UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO AGRÍCOLA
“OPTIMIZACIÓN DEL AGUA DE RIEGO MEDIANTE EL MEJORAMIENTO DEL CANAL LA MANZANA Y SUS
ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS EN EL CASERIO SIMÓN BOLIVAR, DISTRITO DE USQUIL, PROVINCIA DE OTUZCO-LA LIBERTAD”
AUTOR: Br. GUEVARA ORBEGOSO SEGUNDO ALBERTO ASESOR: MSc. VILLANUEVA SANCHEZ JORGE ARTURO
TRUJILLO – PERU
BIBLIOTECA 2017
DE AGROPECUARIAS
PRESENTACIÓN
Señores miembros del Jurado Dictaminador:
Dando cumplimiento a las disposiciones del Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Trujillo, sometemos a vuestra consideración y elevado criterio, la tesis titulada:
“Optimización del agua de riego mediante el mejoramiento del canal la manzana y sus estructuras hidráulicas en el Caserío Simón Bolívar, distrito de Usquil, provincia de Otuzco-La Libertad”
Espero que este trabajo constituya una herramienta útil para toma de decisiones en proyectos del ámbito agrícola y sirva de aporte cultural y científico para la sociedad.
Trujillo, octubre de 2017.
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JURADO DICTAMINOR
MSc. VILLANUEVA SANCHEZ JORGE ARTURO ASESOR
ING. GONZALES CORREA CRISTOBAL SECRETARIO
Dr. RAMIREZ TORRES LUIS ANTONIO VOCAL
ING. PAZ VERGARA PÉREZ JUAN EMILIO PRESIDENTE
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DEDICATORIA A Dios por darme la vida.
A mis Padres: Romulo y Rosa quienes me apoyaron y confiaron en mí en todo momento, fueron mi fortaleza para seguir adelante, ellos que constituyen parte importante en la consecución de mis objetivos y mis metas.
A mis hermanos Jhofre, Loaner y Luz, por su desinteresado apoyo en todo momento.
A mi asesor Jorge Villanueva, el que aporto mucho de sus conocimientos para el desarrollo de este trabajo y por su desinteresado apoyo permanente.
A todos mis estimados profesores, y a mis grandes amigos de la escuela de Ingeniería Agrícola, que formaron parte de mi vida universitaria y contribuyeron al desarrollo de mis
conocimientos. SEGUNDO ALBERTO GUEVARA ORBEGOSO.
ASESOR
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AGRADECIMIENTO
Quiero dejar expresado mi sincero agradecimiento a mi Asesor, MSc. Jorge Arturo Villanueva Sánchez, por el desinteresado apoyo, dedicación permanente y tiempo, tanto en
el transcurso de la carrera, como en la elaboración del presente trabajo de Investigación.
Mi agradecimiento y reconocimiento a los docentes de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agrícola, por haberme transmitido sus conocimientos, sus logros y sus ganas de
ser mejores cada día, tanto en lo personal como profesional.
EL AUTOR
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RESUMEN
“OPTIMIZACIÓN DEL AGUA DE RIEGO MEDIANTE EL MEJORAMIENTO DEL CANAL LA MANZANA Y SUS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS EN EL CASERIO SIMÓN BOLIVAR, DISTRITO DE USQUIL, PROVINCIA DE OTUZCO-LA LIBERTAD”
Autor: Br. Segundo Alberto Guevara Orbegoso E-mail: [email protected] Asesor: MSc. Jorge Arturo Villanueva Sánchez E-mail: [email protected]
El Proyectooptimización del agua de riego mediante el mejoramiento del canal la manzana y sus estructuras hidráulicas, se encuentra ubicado en el Distrito de Usquil, a una altura de 3434 m.s.n.m., entre las coordenadas Latitud 07º50´15” S, Longitud 78º 31´ 54” O; Provincia de Otuzco, departamento de La Libertad.
El Proyecto consiste en mejorar el sistema de Riego en los pobladores del caserío de Simón Bolívar; que actualmente tiene el problema de pérdida de agua por filtración en la conducción , distribución y desborde de agua, para ello el presente Proyecto contempla: la construcción de 01 captación, el mejoramiento en una longitud de 550 metros lineales de canal existente sin revestir y 1250 metros lineales revestidos que necesitan ser demolidos por las malas
condiciones que se encuentra y revestirlos con concreto simple; además se contempla la
construcción de 50 tomas laterales, para brindar un mejor servicio en la repartición del agua. El caudal de diseño para el presente proyecto es 50.00 lt/seg., está proyectado para mejorar 30.5 Has. De terrenos que actualmente está bajo un riego parcelario deficiente. Con ello se atenderá las necesidades de 56 familias campesinas. Cabe mencionar que según el levantamiento realizado hasta la progresiva de 1+800 Km de acuerdo a lo acordado y recomendación de los comuneros (DER) se va mejorar con el presente proyecto los 1800 metros lineales con
revestimiento de concreto simple. El Presupuesto de inversión por parte de AGRORURAL es de S/. 344,029.94.
Palabras Claves: Agua, mejoramiento, optimización.
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ABSTRACT
“OPTIMIZATION OF IRRIGATION WATER THROUGH THE IMPROVEMENT OF THE LA MANZANA CHANNEL AND ITS HYDRAULIC STRUCTURES IN CASERIO SIMÓN BOLIVAR, USQUIL DISTRICT, OTUZCO-LA LIBERTAD PROVINCE”
Autor: Br. Segundo Alberto Guevara Orbegoso E-mail: [email protected] Asesor: MSc. Jorge Arturo Villanueva Sánchez E-mail: [email protected]
The irrigation water optimization project by means of the improvement of the channel of the apple and its hydraulic structures, is located in the District of Usquil, at a height of 3434 msnm, between the coordinates Latitude 07º50'15 "S, Length 78º 31'54 "O; Province of Otuzco, department of La Libertad.
The project consists in improving the Irrigation system in the settlers of the village of Simón Bolívar; which currently has the problem of loss of water by filtration in the conduction, distribution and overflow of water, for this the project contemplates: the construction of 01 capture, the improvement in a length of 550 linear meters of existing uncoated channel and 1250 linear coated meters that need to be demolished by the poor conditions found and coated with simple concrete; in addition it is contemplated the construction of 50 lateral takes, to provide a better service in the distribution of the water. The design flow for the present project is 50.00 lt / sec., Is projected to improve 30.5 Has. Of land that is currently under a poor plots irrigation. This will meet the needs of 56 peasant families. It is worth mentioning that according to the survey carried out until the progressive of 1 + 800 km according to the agreement and recommendation of the comuneros (DER) will improve with the present project the linear meters with single-lined concrete. The budget of investment by AGRORURAL is S /. 344.029.94.
Key Words: Water, improvement, optimization.
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INDICE
PRESENTACIÓN ... i
JURADO DICTAMINOR ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTO ... iv
RESUMEN ... v
ABSTRACT………vi
CAPITULO I.- INTRODUCCIÓN ... 1
1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA ... 1
1.2 PROBLEMA ... 1
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ... 1
1.4 HIPÓTESIS ... 2
1.5 OBJETIVOS ... 3
CAPITULO II.- MATERIALES Y MÉTODOS ... 3
2.1 TRABAJOS DE CAMPO ... 3
2.1.1 Ubicación y Extensión de la Zona de Estudio ... 3
2.1.2 Ubicación Geográfica: ... 3
2.1.3 Ubicación Política ... 4
2.1.4 Vías de Acceso ... 5
2.1.5 Población ... 5
2.1.6 Levantamiento Topográfico ... 6
2.1.7 Suelo ... 6
2.1.8 Toma de Muestra de Suelo ... 7
2.2 ESTUDIO EDAFOLÓGICO ... 7
2.2.1.-Clasificación del suelo ... 7
2.2.2.- Efecto del Sismo ... 8
2.2.3.- Factor de uso ... 8
2.2.4.- Factor de Suelo ... 8
2.3 ESTUDIOS DE CALIDAD DE AGUA ... 8
2.4 DETERMINACIÓN DEL MODULO DE RIEGO (CAUDAL DE DISEÑO) ... 8
2.4.1. Clima ... 9
2.4.2 Vegetación (Especies vegetales) ... 9
2.4.2.1 Cédula de cultivo: ... 9
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2.4.3 Coeficiente de Cultivo Ponderado ... 9
2.4.4 Fuentes de agua de riego. ... 10
2.4.5 Evapotranspiración Potencial del Cultivo (Eto). ... 10
2.4.6 Evapotranspiración real del cultivo o uso consuntivo (UC) ... 10
2.4.7 Lámina Neta de agua (LN) ... 10
2.4.8 Eficiencia de riego (Ef. Riego) ... 11
2.4.9 Lámina Bruta de Agua (LB) ... 11
2.4.10 Requerimiento Volumétrico bruto de Agua (Req. Vol. Bruto) ... 11
2.4.11 Número de horas de riego (Nº horas riego) ... 11
2.4.12 Módulo de riego (MR) ... 11
2.4.13 Caudal demandado (Qdem) ... 12
2.5 DISEÑO DE OBRAS DE ARTE ... 12
2.5.2.1 Diseño de altura de muros ... 13
2.5.2.2 Diseño hidráulico del Azud ... 13
2.6 Diseño del Desarenador ... 15
2.5.2.1 Cálculo de velocidad de flujo ... 16
2.5.2.2 Ancho de cámara (asumido) ... 16
2.5.2.3 Altura de la cámara de sedimentación ... 16
2.5.2.4 Cálculo de la velocidad de sedimentación ... 16
2.5.2.5 Tiempo de retención ... 17
2.5.2.6 Longitud de la cámara ... 18
2.5.2.7 Transición de entrada ... 18
2.6 CÁLCULO HIDRÁULICO EN EL DISEÑO DE LA SECCIÓN DE CANALES ... 18
2.6.1. Cálculo de las relaciones geométricas para una sección ... 19
2.6.1.1. Sección rectangular ... 19
2.6 Uso de Software ... 22
2.6.2.1 Software HCanales ... 22
2.6.2.2 Software AutoCAD ... 22
2.6.2.3 Software AutoCAD Civil 3D ... 22
2.6.2.4 Software S10 ... 22
2.6.2.5 Software Cropwat V. 8.0 ... 22
CAPITULO III.- RESULTADOS ... 23
3.1 ESTUDIO TOPOGRÁFICO ... 23
3.2 ESTUDIO EDAFOLÓGICO ... 24
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3.3 DEL MÓDULO DE RIEGO (CAUDAL DE DISEÑO) ... 25
3.4 PLANTEAMIENTO HIDRÁULICO ... 28
3.4.1. Consideraciones y criterios de diseño ... 28
3.5 DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS OBRAS ... 28
3.5.1 Bocatoma (01 und.) ... 28
3.5.2 Desarenador (01 und.) ... 29
3.5.3 Canal revestido con Concreto... 29
3.5.4 Cámara disipadora de energía (02 und.) ... 30
3.5.5 Toma lateral (50 und.) ... 30
3.6 DISEÑO DE PRESUESTO DEL PROYECTO ... 31
CAPITULO IV.- IMPACTO AMBIENTAL ... 32
CAPITULO V.- DISCUSIÓN ... 34
CAPITULO VI.- CONCLUSIONES ... 40
CAPITULO VII.- BIBLIOGRAFIA ... 41
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CAPITULO I:-
INTRODUCCIÓN
1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA
Cada día es mayor el número de productores que toman conciencia sobre la relevancia que tiene en sus cultivos el uso racional del agua de riego. Han comprobado que la forma de regar puede generarles mejores cosechas y mayores ingresos, sabiendo que el agua es un recurso cada vez más escaso, del cual hay que hacer el mejor uso posible. En este sentido, existen varios sistemas de riego recomendables para cada segmento productivo, según las posibilidades. (ABC Rural, 2014).
De toda el agua que existe en el mundo, tan solo el 3% es agua dulce y de esta, la agricultura consume cerca del 70%, lo cual sumado a la influencia del cambio climático, que, en ciertas áreas, modifica el régimen de lluvias, ya sea aumentándolo o disminuyéndolo, y a la gran presión que ejerce nuestra creciente población mundial, hace que sea imperativo buscar métodos para el manejo eficiente del agua en el suelo, además que el uso del riego en la agricultura también fue desarrollada con la finalidad de mitigar los efectos de la erosión, la salinización del suelo, aminorar las inundaciones, retener humedad, y permitir captaciones, traslados y almacenamientos (Sánchez, 2013).
El Perú es un lugar privilegiado en cuanto a disponibilidad de agua, pero la distribución del recurso es totalmente asimétrica. Este acontecimiento es evidente en la Costa Peruana, ámbito geográfico de intenso dinamismo en la producción agrícola de exportación y de crecimiento demográfico acelerado, donde el recurso agua es muy escaso; comparado con la abundancia existente en la Selva y en la Sierra Peruana. (Salcedo, 1995).
1.2 PROBLEMA
¿Cómo se logrará optimización del agua de riego mediante el mejoramiento del canal la manzana y sus estructuras hidráulicas en el caserío Simón Bolívar, distrito de Usquil, provincia de Otuzco-La Libertad?
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La situación actual sobre la brecha de infraestructura de riego en el Perú nos dice que el 36%
de la superficie agrícola cuenta con riego; mientras el 64% restante está en secano (lluvias).
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En la costa, el 87% cuenta con riego; mientras que en sierra solamente el 30% (Ministerio de Agricultura y Riego [MINAGRI], 2013).
En el Distrito de Usquil lugar, donde se ubica el caserío Simón Bolívar, la escasa infraestructura de riego (canales, bocatomas), la débil organización de los comités de regantes y el mal manejo del agua permiten la subutilización del recurso agua. La presencia de algunas pequeñas lagunas y quebradas permiten aprovechar el recurso en forma permanente, sobre todo si se utiliza adecuadamente y en condiciones de salubridad.
La falta una cultura de gestión del uso del agua por parte de los productores hace que éstos la desaprovechan.
Las áreas de cultivo que se encuentran bajo la influencia del sistema de riego perteneciente a 56 familias de condición humilde, cuya economía se sustenta principalmente en la actividad agrícola. Actividad que se ve limitada por la escasa oferta del recurso agua. La deficiente Infraestructura de riego adecuada para la conducción y distribución del agua de riego hacía sus campos de cultivo. Obligándolo a vivir de una economía de subsistencia. Y en algunos casos obliga a los beneficiarios a emigrar hacia otros centros poblados de las provincias cercanas en busca de trabajo, para así sustentar necesidades familiares.
La optimización del agua para riego en el caserío Simón Bolívar mejorará considerable y eficientemente el uso del agua promoviendo su adecuada operación y mantenimiento mitigando su vulnerabilidad a eventos extraordinarios.
Como consecuencia del mejoramiento del sistema de riego habrá un aumento en la productividad mejorando la rentabilidad, comercialización y por ende la calidad de vida.
1.4 HIPÓTESIS
Mediante el mejoramiento del sistema de riego la demanda de agua es para 133 Has pero en la presente investigación se abastecerán las 30.5 Has de terrenos que actualmente está bajo un riego parcelario deficiente. utilizando el agua durante todo el año debido a la reestructuración de diversas estructuras hidráulicas y así lograr el uso eficiente del recurso hídrico en el canal la manzana, caserío Simón Bolívar, Distrito de Usquil, Provincia Otuzco – La Libertad
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1.5 OBJETIVOS
Objetivo General
Optimización del agua de riego mediante el mejoramiento del canal la manzana y sus estructuras hidráulicas en el Caserío Simón Bolívar, distrito de Usquil, provincia de Otuzco-La Libertad
Objetivos Específicos
Diseño hidráulico y estructural de la bocatoma
Diseño hidráulico y estructural del canal en 1800 metros lineales.
Diseño hidráulico y estructural de obras de arte.
Metrado, costos y presupuesto del proyecto.
Evaluación del Impacto ambiental.
CAPITULO II:-
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 TRABAJOS DE CAMPO
2.1.1 Ubicación y Extensión de la Zona de Estudio
El trabajo se desarrolló en el distrito Usquil está situado al Este del departamento de La Libertad, a una distancia de 111.9 km. aproximadamente de la ciudad de Trujillo.
Actualmente abarca una superficie de 445,82 km² y los pobladores están dedicados a la agricultura.
El caserío Simón Bolívar se ubica entre las coordenadas UTM (WGS 84) por:
UTM E 779528 y N 9129216, con una altitud área de 3,434 m.s.n.m.
2.1.2 Ubicación Geográfica:
Coordenadas geográficas:
Latitud : S 07° 50´15”
Longitud :O 78° 31´ 54”
Altitud : 3434 msnm.
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2.1.3 Ubicación Política
Departamento : La Libertad
Provincia : Otuzco
Distrito : Usquil
Caserío : Simón Bolívar
Ilustración 1: Ubicación de la Provincia de Otuzco
Ilustración 2: Ubicación del Distrito de Usquil
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Ilustración 3: Ubicación del Caserío Simón Bolívar (zona de estudio)
2.1.4 Vías de Acceso
El acceso para llegar al lugar del proyecto, se parte de la ciudad de Trujillo en un servicio Interprovincial llegando a Otuzco utilizando un tiempo de 1.5 a 2 horas el tramo es asfaltado y carretera afirmada de tierra, de Otuzco al caserío de Pachin Bajo.
2.1.5 Población
Simón Bolívar cuenta con 56 familias entre agricultores regantes, provenientes del caserío Simón Bolívar, del distrito de Usquil, haciendo un total de 336 habitantes según el DER (2008) de la cual se benefician directamente con el presente proyecto
Tabla 1: Población afectada (Beneficiarios directos) TRAMO
TIPO DE VIA
DIST.
(KM)
TIEMPO (Hr.)
TRANSPORTE FRECUENCIA
Trujillo – Otuzco Asfaltada 75 1.5 a 2.0 Ómnibus-Auto Diario Otuzco – Monchacap trocha 30 1.0-1.5 Auto-Combis Temporalmente Monchacap-Simón Bolívar trocha 0.5 10-15 Mint. A pie
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DEMANDA ACTUAL (Beneficiarios directos)
SECTOR
N° FAMILIAS (Promedio)
Unidades Catastrales
DENSIDAD (hab/lote)
POBLACION (Hab) Caserío Simón
Bolívar (*) 56 6 336
TOTAL ESTIMADO 336
Fuente: Información de campo (*) Tabla 2: Población total del distrito de Usquil y sexo
FUENTE: CENSO NACIONAL DE POBLACION Y VIVIENDA 2007 N° 36 Y 37-INEI
2.1.6 Levantamiento Topográfico
Se realizó un levantamiento topográfico planimétrico y altimétrico para determinar la ubicación de obras de arte y obtener las pendientes de trabajo.
Para lo cual se ha tomado información primaria, es decir, se ha realizado el levantamiento topográfico de todo el área a irrigar, considerando detalles mínimos, como son los caminos, cercos, área total del área de cultivo, bosques, captación y obras de arte proyectadas. Todo ello está geo referenciado con coordenadas UTM.
Las curvas de nivel fueron trabajadas en el programa AutoCAD Civil 3D El plano topográfico corresponde a la zona de irrigación, con el diseño hidráulico donde se irrigarán 30.5 Ha. aproximadamente.
2.1.7 Suelo
La naturaleza geológica de los suelos pertenece al grupo zonal (residual) y azonal.
En el primer caso se puede apreciar que la roca ha sido meteorizada in situ donde el perfil edáfico muestra sus horizontes completamente ordenados.
POBLACION TOTAL
TOTAL HOMBRES MUJERES
22,268 13,193 13,075
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En el segundo caso, los suelos han sido transportados acorta distancias por efecto de la gravedad y del agua (coluvial – aluvial), donde se puede apreciar que el perfil edáfico presenta poco desarrollo genético.
En términos generales los suelos están compuestos de una capa superior orgánica con presencia de raíces de plantas, biomasa de organismos abundante por lo que se puede categorizar como un suelo fértil; en la capa inferior son de tipo franco arcilloso, plásticos, de estructura en bloques subangulares y angulares, de colores variados pero con la predominancia de los colores marrón grisáceo y amarillo rojizo.
La profundidad efectiva agrícola de estos suelos es considerada como superficial, pedregosidad superficial moderada, pendiente de 5 - 12 % a 20 – 40 %, siendo la erosión de leve a moderada.
2.1.8 Toma de Muestra de Suelo
Del eje del canal, se hicieron calicatas cada 500 m, con las cuales se realizaron ensayos estándar y especiales, con la finalidad de conocer las propiedades, físicas, químicas, mecánicas, hidráulicas y dinámicas del suelo.
Como material de apoyo para la clasificación del suelo fue según SUCS. Las muestras se tomaron desde 0.20 m hasta 1.20m de profundidad.
2.2 ESTUDIO EDAFOLÓGICO
Después de realizar el reconocimiento de la superficie del terreno en cuestión, se ejecutó los siguientes trabajos, a fin de contar con los elementos de juicio necesarios, para conocer los principales parámetros representativos de los suelos que subyacen en el terreno, donde apoyarán las estructuras del canal.
Se realizaron ensayos estándar y especiales, con la finalidad de conocer las propiedades físicas, químicas, mecánicas, hidráulicas y dinámicas del suelo sustentante.
2.2.1.-Clasificación del suelo
Se realizó la clasificación del suelo con el SUCS.
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2.2.2.- Efecto del Sismo
El factor de zona depende de la zona sísmica donde se encuentra ubicada la estructura.
2.2.3.- Factor de uso
El factor de uso depende de la categoría de la estructura (edificación).
2.2.4.- Factor de Suelo
El factor de suelo depende de las características de los suelos que conforman el perfil estratigráfico.
2.3 ESTUDIOS DE CALIDAD DE AGUA La Fuente de agua es el Rio Monchacap.
Se tomó muestras de agua para determinar características físicas y químicas.
La Calidad de agua de riego estará dada por los Estándares de Calidad Ambiental para AguaECA (Ver Anexo 1 Calidad del agua de riego).
2.4 DETERMINACIÓN DEL MODULO DE RIEGO (CAUDAL DE DISEÑO)
Para determinar la demanda de agua se estableció una cedula de cultivo, que corresponde al incremento de la productividad de tierras cultivables así como de productos agrícolas en el área de influencia del proyecto. Esta información ha sido obtenida de los propios agricultores del lugar.
Se calculó la demanda hídrica para lo cual se utilizó el Método de Hargreaves, que hace uso de las siguientes relaciones:
Radiación Extraterrestre, equivalente de evaporación mensual:
Porcentaje de Horas de Sol : S = 100 * ( n / N )
Radiación Extraterrestre, equivalente de evaporación diaria: RDM → (Ver Anexo 2)
Radiación Equivalente Mensual: RSM = 0.075* RMM * S0.5 RMM = RMD * Días del mes
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Horas de sol máxima media diaria, según latitud : N → (Ver Anexo 3)
Temperatura ºF : TF = 1.8 * ºC + 32
Factor de Corrección Altitud: CE= 1.0 + 0.04 (E/2000)
Evapotranspiración Potencial: ETo = 0.0075 * RSM * TF * CE
Para determinar la demanda de agua se hizo necesario de los siguientes datos:
2.4.1. Clima
El clima es variado, de acuerdo a la información registrada la temperatura promedio es de 12ºC, la temperatura máxima llega a 17ºC y la mínima a 5ºC, la evaporación promedio mensual es de 11.47 mm y la acumulada anual es de 137.64 mm estación meteorológica Otuzco que presenta registros de los siguientes parámetros:
Temperatura media mensual (ºC).
Humedad Relativa media mensual (%).
Precipitación media mensual
Horas diarias de sol promedio mensual.
Horas de sol máxima media diaria
2.4.2 Vegetación (Especies vegetales) 2.4.2.1 Cédula de cultivo:
La cédula de cultivo planteada para el proyecto se basa en la aptitud de los suelos y la capacidad de los agricultores en la conducción de los cultivos como: papa, trigo, cebada y chocho. Se plantea la siguiente cédula de cultivo y calendario de cultivo.
2.4.3 Coeficiente de Cultivo Ponderado
El promedio del Kc de los cultivos del área del proyecto, ha sido estimado mediante la siguiente expresión:
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Este coeficiente se calculó para cada periodo vegetativo (cada 30 días), e incluso, en forma mensual.
2.4.4 Fuentes de agua de riego.
Las fuentes de agua disponible para el presente proyecto son las aguas provenientes del RIO MONCACHAP.
2.4.5 Evapotranspiración Potencial del Cultivo (Eto).
La Evapotranspiración potencial de los cultivos se ha calculado, mediante el método de Cropwat, en función a Humedad Relativa y Temperatura para lo cual se utilizó datos meteorológicos provenientes de la Estación Meteorológica de la provincia de Huamachuco con similares condiciones geográficas y climáticas a la zona del proyecto.
Se utilizó la siguiente relación: ETo = TF * CH * MF * CE DÓNDE:
ETo = Evapotranspiración del cultivo de referencia en mm/día
Altitud (msnm) : E
Factor de Corrección por Altitud : CE= 1.0 + 0.04 (E/2000)
Temperatura Media Mensual : ºC
Temperatura Media Mensual ºF : T(ºF) = 1.8 * ºC + 32
Factor de Corrección Humedad : CH= 0.166 * ( 100 - HR ) 0.5 ; Sí, HR < 64% → CH = 1.0
Factor Mensual de Evapotranspiración: MF → (Ver Anexo 4)
2.4.6 Evapotranspiración real del cultivo o uso consuntivo (UC) La fórmula empleada para el cálculo del UC fue el siguiente:
2.4.7 Lámina Neta de agua (LN)
Se calculó mediante la siguiente expresión:
𝑈𝐶 = 𝐸𝑡𝑜 𝑥 𝐾𝑐 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜
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.
2.4.8 Eficiencia de riego (Ef. Riego)
Tabla 3: Eficiencia de Riego del Proyecto
2.4.9 Lámina Bruta de Agua (LB)
Se calculó mediante la siguiente relación:
2.4.10 Requerimiento Volumétrico bruto de Agua (Req. Vol. Bruto) Se hizo uso de la siguiente relación:
2.4.11 Número de horas de riego (Nº horas riego)
Es el tiempo de riego efectivo o en el que usa el sistema; y que para el presente proyecto será de 24 horas, como actualmente se viene manejando en la zona.
2.4.12 Módulo de riego (MR)
Su cálculo se realizó para cada mes del año mediante la siguiente relación:
EFICIENCIAS %
EF. CONDUCCIÓN 90.0
EF. DE DISTRIBUCIÓN 90.0
EF. DE APLICACIÓN 69.0
EF. RIEGO 62.0
𝐿𝑁 = (𝐸𝑡𝑜 𝑥 𝐾𝑐 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜) − 𝑃𝑟. 𝑒𝑐. 𝑒𝑓𝑒𝑐. 75%
𝐿𝑁 = (𝑈𝑐 − 𝑃𝑟. 𝑒𝑐. 𝑒𝑓𝑒𝑐. )
𝐸𝑓. 𝑅𝑖𝑒𝑔𝑜 = 𝐸𝑓𝐶 𝑥 𝐸𝑓𝐷 𝑥 𝐸𝑓𝐴
𝑅𝑒𝑟. 𝑣𝑜𝑙. 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑜 = 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑥 10 (𝑚3/𝐻𝑎) Lamina bruta de agua (LB) = 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝐿𝑁)
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑖𝑒𝑔𝑜
𝑀𝑅 = 𝑅𝑒𝑞. 𝑉𝑜𝑙. 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑜𝑥 ( 1000
3600 𝑥 𝑁º 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑠 𝑥 𝑁º ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜)
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2.4.13 Caudal demandado (Qdem)
Su cálculo se hizo a través de la siguiente expresión:
2.5 DISEÑO DE OBRAS DE ARTE
La bocatoma se proyecta de concreto, y se emplaza en el cauce del río Monchacap, mediante un barraje o azud, cuenta con estructuras de aducción, regulación y limpia. Todas estas estructuras se disponen dentro de muros de encauzamiento y protección de las márgenes donde se emplaza el río.
Para el dimensionamiento del barraje o azud, se considera el caudal de diseño, que corresponde al caudal máximo de avenida, se aplica la fórmula de vertedero de cresta ancha para verificar la longitud del barraje seleccionado, sobre el cual deberá pasar el caudal de avenida.
Cálculo del caudal de la fuente de Agua
DONDE:
Q = Caudal
n = Coeficiente de rugosidad s = Pendiente del fondo del canal
Q ∗ n / (s ^0.5) = A ∗ (R ^ 2/3) = [A ^ 5/3] / [P ^ 2/3]
𝑄𝑑𝑒𝑚 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥 𝑀𝑅
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b = Ancho de plantilla o solera Y = Tirante del agua
BL = Borde libre
h = Altura total del canal A = Área hidráulica = b*Y P = Perímetro mojado =b+2Y R = Radio hidráulico = A/P T = Espejo del agua =b
V = Velocidad media de la sección = R2/3*S1/2 / n F = Número de Froude = V / (gA/T) ^1/2
E = Energía específica = Y + V2/ (2g) s = “x”
n = “x” (Revestido de concreto) A = b * Yn
P = b + 2Yn
2.5.2.1 Diseño de altura de muros
2.5.2.2 Diseño hidráulico del Azud 𝐻𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑚𝑎𝑥(23)
(1.84 ∗ 𝐿)(23)
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Datos necesarios para el diseño de acuerdo a la gráfica:
Cota A
Cota B
Longitud = d (m)
h1 (m)
HT = y (m)
AM (m)
Am = (b)
Z = 0.00
Azud (m)
Factor K = 18
Gravedad = 9.81 m/s2
Factor K1 = 1
Tabla 4: Fórmulas usadas para el diseño hidráulico del azud
1,- PENDIENTE DEL RÍO
I = h *100/Long.
2,- AREA DEL RÍO
A = by+zy2
3,- PERIMETRO MOJADO
P = b + 2y (1+Z2) (1/2) 4,- RADIO HIDRÁULICO
R = A/P
5,- VELOCIDAD
V = K R2/3I1/2
MUROS ENCAUSAMIENTO
Compuerta AZUD
Cota A
Cota B d =
Niveles de Aguas Normales
Niveles de Aguas Extraordinarias
Am AM
h1HT Z=
Am AM
h1HT Z=
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6,- CAUDAL
Q = A * V
7,- CAUDAL Q2
Q2 = 1,5 *Q
8,- COEFICIENTE M
M= (0,407+ (0,045H/H+y1))*(1+0,285(H/H+y2)2)*((2*9,81)1/2)
BAZIN
M = (1,794+0, 0133/H) (1+0, 55(H/H+y1)2)
DONDE
T =b = b + 2zy
9,- HALLANDO H.
Q = M*b* H3/2 H = (Q/Mb)2/3
2.6 Diseño del Desarenador
El Desarenador se ubica en la progresiva 0+050.
El Desarenador se ha diseñado para decantar partículas superiores a 0.5 mm., la teoría de la desarenación se basa en la composición de velocidades. Una partícula sólida situada a una altura sobre el fondo, bajo la influencia de la fuerza de la gravedad cae con una velocidad que puede calcularse con la ecuación de Stokes. La partícula llegará al fondo después de un tiempo.
La sección de diseño, se ha adecuado al canal, respetando su eje.
DONDE:
D= Diámetro de la Partícula (mm)
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Q= Caudal de Diseño (L/s)
n= Rugosidad de Manning (Hº ºC)
i= Pendiente Entrada y Salida del canal (%o) 2.5.2.1 Cálculo de velocidad de flujo
DONDE:
Vd = Velocidad de escurrimiento cm/s D = Diámetro mm.
A = Constante en función al diámetro
Tabla 5: diámetro vs constante
2.5.2.2 Ancho de cámara (asumido)
Tomando en cuenta que: 0.8 ≤𝐻𝐵 ≤ 1 relación H/B
2.5.2.3 Altura de la cámara de sedimentación
2.5.2.4 Cálculo de la velocidad de sedimentación
FLUJO LAMINAR
Tabla 6: Velocidad de Sedimentación según Diámetro de la Partícula
Diámetro D (mm) a D < 0,1mm 51 0.1mm< D< 1mm 44
D > 1mm 36
𝑉𝑑 = 𝑎 √𝑑
𝐻 = 𝑄 𝑉 ∗ 𝐵
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Fuente: Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores de la Organización Panamericana de la Salud.
FLUJO TURBULENTO
DONDE:
Vs= velocidad de sedimentación (cm/s)
λs= peso específico de las partículas (g/cm3), prácticamente invariable 2,60-2,65
g= aceleración de la gravedad (m/s2) (9.81)
D= diámetro de las partículas (cm)
c= coeficiente de resistencia de los granos
2.5.2.5 Tiempo de retención
𝑉
𝑆= (√𝛾
𝑆− 1) ∗ 4 ∗ 𝑔 ∗ 𝐷 3 ∗ 𝑐
𝑇 = 𝐻
𝑉
𝑆BIBLIOTECA
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2.5.2.6 Longitud de la cámara
DONDE:
L= Longitud de cámara (m) k= Coeficiente de seguridad 2.5.2.7 Transición de entrada
DONDE:
LT: Longitud de la transición (m)
T2: Espejo de agua en la cámara de sedimentación (m) T1: Espejo de agua en el canal de entrada (m)
2.6 CÁLCULO HIDRÁULICO EN EL DISEÑO DE LA SECCIÓN DE CANALES Para el diseño del canal se han calculado las secciones hidráulicas teniendo en cuenta las leyes que rigen el flujo de canales por gravedad, tales como la ecuación de Manning y la ecuación de continuidad. Se ha estimado conveniente tener una sección rectangular.
La ecuación general utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es:
DONDE:
Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Área (m2)
𝑄 =1
𝑛𝐴𝑅2/3𝑆1/2
𝐿 = 𝑘 ∗ 𝑉
𝑑∗ 𝑡
𝑠BIBLIOTECA
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R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda / Perímetro húmedo Esta ecuación se encuentra sistematizada en el software Hcanales MAXSOFT.
2.6.1. Cálculo de las relaciones geométricas para una sección
La sección de diseño, se ha adecuado al canal, respetando su eje y priorizando una sección uniforme; para ello se ha considerado una sección rectangular, ajustando estos valores a una sección de tirante normal para considerar valores enteros; A este canal se ha calculado sus características geométricas e hidráulicas las que se indican en los planos respectivos.
Para el diseño del canal se han calculado las secciones hidráulicas teniendo en cuenta las leyes que rigen el flujo de canales por gravedad, tales como la ecuación de Manning y la ecuación de continuidad. Se ha estimado conveniente tener una sección rectangular
2.6.1.1. Sección rectangular
Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de canales rectangulares, los cuales tendrán en cuenta: el caudal a conducir, factores geométricos e hidráulicos de la sección, rugosidad, talud apropiado según el tipo de material, velocidad máxima y mínima permisible, borde libre, criterios de espesor de revestimiento, en otros factores que si se tiene en cuenta todos estos factores, se llegará a una solución técnica y económica más conveniente.
a) Rugosidad
Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, En canales proyectados con revestimiento, la rugosidad es función del material usado, que puede ser de concreto, geomanta, tubería PVC ó HDP ó metálica, o si van a trabajar a presión atmosférica o presurizados.
Tabla 7: Valores de rugosidad “n” de Manning
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Fuente: Autoridad Nacional del Agua
b) Talud apropiado según el tipo de material
La inclinación de las paredes laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud único de1, 5:1 para sus canales, a continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material.
Tabla 8: Taludes apropiados para distintos tipos de material
Fuente: Aguirre Pe, Julián, “Hidráulica de canales”, Dentro Interamericano de Desarrollo
de Aguas y Tierras –CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974
c) Velocidades máxima y mínima permisible
La velocidad mínima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentación, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra. El valor de 0.3 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en el canal.
Tabla 9: Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación
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Fuente: Krochin Sviatoslav. ”Diseño Hidráulico”, Ed. MIR, Moscú, 1978
d) Borde libre
Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.
Tabla 10: 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
> 1.00 30.0 60.0
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7
“Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978
Área hidráulica → A = b x d
Q = A x V
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Q = A x n-1 x R2/3 x S1/2
V = n-1 x R2/3 x S1/2
R = A/P
DONDE:
Q : Caudal (m3/s)
V : Velocidad (m/s)
A : Área mojada (m2)
R : Radio hidráulico (m)
n : Coeficiente de rugosidad
S : Pendiente del canal (m/m)
2.6 Uso de Software
2.6.2.1 Software HCanales
HCanales es un software que permitió obtener las características hidráulicas de los canales.
2.6.2.2 Software AutoCAD
Autodesk AutoCAD es un software de diseño asistido por computadora utilizado para dibujo 2D y modelado 3D, nos permitió dibujar las obras de arte y secciones de los canales.
2.6.2.3 Software AutoCAD Civil 3D
El AutoCAD Civil3D es una herramienta de diseño y cálculo muy útil en el desarrollo de diseño del canal, movimiento de tierras, cálculo topográfico.
2.6.2.4 Software S10
Permitió calcular el presupuesto del costo de ejecución del proyecto, donde se incluyen cantidades de mano de obra, material y equipo que se necesitaría para dicha obra.
El programa, interactivo y visual en su totalidad, permite calcular además otros parámetros como fórmula polinómica, gastos generales (gastos de oficina), tiempos de duración de las actividades, etc.
2.6.2.5 Software Cropwat V. 8.0
Permitió determinar la Evapotranspiración Potencial de los cultivos para lo cual se utilizó datos meteorológicos provenientes de la Estación Meteorológica de la provincia de Otuzco.
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CAPITULO III:-
RESULTADOS
3.1 ESTUDIO TOPOGRÁFICO
El campo de estudio o el proyecto se encuentra ubicado en 3434 m.s.n.m., y tiene una longitud de 1,800 m. de canal.
En las Hojas de CAD se presentan los planos respectivos a una escala de 1/2500 donde se aprecia el planteamiento del diseño y 1/2500 para las obras de arte de este sistema.
El plano topográfico corresponde a la zona de irrigación, con el diseño hidráulico donde se irrigarán 30.5 Ha.
Ubicación y características de la infraestructura encontrada en la zona de riego comprendió:
01 bocatoma de tipo rústica que capta agua del rio Monchacap, dicha bocatoma se ubicó en la progresiva 0+000 a una altitud de 3,137 m.s.n.m.
y 01 desarenador proyectado en la progresiva 0+050.
01 Canal principal denominado La Manzana de tipo rústico con una longitud total de 1,800 metros de los cuales 550 metros revestidos con concreto, y 1,250 metros sin revestir, de sección rectangular con características hidráulicas de 0.30 metros de base y 0.30 metros de alto.
50 tomas laterales de primer orden a lo largo del canal principal, la primera toma lateral se ubicó en la progresiva 0+600, y la última según el diseño ubicó en la progresiva 1+796.203.
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02 cámaras disipadoras de energía, los puntos donde se lograron ubicar para el diseño del proyecto fue en las progresivas siguientes: (0+400), (0+560).
3.2 ESTUDIO EDAFOLÓGICO
De los análisis realizados de las muestras de suelo de los diferentes sectores, los resultados se presentan en la tabla 11.
Tabla 11: Parámetros representativos de los suelos que subyacen en el terreno, donde se apoyarán las estructuras del canal
HORIZONTE PROFUNDIDAD CARACTERISTICAS
Ao 0-20 Textura franco limoso, color marrón a gris textura media, adecuada cantidad de materia orgánica A1 20-60 Textura franco arenoso guijarroso muy fina, color
marrón claro a gris textura media, pobre cantidad de materia orgánica.
A2 60-120 Textura franco arenoso , color marrón claro a gris textura moderadamente gruesa, presencia de material detrítico
En la tabla 11, se puede apreciar que los suelos cuentan con una cobertura superficial de arenas arcillosas (AC) según SUCS y que se desarrolla a partir de 0.10 metros a 1.20 m. de profundidad, en los tramos Kilómetro 0+300 a 0+800, en el tramo1+100 a 1+600, se observa un material arcilloso a una profundidad que varía de 0.10 a 0.20 m, 0.35 m subyaciendo una roca arenisca húmeda de fácil excavación superficial, y rocas de baja y alta resistencia. La roca no posee sales no sulfatos considerables; se aprecia además que los suelos están conformados por afloramientos de rocas volcánicas y depósitos aluviales distribuidos en el sector inferior de la cuenca.
De acuerdo al efecto de Sismo, el proyecto se encuentra ubicado dentro de la zona 3 (Ver anexos 5), correspondiéndole un factor de zona Z=0.35, le corresponde una categoría C, con un factor U = 1.15 (Según Norma E-30-2016 Capítulo 2).
Teniendo en cuenta al terreno estudiado la clasificación de los suelos es considerado como Tipo 2 (Suelos Intermedios) correspondiéndole un valor se S=1.15.
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El coeficiente sísmico es de T= 0.4 segundos, en cuanto a la sismicidad la zona está expuesta a un alto riesgo sísmico, especialmente a sismos superficiales de gran intensidad y magnitud (Según Norma E-30-2016).
3.3 DEL MÓDULO DE RIEGO (CAUDAL DE DISEÑO) Tabla 12: Ubicación de la Estación Meteorológica
Fuente: MINAG- GRLL-GRALL-OEAI LA LIBERTAD
Tabla 13: Registros de los datos meteorológicos promedios mensuales. Registrado en la Estación Meteorológica Otuzco.
Meses
DATOS METEOROLÓGICOS PROMEDIOS MENSUALES
Temperatura Máxima
(ºC)
Temperatura Mínima (ºC)
Temperatura Media Mensual
(ºC)
Precipitación (mm)
Horas de Sol Mensual
(Horas)
Horas Sol Promedio Diario Mensual
(Horas)
Humedad Relativa
(%)
Enero 13.41 8.77 12.6 127.40 361.20 13.9 49.00
Febrero 15.28 8.14 12.3 135.20 340.80 13.1 81.00
Marzo 14.61 7.54 12.4 156.20 322.20 12.4 83.00
Abril 13.93 8.80 12.6 137.10 297.80 11.5 82.00
Mayo 14.54 7.12 12.2 69.10 277.00 10.7 80.00
Junio 14.50 6.26 11.7 29.20 264.80 10.2 71.00
Julio 17.64 6.80 11.6 11.20 270.40 10.4 66.00
Agosto 16.19 5.74 11.8 15.10 289.40 11.1 60.00
Setiembre 14.17 6.53 12.2 44.70 310.80 12.0 69.00
Octubre 13.03 6.61 12.6 94.84 335.20 12.9 78.00
Noviembre 12.83 8.80 12.2 85.80 355.20 13.7 73.00
Diciembre 12.45 8.25 12.4 91.40 366.00 14.1 76.00
Promedio 7.45 83.10 315.90 12.16 72.33
Precipitación
anual 137.64
Fuente: Elaboración propia
De la tabla 13, se puede apreciar que la precipitación pluvial mínima es de 11.20 mm en el mes de julio y la máxima alcanza 127.40 mm en el mes de enero, pero son de carácter
Nombre de la estación meteorológica
Ubicación Latitud Longitud Altitud
(msnm)
Departamento Provincia Otuzco 07º50´15´´ 79º31´54´´ 3,434.00 La Libertad Otuzco
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estacional, de noviembre a Abril. La temperatura máxima varía de 12.45 °C a 17.64 °C., la temperatura mínima varía de 5.74 °C a 6.80 °C, la menor humedad relativa se da durante los meses de Junio, Julio, Agosto y Setiembre.
Tabla 14: Cédula de cultivo
Fuente: Elaboración propia
De la tabla 14, se observa que se tiene la cédula de cultivo de 5 cultivos como son papa, maíz, trigo y cebada, haciendo un total de 30.5 has. Que será sembrada durante los 12 meses del año excepto el cultivo de papa no se tendrá en el mes de junio. (Ver anexo 7).
Tabla 15: Coeficiente de cultivo ponderado Fuente: Elaboración propia
De la tabla 15, se puede observar que el mayor Kc ponderado de los cultivos, es el mes de Febrero con un valor de 1.04 y el menor Kc ponderado son para el mes de Octubre con un valor de 0.37. (Ver anexo 6).
CULTIVOS BASE
ÁREA M E S E S
Há E F M A M J J A S O N D
Chocho
5.00
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= = papa
10.50
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= = trigo
5.00
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - -
- - - = = =
= = cebada
5.00
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - -
- - - = = =
= = Olluco
5.00
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= =
= = =
= = = = =
= =
= = =
= = TOTAL
30.50 30.5
30.5
30.5
30.5
30.5
25.5
25.5
25.5
25.5
15.5
20.5
30.5
Kc AREA
(Ha) M E S E S
E F M A M J J A S O N D
Kc
Ponderado 30.5 0.99 1.04 0.82 0.54 0.51 0.76 1.05 0.94 0.54 0.37 0.53 0.74
