a construir el canal.

E3em$l# e a$li(a(i,& 41 Un canal trapezoidal, con base b = 3.00m, profundidad Y = 3.00m, talud lateral m = 3 conduce un caudal de 56.50 m 3 /seg y se encuentra construido en un terreno franco arenoso, si este canal tiene una longitud de 50km, se pide mediante la utilizacin de la frmula desarrollada por !a"is #ilson$ a. %as p&rdidas por infiltracin en m 3 /seg/km. b. 'l caudal al final del canal c. %as p&rdidas e(presadas en m 3 /)*+/m. d. %as p&rdidas e(presadas en lts/da/m ) .

*.*. ei(i#&e! e& (am$# E"iste una gran variedad de métodos para determinar las pérdidas por infiltración en canales mediante mediciones en campo, en el presente traba'o anali!aremos el método TEMA: PÉRDIDAS DE AGUA POR INFILTRACIÓN EN CANALES

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UNIVERSIDAD NACIONAL TORIBIO RODRÍGUEZ DE MENDOZA – AMAZONAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL de estancamiento, debido a que resulta muy fácil de reali!ar, aunque presenta algunas desventa'as.

$&todo del estancamiento Este método consiste en medir el volumen de agua que se infiltra en un canal de prueba, de sección transversal y longitud conocida durante un determinado tiempo. Este se ubica en un lugar que represente las características del suelo donde se construirá el canal definitivo. El inconveniente que presenta este método es que el agua se encuentra inmóvil, lo cual no es la condición de traba'o del canal facilitándose así la obstrucción temporal que ocurre debido a la sedimentación de las partículas que se encuentran es suspensión. Las pérdidas pueden ser calculadas a partir de la figura ).2A así$

4ección transversal y longitudinal de un canal de estancamiento

P=

P=

( V i

−

V f ) 1000

Δt L

[ ( b Y

/onde,

1

+

mY 1 ) −( b Y 2 + m Y 2) 2

2

] 1000

Δt

b

es el ancho del canal trape!oidal, en m.

72

es la altura del agua al inicio de la prueba, en m.

7+

es la altura del agua al final de la prueba, en m.

m

es el talud lateral del canal.

Δt L

es el tiempo transcurrido durante la prueba, en seg. es la longitud del canal de prueba, en m.


7


E3em$l# e a$li(a(i,& 4* 'n el campo, en un canal de prueba +orizontal, se realizaron medidas para determinar las p&rdidas por infiltracin, y se obser" lo siguiente$ a-

%a seccin del canal era trapezoidal con b = ).00m m = .00

b-

%a altura del agua al inicio de la prueba, a las 6 am era de .00m y al final de la

prueba, a las *pm era de 0.0m. !eterminar las p&rdidas por infiltracin e(presadas en m 3 /seg/km y en lts/m)/da


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Pérdidas de Agua Por Infiltración En canales

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