UNMSM IMF Hidraulica Informe de Salida Al Campo

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

INFORME DE SALIDA AL CAMPO N°1 VISITA AL RÍO CHILLÓN

Curso:

Hidráulica

Profesor:

Juárez Céspedes, José

Alumnos:

Código de matrícula:

Acuña Raza, Alexander Tayner

14130230

Alor Balabarca, Jesús Manuel

14130194

Cordero Mesco, Yazid Pedro

14130204

Galindo Portocarrero, Jose Alejandro

14130147

Marca Andia, Anthony Michael

14130158

Silva Zúñiga, Luis Eduardo

14130059

Lima ,27 de junio del 2017

RESUMEN

El siguiente trabajo ha sido realizado con el objetivo de que el alumno de Ing. Mecánica de fluidos pueda salir a campo, contrastar la teoría impartida en clase en forma aplicada al entorno de trabajo en campo real para que no solo el conocimiento quede impregnado en papel, asimismo se pueda conocer el ambiente y uno de los tantos objetos de estudio de la mecánica de fluidos aplicada como son los cauces naturales (ríos) y los artificiales (canales) y las distintas estructuras y componentes que presentan en ellos tales como el delta de desembocadura, enrocados y estructuras de defensa ribereña en canales naturales y estructuras tales como compuertas, vertederos y zonas de transición en canales artificiales. Además se realizó una pequeña práctica de campo utilizando rocas para poder medir el diámetro promedio para una estructura de enrocado graficándose resultados interesantes en las tablas mostradas en este informe, culminando con una corta experiencia manipulando una compuerta en un canal. Culminado la visita nos hemos dado cuenta de cuánto implica para nosotros, estudiantes de ingeniería, el trabajo de campo, el cual muchas veces es más confiable en toma de muestras que un ensayo y cálculo en pizarra ya que se hace frente a la naturaleza en sí misma , sin simplificaciones o condiciones artificiales de ambiente.

Palabras Clave:

Hidráulica de canales, Canal de transición, Cauce natural, Hipótesis simplificadora, simplificadora, Compuertas.

Tabla de contenido 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 4 2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 4 3. DESCRIPCIÓN DE LAS PARADAS EN LA SALIDA A CAMPO ............................................................... 5 3.1 ENROCADO DEL PUENTE CONTRA LA SOCAVACIÓN ................................................................. 5 3.2 IMPORTANCIA DEL MURO DE CONTENCIÓN ............................................................................ 5 3.3 PUENTE PEATONAL ................................................................................................................... 6 3.4 MEDIR LAS PIEDRAS EN LA DESEMBOCADURA ......................................................................... 7 3.5 TORRES DE ELECTRICIDAD ......................................................................................................... 9 3.6 MURO DE CONTENCIÓN DERRUMBADO .................................................................................. 9 3.7 TIPOS DE ROCAS EN EL CERRO ................................................................................................ 10 3.8 CENTRAL TÉRMICA DE VENTANILLA ........................................................................................ 11 3.9 VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN CANAL TRAPEZOIDAL ............................................................. 11 3.10 COMPUERTA DESLIZANTE ..................................................................................................... 12 3.11 COMPUERTAS -VELOCIDAD DE IZAJE .................................................................................... 12 4.

ENSAYOS .................................................................................................................................... 13 4.1 ENSAYO I: COMPARATIVA ENTRE EL PESO DE UNA PIEDRA OBTENIDO POR FÓRMULA Y POR MEDICIÓN DIRECTA ....................................................................................................................... 13 4.1.1 MATERIALES ..................................................................................................................... 13 4.1.2 PROCEDIMIENTO .............................................................................................................. 14 4.1.3 DATOS MEDIDOS .............................................................................................................. 14 4.1.4 DATOS PROCESADOS ........................................................................................................ 15 4.2 ENSAYO II: VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN CANAL TRAPEZOIDAL .................................. 19

4.2.1 MATERIALES ..................................................................................................................... 19 4.2.2 PROCEDIMIENTO .............................................................................................................. 19 4.2.3 DATOS MEDIDOS .............................................................................................................. 19 4.2.4 DATOS PROCESADOS ........................................................................................................ 20 4.3 ENSAYO III: DIMENSIONADO DE UNA COMPUERTA Y VELOCIDAD DE IZAJE. ......................... 21 4.3.1 DESCRIPCIÓN .................................................................................................................... 21 4.3.2 MATERIALES ..................................................................................................................... 23 4.3.3 PROCEDIMIETO ................................................................................................................ 24 4.3.4 DATOS OBTENIDOS Y PROCESADOS ................................................................................. 24 4.3.5 GRÁFICOS ......................................................................................................................... 25 5. CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 27 6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 28

1. INTRODUCCIÓN Como estudiantes de ingeniería es importante ver la diferencia entre una medida obtenida por una formula y una tomada directamente. Además de ver como es en la realidad los temas tratados en clase. Se pudo apreciar estructuras como muro de contención, planta térmica de ventanilla, muros de contención, canales, compuertas, etc. En esta salida al campo se calculó el peso de una piedra de manera experimental y medida, así como también se ajustó la formula experimental para que se adapte de mejor manera a la realidad. También se calculó la velocidad del flujo en un canal trapezoidal y la velocidad de izaje en una compuerta plana. Esta salida al campo se realizó con el fin de consolidar los conocimientos aprendidos en clase.

2. OBJETIVOS 1.- Verificar los conceptos aprendidos en clase. 2.- Calcular mediante un proceso experimental y otro teórico el peso de una piedra. 3.- Graficar la curva “Peso vs Diámetro”. 4.- Ajustar el A. 5.- Ver el funcionamiento de una compuerta y calcular su velocidad de izaje.

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3. DESCRIPCIÓN DE LAS PARADAS EN LA SALIDA A CAMPO 3.1 ENROCADO DEL PUENTE CONTRA LA SOCAVACIÓN Se inició la visita partiendo del punto de reunión hacia las bases del puente que cruza la carretera Néstor Gambeta con el Rio Chillón. Ahí se observaron en las bases del puente, estructuras llamadas gaviones. Los cuales consisten en una caja o cesta de forma prismática rectangular, rellena de piedra o tierra, de enrejado metálico de mimbre o alambre. Evita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de márgenes, además el gavión controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra inundaciones.

 Fotografía 3.1: Estructura de gaviones en la base

del puente.

3.2 IMPORTANCIA DEL MURO DE CONTENCIÓN Se observó un muro de contención en el rio cual sirve para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. El profesor nos explicó que este estaba hecho de concreto armado debido a que el concreto solo resiste fuerzas de compresión y no de tracción. En este caso el muro protegía las viviendas de las rocas puestas para aumentar el borde libre del río.

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3.3 PUENTE PEATONAL Se habló sobre el puente peatonal por el que habíamos cruzado el rio, el cual estaba con acero al descubierto debido al mal mantenimiento. También se observó la contaminación en la zona y el bajo caudal del rio.

 Fotografía 3.2: Puente peatonal y enrocado en malas

condiciones.

 Fotografía 3.3: Río Chillón contaminado por desechos domésticos

(plásticos, desmonte, etc.), además se nota que el río está en período de estiaje.

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 Fotografía 3.4:  Zona

del río que presenta vestigios de desechos urbanos en el cauce.

3.4 MEDIR LAS PIEDRAS EN LA DESEMBOCADURA Se llegó al fin del rio y se observó cómo desembocaba en forma de delta. Se pasó a realizar el ensayo 1 en cual consistía en comparar los pesos de las rocas obtenidos por medición directa y por fórmula.

 Fotografía 3.5: Zona de desembocadura del río, también llamado:

“Delta de desembocadura”.

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 Fotografía 3.6:  Zona

de desembocadura del río, vista hacia el oeste, al fondo, el océano Pacífico.

 Fotografía 3.7: Vestigios de contaminantes en el delta del río

Chillón.

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3.5 TORRES DE ELECTRICIDAD En esta parada de observo una subestación biposte trifásica, encargada de bajar la tensión desde una red de distribución primaria (media tensión) para que pueda ser usada para en un subsistema de distribución secundario como puede ser el uso doméstico (baja tensión).

 Fotografía 3.8: Mini estación trifásica.

3.6 MURO DE CONTENCIÓN DERRUMBADO Mientras seguíamos el cauce del rio llegamos a un lugar donde se observó un muro de contención que había cedido por la socavación en sus bases, debido a las aguas torrentosas del Chillón en su época de avenida. También se observó un paso aéreo de tubería.

 Fotografía 3.9: Muro de contención derrumbado.

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3.7 TIPOS DE ROCAS EN EL CERRO Se observó un cerro con rocas fracturadas. El profesor nos comentó que dichas rocas no son útiles para construcción debido a que son muy quebradizas y por eso mayormente se usan como relleno. A diferencia de las basálticas que son las mayormente utilizadas.

 Fotografía 3.10: Cerro formado por rocas en forma de lasca.

 Fotografía 3.11: Muestra de roca obtenida del

cerro.

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3.8 CENTRAL TÉRMICA DE VENTANILLA Se logró ver a la lejanía la central térmica de Ventanilla, de la cual el profesor nos comentó que el color blanco y rojo en sus calderas significaba que era una central térmica.

 Fotografía 3.12: Central térmica de Ventanilla.

3.9 VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN CANAL TRAPEZOIDAL En esta parada se observó un canal trapezoidal en el cual se realizó el ensayo 2 el cual consistía en medir la velocidad del flujo. Esto consistía en tomar el tiempo en que un objeto recorría 10 m del canal. Y se corrigió mediante un coeficiente debido a que la velocidad superficial no era igual a la velocidad media del flujo.

 Fotografía 3.13: Canal Trapezoidal

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3.10 COMPUERTA DESLIZANTE En esta parte se observó la apertura de una pequeña compuerta para llevar agua hacia las zonas de cultivo. Se pudo apreciar un pequeño resalto hidráulico al empezar a fluir el agua.

 Fotografía 3.14: Compuerta plana deslizante.

3.11 COMPUERTAS -VELOCIDAD DE IZAJE En la última parada de la salida al campo se realizó el ensayo 3 el cual consistió en calcular la velocidad de izaje en una compuerta plana. Esto se realizó calculando la distancia que se elevaba un punto de la compuerta para cierto tiempo mientras alguien giraba la manivela sin realizar mucho esfuerzo.

 Fotografía 3.15:

Compuerta plana deslizante.

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4.

ENSAYOS

4.1 ENSAYO I: COMPARATIVA ENTRE EL PESO DE UNA PIEDRA OBTENIDO POR

FÓRMULA Y POR MEDICIÓN DIRECTA 4.1.1 MATERIALES

 Fotografía 4.1:

 Imagen 4.1:

Piedras.

 Imagen 4.2:

Romana.

Wincha.

 Imagen 4.3: Balanza.

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4.1.2 PROCEDIMIENTO a) Seleccionar tres piedras de diferente diámetro promedio; de preferencia 5 ,10 y 15 cm. b) Colocar dichas piedras en una bolsa cada una. c) Pesar las piedras con la ayuda de la romana o con una balanza más exacta. d) Mediante la fórmula dada por el profesor calcular el peso de cada piedra. e) Repetir el proceso en casa aumentando el rango de diámetros de las piedras y utilizando una balanza más precisa. f) Comparar los resultados obtenidos por el proceso experimental y el proceso teórico. 4.1.3 DATOS MEDIDOS 

Datos medidos en campo Diámetros Promedios (cm)

Masa Medida (kg) Masa Calculada (kg)

Roca 1

9.40

0.600

1.21

Roca 2

13.00

2.100

3.20

Roca 3

19.40

7.500

10.64

Tabla 4.1: Datos medidos en campo. 

Roca

1

2

Datos medios en casa

Diámetros Masa Diámetros Masa Diámetros Masa Diámetros Masa Roca Roca Roca (cm) medida(kg) (cm) medida(kg) (cm) medida(kg) (cm) medida(kg) 3.5

5.5

14

22.5

1.5

5.5

10

15

2

0.045

3

4

0.200

5

11

1.150

7

23

3

6

9

18.5

2.5

5

12

18

4.5

10

17

27.5

4

9

10

23

3

0.050

4

9.5

0.450

6

15

4.450

8

19.5

4

9.5

12

27

4

10.5

14

23.5

Tabla 4.2: Datos medidos en casa.

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7.000

14.500

4.1.4 DATOS PROCESADOS Formula a usar:

Dónde:



3

W=A*γ*(D)

W = Peso calculado (Kg) A = Ajuste = 0.55 3 γ = Densidad = 2650Kg/m D = Diámetro (m)

Datos procesados de campo

Masa Diámetros Medida Promedios(cm) (kg)



Masa Calculada (kg)

Error (%)

A (Calculado)

Roca 1

9.40

0.600

1.21

101.76

0.27

Roca 2

13.00

2.100

3.20

52.48

0.36

Roca 3

19.40

7.500

10.64

41.89

0.39

A (Promedio)

A (Considerado)

0.340

0.35

Masa Recalculada (kg)

Error Recalculado (%)

0.77

28.39

2.04

2.97

6.77

9.71

Tabla 4.3: Datos procesados de campo.

Grafica Masa vs Diámetro

Masa VS Diámetro (Datos campo) 8 7 6    g 5    K     (    A4    S    A3    M 2 1 0

    )

Medido Calculado Corregido 0

5

10

15

20

DIÁMETRO(cm)

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Gráfica 4.1: Masa vs Diámetro.



Datos procesados de casa

Diámetros (cm)

Masa Diámetros Medida Promedios(cm) (kg)

Masa Calculada (kg)

Error (%)

A (Calculado)

A (Promedio)

A (Considerado)

Masa Recalculada (kg)

Error Recalculado (%)

3.5 1.5 Roca 1

2

2.50

0.045

0.023

49.39

1.09

0.021

53.99

3.90

0.050

0.086

72.91

0.32

0.079

57.20

0.186

6.85

3 2.5 4.5 4 Roca 2

3 4 4

0.482

5.5

0.5

5.5 Roca 3

4 6

5.20

0.200

0.205

2.47

0.54



Datos procesados de casa

Diámetros (cm)

Masa Diámetros Medida Promedios(cm) (kg)

Masa Calculada (kg)

Error (%)

A (Calculado)

A (Promedio)

A (Considerado)

Masa Recalculada (kg)

Error Recalculado (%)

3.5 1.5 Roca 1

2

2.50

0.045

0.023

49.39

1.09

0.021

53.99

3.90

0.050

0.086

72.91

0.32

0.079

57.20

3 2.5 4.5 4 Roca 2

3 4 4

0.482

5.5

0.5

5.5 Roca 3

4

5.20

0.200

0.205

2.47

0.54

0.186

6.85

9.70

0.450

1.330

195.60

0.19

1.209

168.73

6 5 10 9 Roca 4

9.5 9.5 10.5

Tabla 4.4: Datos procesados de casa.

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Diámetros (cm)

Diámetros Promedios(cm)

Masa Medida (kg)

Masa Calculada (kg)

Error (%)

A (Calculado)

Masa Recalculada (kg)

Error Recalculado (%)

11.20

1.150

2.048

78.06

0.31

0.000

100.00

13.60

4.450

3.666

17.61

0.67

0.000

100.00

0.000

100.00

A (Promedio)

A (Considerado)

14 10 Roca 5

11 9 12 17 10

Roca 6

15 12 14

0.482

22.5

0.500

15 Roca 7

23 18.5 18 27.5 23

19.40

7.000

10.642

52.03

0.36

Diámetros (cm)

Diámetros Promedios(cm)

Masa Medida (kg)

Masa Calculada (kg)

Error (%)

A (Calculado)

Masa Recalculada (kg)

Error Recalculado (%)

11.20

1.150

2.048

78.06

0.31

0.000

100.00

13.60

4.450

3.666

17.61

0.67

0.000

100.00

A (Promedio)

A (Considerado)

14 10 Roca 5

11 9 12 17 10

Roca 6

15 12 14

0.482

22.5

0.500

15 Roca 7

23

19.40

7.000

10.642

52.03

0.36

0.000

100.00

24.10

14.500

20.401

40.70

0.39

0.000

100.00

18.5 18 27.5 23 Roca 8

19.5 27 23.5

Tabla 4.4: Datos procesados de casa.

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

Grafica Masa vs Diámetro

Masa VS Diámetro (Datos tomados en casa) 15 14 13 12 11 10 9

    )    g    K 8     (    A    S    A 7    M

Corregido

6

Calculado

5 4 3 2

Medido



Grafica Masa vs Diámetro

Masa VS Diámetro (Datos tomados en casa) 15 14 13 12 11 10 9

    )    g    K 8     (    A    S    A 7    M

Corregido

6

Calculado

Medido

5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

DIÁMETRO(cm)

Gráfica 4.2: Masa vs Diámetro.

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4.2 ENSAYO II: VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN CANAL TRAPEZOIDAL 4.2.1 MATERIALES

4.2 ENSAYO II: VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN CANAL TRAPEZOIDAL 4.2.1 MATERIALES

 Imagen 4.5:

 Imagen 4.6 :

Cronómetro.

Botella de plástico.

4.2.2 PROCEDIMIENTO a) Escoger una botella. b) Marcar el inicio y final del recorrido que hará la botella por el canal. c) Soltar la botella en el inicio y mediante un cronometro medir el tiempo que demora la botella en llegar al final d) Calcular la velocidad mediante la fórmula proporcionada por el profesor.

4.2.3 DATOS MEDIDOS o

Distancia a recorrer = 10m

o

Tiempo

= 5.97 s

4.2.4 DATOS PROCESADOS 

Formula a usar:      Dónde:

V = Velocidad media del flujo en el canal (m/s) C = Coeficiente de corrección =0.85 D = Distancia (m) T = Tiempo(s)

Calculando la velocidad media ̅    

 

̅    

4.3 ENSAYO III: DIMENSIONADO DE UNA COMPUERTA Y VELOCIDAD DE IZAJE. 4.3.1 DESCRIPCIÓN Descripción de la compuerta observada. Observamos una compuerta plana, montada en canales de sección rectangular, con las partes fijas, empotradas en los lados laterales y con un cierre a 3 lados. Utilizamos la compuerta para la regulación de caudales, en la mayoría de los casos, también como emergencia y cierre para mantenimiento de otras estructuras, entre otros casos. El uso de estas compuertas en la visita al rio Chillón tenía como función regular el caudal para zonas de riego.

 Fotografía 4.2:

Compuerta abierta.

 Fotografía 4.3:

Compuerta semicerrada.

Descripción de la velocidad y mecanismo de izaje en la compuerta. La velocidad de izaje consiste en la velocidad con la que se desplaza la compuerta hacía arriba o abajo  que depende también de la fuerza, agarre con la que gires el volante (ya que el mecanismo de izaje utilizada de la compuerta es deslizante), así podemos elevar un determinado espacio en un transcurso de tiempo, con estos datos obtendremos esta velocidad. En este caso despreciamos el engrosamiento del enrollado del eje que une el volante y la placa de la compuerta, porque depende de la fuerza que apliques para poder mover le volante ya que el mecanismo de movimiento de la compuerta vista en la salida al campo fue manual. Algo importante también que el grosor depende mucho en obras donde ahorrar el tiempo es fundamental para un buen funcionamiento de esta.

 Fotografía 4.4:

Toma de datos y regulación de caudal.

4.3.2 MATERIALES

 Imagen 4.7 :

Cronómetro.

 Imagen 4.8:

 Imagen 4.9:

Compuerta.

Wincha.

4.3.3 PROCEDIMIETO Para determinar la velocidad de izaje se seguimos estos pasos: a) Abrir la compuerta un determinado espacio. b) Medir con una Wincha el espacio que se abrió la compuerta. c) Calcular el tiempo en que se demoró en abrir ese determinado espacio. d) Mediante los datos obtenidos hallamos la velocidad de izaje.

4.3.4 DATOS OBTENIDOS Y PROCESADOS Datos experimentales obtenidos en el campo: Distancia que recorre la compuerta = 10 cm Tiempo del recorrido de la compuerta = 30 s Usamos la siguiente fórmula para el cálculo:

   

Velocidad de Izaje

Velocidad de Izaje

          

10 cm 



30 s

0.33  cm

 s

4.3.5 GRÁFICOS

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Fotografías de compuertas tomadas en la visita de campo. 

En la parada final, después de tomar medidas de las compuertas, intentamos calcular de forma sencilla la velocidad de izaje.

 Fotografía 4.5:

Observamos la parada final y la toma de medidas.

Fotografías de compuertas tomadas en la visita de campo. 

En la parada final, después de tomar medidas de las compuertas, intentamos calcular de forma sencilla la velocidad de izaje.

 Fotografía 4.5:



Observamos la parada final y la toma de medidas.

Esta parte de la compuerta fue el marcado para realizar la velocidad de izaje, se esperó a que la compuerta este cerrada completamente para luego calcular 30 segundos con un cronómetro cuanto subía, con un tiza marcábamos hasta donde había subido con el fin de medir la distancia con la wincha para hallar la velocidad de izaje.

 Fotografía 4.6 :

Observamos la marca de tiza hecha en la compuerta.

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5. CONCLUSIONES 











Se logró determinar los pesos en cada roca o piedra analizada, estas al hacerles una regresión, se notó que seguían un patrón muy próximo al de la curva teórica. Los resultados obtenidos son aceptables ya que son datos experimentales obtenidos mediante instrumentos que no tienen una precisión muy fina lo que ocasiona ciertos márgenes de error en el análisis final. La velocidad medida en el canal es la velocidad de la superficie libre, la cual ha de diferir en relación de la velocidad media y velocidad máxima en el cauce de este, esto debido a factores como viento, rugosidad, curva de velocidad en el canal, etc. Las piedras utilizadas por lo general no eran del todo uniformes, algunos eran canto rodado por lo que el diámetro equivalente en cada una puede variar rápidamente, por lo general se trató de medir piedras lo más uniforme posibles. Se determinó la velocidad de izaje e identificar la importancia que tiene la compuerta. Se llegó a la conclusión que la toma de muestras en campo es mucho más recomendable que determinar los cálculos en aula de clase.

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6. BIBLIOGRAFÍA 

o . cDoald . ad aore áares, G. (2000). Introducción a la mecánica de fluidos . ico cGra-Hill.



Gerhart, P., Gross, R. and Hochstein, J. (1995). Fundamentos de mecánica de fluidos. Argentina [etc.]: Addison-Wesley Iberoamericana.



Rocha, A. (2007). Hidráulica de tuberías y canales. Lima: Universidad Nacional de Ingeniería. Facultad de Ingeniería Civil.











ill ar . . idroloa. ártao ditoral Tecnológica de Costa Rica.

"Muro de contención", Es.wikipedia.org, 2017. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3n. "Gavión", Es.wikipedia.org, 2017. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Gavi%C3%B3n. "Desembocadura", Es.wikipedia.org, 2017. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Desembocadura. G. Chamorro de Rodríguez, ESTIMACIÓN DEL CAUDAL POR EL MÉTODO DE FLOTADORES. Lima: DIRECCIÓN REGIONAL DE LIMA, 2017.

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