UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL SEMESTRE ACADEMICO 2008-II PRIMER EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES (Duración 02 Hrs) Ocúpese de los principales usos del agua (01 puntos).
1. 2. Ocúpese sobre capacidad de campo y punto de marchitez (01 puntos). 3. Escriba la ecuación de Darcy, describa los términos e indique el estado de suelo para la que es valida.(01 punto): 4. Describa las formas de movimiento del agua en las plantas (01 punto). 5. Indique las variables de las cuales depende la cantidad de agua absorbida por las plantas (01 puntos). 6. Enumere los aspectos que se deben considerar para determinar las necesidades hídricas para riego (01 puntos). 7. Indique los factores a considerar para la elección del tipo de riego ( 01 puntos). 8. Describa los métodos de distribución de agua (01 puntos). 9. Indique los estudios a realizar para la ubicación de bocatomas (01 puntos) 10. Describa en forma resumida los tipos de bocatomas (01 punto) 11. Para determinar la frecuencia de riego en cultivos de alcachofa en la Estación Experimental Andenes (Cusco) se realizo diferentes muestreos de humedad de suelo, según se muestra en cuadro: ESTRATO
DESCRIPCION
P-1
Peso muestra nat+capsula I
P3
45.28
48.10
8.30
8.50
8.70
Peso muestra seca+ capsula
33.96
36.08
35.93
Peso muestra nat+capsula
44.20
45.40
45.10
8.20
8.30
8.50
39.78
40.86
40.59
Peso capsula
II
P-2
Peso capsula Peso muestra seca+ capsula
47.90
Se pide determinar el promedio del porcentaje del agua útil y/o aprovechable por las plantas (considere todos los pesos en gramos). (03 puntos). 12. En la Estación Experimental ILLPA (Puno) se tiene planeado sembrar 100 ha de papa. La f echa de siembra es el mes de Agosto y el periodo vegetativo del cultivo es de cinco meses. Se pide calcular la demanda de agua mensual requerida para este cultivo, demanda total de agua por hectárea, costos mensuales y totales por agua para un valor de S/ 0.30 por M3. Considerar una eficiencia de riego ( Er ) para el proyecto de 50%. (03 puntos) DESCRIPCION
Ago.
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
ETo (mm/mes)
109.26
127.35
131.04
125.10
112.68
Pe (mm/mes)
16.20
35.10
36.00
51.90
65.90
Kc
0.60
0.75
1.20
1.10
0.90
13. Se requiere dimensionar dimensionar una bocatoma que derivara las aguas del río Tarma, Tarma, cuyo fondo presenta material grueso y sus orillas orillas material ligeramente cohesivo, ubicado en una zona de montaña, cause con cantos rodados y guijarros con corrientes rápidas (Fb= 1.20; Fs= 0.20 y a=0.75). Según los estudios hidrológicos y topográficos se tiene la siguiente información: (04 puntos). Caudal máximo de diseño: 380.00 m3/seg. Pendiente del cause del río: 0.015 Coeficiente de n de Manning: 0.05 Caudal medio del río: 22.35 m3/seg. Caudal mínimo del río: 2.47 m3/seg. Caudal a derivarse: 1.5 m3/seg. Pendiente del canal de derivación: 0.002 Coeficiente Manning del canal: 0.015 Ancho del canal de derivación al inicio: inicio: 1.2 m. Numero de compuertas de regulación: 2. Ancho de pilar de separación separación entre compuertas de regulación: 0.50 m Numero de ventanas de captación: 2 Altura del cause del río a la cresta de la ventana ventana de captación: h’’= h’’= 0.80 m. Coeficiente de descarga de vertedero tipo Greager C1= 2.10. Coeficiente de descarga de vertedero bajo compuerta: C2= 0.60. Las ventanas de captación llevan rejillas. Profundidad en el sector de de la compuerta despedradora:h’=0.65 m Talud de salida de la poza de disipación: z=3. Numero de compuertas despedradoras: 2. 1.20x0.80 m. Numero de compuertas desgravadoras: 2. 1.00x0.80 m. Pilares de separación de compuertas: 0.60 m. Vertedero lateral coeficiente de descarga: 2.10 Longitud de transición 3.00 m. Cota de inicio del canal: 2855.800 m.s.n.m Cota de fondo del río: 2856.380 m.s.n.m • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Uncp, 10 de Octubre del 2008. Ing. Abel Muñiz P. Profesor del Curso.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL SEMESTRE ACADEMICO 2008-II PRIMER EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES (Duración 02 Hrs)
1. Ocúpese de los principales usos del agua (01 puntos). Los principales usos del agua son: Abastecimiento de agua y alcantarillado: incluye el agua de consumo humano. Se a) estima que el consumo promedio mundial alcanza en el medio rural a 50 m3/año por habitante y en las ciudades es de 90 m3/año por habitante. Su uso es degradante y consuntivo. Irrigación y todo tipo de riego : incluye todas las técnicas asociadas con la agricultura. Su b) uso es consuntivo estimándose que su consumo alcanza los 225 m3/año/hab. Hidroelectricidad : no incluye el agua utilizada en plantas térmicas de generación eléctrica, c) su uso no es degradante, ni consuntivo. Navegación Fluvial : comprende los volúmenes de agua para alimentar los canales de d) navegación, como la regulación de los nos considerando un gasto y tirante adecuados para la navegación, Incluye también las pérdidas por evaporación. Se estima que su uso alcanza los 30 m3/año por habitante. Industrial : incluye los usos mineros, la usada en refrigeración de las plantas térmicas y e) nucleares de generación eléctrica, el agua para enfriamiento, transporte de productos, lavado y soluciones. Su uso puede ser consuntivo y degradante, se estima que su consumo llega a 250 m3/año/hab. Control de contaminación ambiental : es el destinado a conservar el medio ambiente y f) disminuir los peligros de la contaminación.
2. Ocúpese sobre capacidad de campo y punto de marchitez (01 puntos). CAPACIDAD DE CAMPO: Es el máximo contenido de agua en un suelo bajo condiciones de drenaje libre. La Capacidad de Campo es la máxima cantidad de agua que un suelo puede retener. PUNTO DE MARCHITEZ: Es la cantidad de agua contenida en el suelo que las plantas ya no pueden tomar mediante las raíces, originando la machitez. 3. Escriba la ecuación de Darcy, describa los términos e indique el estado de suelo para la que es valida. (01 punto): V=kxi V = Velocidad del flujo. K = Constante de proporcionalidad o coeficiente de conductividad hidráulica. i = Gradiente hidráulico. La ecuación de Darcy es valido en un suelo saturado. 4.
Describa las formas de movimiento del agua en las plantas (01 punto).
El movimiento del agua en la planta se efectúa de dos formas: difusión y convección . El flujo por difusión es debido a la respuesta a diferentes gradientes en el potencial del agua, que consta de los conocidos componentes de presión, gravitatorio y osmótico. El flujo por convección es debido a que el agua es un componente de la solución acuosa. Ésta se mueve debido a fuerzas mecánicas, producidas por variaciones en los gradientes, principalmente de presión. 5.
Indique las variables de las cuales depende la cantidad de agua absorbida por las plantas (01 puntos). El camino recorrido por el agua en el suelo hasta alcanzar los pelos absorbentes. Las raíces deben ser numerosas y extenderse en todas direcciones. Humedad del suelo. Cuanto mayor sea esta aumentara el potencial del agua en dicho suelo. Cantidad de sales contenidas en el agua. Su aumento va modificar su potencial osmótica, que repercute en una mayor retención del agua, dificultando la absorción por las raíces.
•
• •
6.
Enumere los aspectos que se deben considerar para determinar las necesidades hídricas para riego (01 puntos). •
Obtención de los coeficientes de cultivo.
• • •
Evaluación exacta de los métodos para estimar la evapotranspiración de referencia. Valoración exacta de la precipitación efectiva. Determinación exacta de puntos críticos en el desarrollo de los cultivos. Conocimiento de los valores máximos del descenso tolerable de humedad en el suelo. Estos dos puntos tienen una amplia correlación como ya se ha visto. •
7.
Indique los factores a considerar para la elección del tipo de riego (01 puntos). • • • • • •
Topografía del terreno. Características hidrofísicas del mismo. Cantidad y calidad del agua. Disponibilidad, precio y calificación de la mano de obra. Función de producción y rendimiento económico del cultivo Inversión y costes de funcionamiento del riego elegido.
8. Describa los métodos de distribución de agua (01 puntos). La distribución continua suministra a cada parcela durante todo el período de riego, el caudal previsto. Tiene una ventaja de que las conducciones funcionan continuamente, lo que es imprescindible en canales y acequias a cielo abierto. Su sección será mínima, y en consecuencia, también su coste. Suele presentar problemas cuando no suministra caudales, en cabeza de parcela, que corresponde al módulo de riego, que en estos casos, suelen ser inferiores y no se pueden manejar en parcelas. La solución más empleada obliga a construir depósitos acumuladores para almacenar el agua y poder regar con los módulos operativos, con el fin de lograr una adecuada eficiencia de aplicación. La distribución por turnos entrega a cada parcela el módulo de riego previsto en día y hora prefijado, durante el tiempo necesario para recibir las dosis, con la obligación de regar en dicho momento. Es la distribución tradicional, no deja ninguna libertad al regante, que si por cualquier causa no puede regar pierde el turno y no puede recuperarlo. Se fija la cantidad de agua que cada parcela se va a recibir durante todo el ciclo de riego. La distribución a la demanda , por el contrario, permite regar cuando y durante el tiempo que el agricultor desee. Si el suministro es por cauces abiertos, los regantes tienen que hacer sus peticiones por adelantado y el caudal de los canales debe ser regulado, normalmente por compuertas, para poder atenderlas. Por lo general no es muy utilizado en riegos por gravedad, pero si en riegos a presión. 9.
Indique los estudios a realizar para la ubicación de bocatomas (01 puntos)
a) Topografía: En el eje de la presa derivadora se levantan planos. en escalas de 1:1000 a 1:2000 con equidistancia de curvas de nivel de 0.5 a 1 m. en un tramo de 500 a 1000 metros hacia aguas arriba y de 500 metros hacia aguas abajo; con Un que sobrepase los niveles de la traza de máximas avenidas. En el área de las estructuras de toma se efectúan planos a escala de 1:500 con una equidistancia de curvas, que pueden variar desde 0.20 m. a 0.50 m. Igualmente se ejecuta un perfil longitudinal a escalas similares a la del plano general con escalas verticales entre 1:100 ó 1:200, y horizontales entre 1:1000 y 1:2000 en una longitud de 1000 m. hacia aguas arriba y 500 m. hacia aguas abajo. Las secciones transversales se realizan a escalas 1:100 o 1:200 cada 50 metros, en el tramo de ubicación de la toma. b) Estudios de Transporte de Sólidos: Los sólidos son perjudiciales en las estructuras de un proyecto hidráulico dado, que producen erosión en los revestimientos de los canales o en otros casos reducción d- la sección útil. Para evitar estos perjuicios es necesario efectuar estudios de transporte de sólidos aguas arriba de la toma, y ubicar los graneros que los originan con la finalidad de estabilizarlos si fuera posible. El estudio de los sólidos debe efectuarse tanto de los sólidos en rodamiento como en los de suspensión. Igualmente se deben realizar análisis mineralógicos y químicos de las partículas para conocer sus propiedades abrasivas. c) Estudios hidrológicos: Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, para lo cual es necesario evaluar la estadística hidrológica siguiente: - Caudales de avenidas máximas que permitan fijar los niveles máximos de los muros de encauzamiento, de los barrajes y de los mecanismos de izaje de las compuertas. - Caudales mínimos que permitan fijar los niveles de los umbrales de la toma. - Caudales medios con objeto de conocer las masas de agua posibles de ser derivadas. d) Estudios Geológicos y Geotécnicos: Los estudios geológicos pueden comprender áreas extensas hacia aguas arriba, ubicando áreas Inestables y fallas para asegurar la estabilidad de la toma y su buen funcionamiento.
Para determinar la estabilidad de las diferentes estructuras de la Toma se deben efectuar estudios geológicos ejecutando perforaciones diamantinas e investigaciones de Mecánica de Suelos para lo cual conviene verificar los siguientes: - La curva de gradación del material conformaste del lacho del río. - El coeficiente de permeabilidad del suelo de la cimentación. - La capacidad portante de los suelos en el área de cimentaciones de las principales estructuras, - Los resultados de ensayos de hincado de pilotes y tablestacas. - Los coeficientes de diseño sísmico y - Los coeficientes de fricción estática del material de cimentación. e) Otros estudios: En algunos casos será necesario efectuar los siguientes estudios: - Estudios legales de la propiedad de los predios por expropiar en el área. - Estudios de restos arqueológicos que pudieran existir en la zona de las obras, coordinando las exploraciones con el instituto Nacional de Cultura. - Estudios de Canteras de materiales que permitan construir las estructuras de concreto y otras. 10. Describa en forma resumida los tipos de bocatomas (01 punto) a. Toma directa: Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación. b. Toma Mixta o Convencional: Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto, y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río. c. Toma Móvil. Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado. A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud. d. Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, ye que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que la construcción de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.
11. Para determinar la frecuencia de riego en cultivos de alcachofa en la Estación Experimental Andenes (Cusco) se realizo diferentes muestreos de humedad de suelo, según se muestra en cuadro:
ESTRATO
I
II
DESCRIPCION Peso muestra nat+capsula Peso capsula Peso muestra seca+ capsula Peso de agua Peso muestra seca Contenido de humedad Peso muestra nat+capsula Peso capsula Peso muestra seca+ capsula Peso de agua Peso muestra seca Contenido de humedad
P-1 45.28 8.30 33.96 11.32 25.66 44.12 44.20 8.20 39.78 4.42 31.58 14.00
P-2 48.10 8.50 36.08 12.03 27.58 43.61 45.40 8.30 40.86 4.54 32.56 13.94
P3 47.90 8.70 35.93 11.98 27.23 43.99 45.10 8.50 40.59 4.51 32.09 14.05
Se pide determinar el promedio del porcentaje del agua útil y/o aprovechable por las plantas. (03 puntos). 12. En la Estación Experimental ILLPA (Puno) se tiene planeado sembrar 100 ha de papa. La fecha de siembra es el mes de Agosto y el periodo vegetativo del cultivo es de cinco meses.
Se pide calcular la demanda de agua mensual requerida para este cultivo, demanda total de agua por hectárea, costos mensuales y totales por agua para un valor de S/ 0.30 por M3. Considerar una eficiencia de riego (Er ) para el proyecto de 50%. (03 puntos)
DESCRIPCION
Ago.
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
ETo (mm/mes)
109.26
127.35
131.04
125.10
112.68
Pe (mm/mes)
16.20
35.10
36.00
51.93
65.90
La ETc (mm/mes) se calcula con la relación: La demanda de agua (mm/mes): La demanda total del proyecto (m 3 /ha): DESCRIPCION
Agos to
ETc = ETo x Kc Da = ETc – Pe Nt = Da/Er x 10
Se tie mbr e
Octubr e
Novie mbr e
Dicie mbr e
ETo (mm/mes)
109.26
127.35
131.04
125.10
112.68
Pe (mm/mes)
16.20
35.10
36.00
51.93
65.90
Kc ETc (mm/mes)
0.60
0.75
1.20
1.10
0.90
65.56
95.51
157.25
137.61
101.41
Da (mm/mes)
49.36
60.41
121.25
85.68
35.51
Nt (m3/ha)
987.12
1208.25
2424.96
1713.60
710.24
No Has
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
29613.6
36247.5
72748.8
51408
21307.2
Costo M3 agua Costo Mensual por agua
13. Se requiere dimensionar una bocatoma que derivara las aguas del río Tarma, cuyo fondo presenta material grueso y sus orillas material ligeramente cohesivo, ubicado en una zona de montaña, cause con cantos rodados y guijarros con corrientes rápidas (Fb= 1.20; Fs= 0.20 y a=0.75). Según los estudios hidrológicos y topográficos se tiene la siguiente información: (04 puntos). Caudal máximo de diseño: 380.00 m3/seg. Pendiente del cause del río: 0.015 Coeficiente de n de Manning: 0.05 Caudal medio del río: 22.35 m3/seg. Caudal mínimo del río: 2.47 m3/seg. Caudal a derivarse: 1.5 m3/seg. Pendiente del canal de derivación: 0.002 Coeficiente Manning del canal: 0.015 Ancho del canal de derivación al inicio: 1.2 m. Numero de compuertas de regulación: 2. Ancho de pilar de separación entre compuertas de regulación: 0.50 m Numero de ventanas de captación: 2 • • • • • • • • • • • •
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Altura del cause del río a la cresta de la ventana de captación: h’’= 0.80 m. Coeficiente de descarga de vertedero tipo Greager C1= 2.10. Coeficiente de descarga de vertedero bajo compuerta: C2= 0.60. Las ventanas de captación llevan rejillas. Profundidad en el sector de de la compuerta despedradora:h’=0.65 m Talud de salida de la poza de disipación: z=3. Numero de compuertas despedradoras: 2. 1.20x0.80 m. Numero de compuertas desgravadoras: 2. 1.00x0.80 m. Pilares de separación de compuertas: 0.60 m. Vertedero lateral coeficiente de descarga: 2.10 Longitud de transición 3.00 m. Cota de inicio del canal: 2855.800 m.s.n.m Cota de fondo del río: 2856.380 m.s.n.m Uncp, 10 de Octubre del 2008. Ing. Abel Muñiz P. Profesor del Curso.
