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CANALESCANALES

Curso de Riego y Drenaje 2012



• CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos.

McGraw-Hill. 1994. 667pp.• Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones

Bibliografía

.




INTRODUCCIÓN

• Definiciones y nomenclatura• Canales de riego, drenaje y terrazas

DISEÑO HIDRAULICO• Principios del movimiento del agua en canales

• Radio hidráulico y pendiente

• Velocidad de diseño y velocidad crítica

• Pautas de diseño:

• Máxima eficiencia hidráulica

• Mínima infiltración• Condicionado a la pendiente

• Tirante prefijado




CONSTRUCCIÓN• Borde libre y ancho de bordos• Diseño del trazado y replanteo• Profundidad de corte• Maquinaria utilizada• Control de la obra

MANTENIMIENTO• Aterramiento•

• Malezas

OBRAS DE ARTE• Compuertas de control y toma-granjas

• Pases de agua de escurrimiento• Saltos y protecciones




Introducción

• Algunos antecedentes




Introducción

• Canal

–

– De drenaje




Dpto. Artigas




Dpto. Treinta y Tres




Dpto. Río Negro, Colonia Tomas BerretaLong.: 6 km (aprox.)




Dpto.Durazno




Dpto.DuraznoLong.:16km (aprox)




Definiciones y Nomenclatura:

b

Borde libre →

coronamientosolera

c

a

plantilla

taludzh

α

=




Forma de la sección

• Trapezoidal

• Rectangular• Triangular

• Parabólica




Diseño hidráulico




B

L

h

A’

C’B’

Principios del movimiento del agua en canales

C A

FUERZA DE AVANCE F = C’ B’

por triángulos semejantes resulta:

C’ B’ = C B donde C B = h A B = L CB/AB = h/L = s (pendiente del canal)A’ B’ A B

A’B’ = Peso del prisma de agua Peso = Volumen x Densidad Vol. = Area x L

entonces FUERZA DE AVANCE es: F = s x A x L x DCurso de Riego y Drenaje 2012



sxAxD

y la FUERZA DE ROCE es: F’ = f x P x L x V2 (P x L = sup. de roce)

f = factor de rozamiento

cuando F = F’ ⇒ el flujo se estabiliza

f x P x L x V2 = s x A x L x D

fxP

P

Axsx

f

DV =

Radio hidráulico R = A/P

Chezy (1769) llamó

C= factor de resistencia al flujo

R x s C v f

D C =⇒⇒⇒⇒= Probablemente es

la primer ecuación

de flujo uniformeCurso de Riego y Drenaje 2012



Manning (1889) determinó que C depende de RC = R1/6 n = Coeficiente de rugosidad de canales

n

R x s C v =

V = 1 R 2/3 S 1/2

n




Superficie Condición de las paredes

Buena Regular Mala

En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 *En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035

En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045

Valores de “n” fórmulas de MANNING Y KUTTER(Seleccionados de King, H.W., 1954)

nuosos e escurr m ento ento . . .

Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033Lecho pedregoso, bordes tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035

•Valores corrientemente usados en la práctica


n = 0 012 – 0 014 n = 0 033 – 0 035



n = 0.012 – 0.014 n = 0.033 – 0.035

n = 0.040 – 0.043

n = 0.045 – 0.050




Diseño del canal• Caudal – Siempre debe ser conocido

• Velocidad – Se prefija tentativamente




TIPO DE SUELO VELOCIDAD m/s

VELOCIDADALTA ⇒⇒⇒⇒ EROSIONBAJA ⇒⇒⇒⇒ SEDIMENTACION

Criterios para prefijar la velocidad del agua en función del tipo de suelodel canal

Suelos sueltos 0.20

Suelos de textura media 0.30

Suelos arcillosos 0.50

Suelos pedregosos 0.80 - 0.90

Desagües empastados 0.80 - 1.20

Factor asentamientoFactor profundidadMalezas




VELOCIDAD CRITICA

Moritz V o

= C x h 1/2

C depende del material en suspensión

En nuestras condiciones C = 0.464

. o . o




FORMA DE LA SECCIÓN

Inclinación de taludes Z depende de:

•Textura

•Tipo de maquinaria

•Desagües (alta pendiente)

•Riego (baja pendiente)

MATERIAL Z

Roca firme 0.25

Arcilla 0.75

Suelo franco 1

Franco arenoso 2Arenoso 3

Desagüe empastado 4




PAUTAS DE DISEÑO

Cálculo de plantilla y tirante




DISEÑOS:

• MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA

• SECCI N DE M NIMA INFILTRACI N

• CONDICIONADO A LA PENDIENTE (desagües)

• CUANDO h (carga) ESTA PREFIJADA




1Zht 2+=

SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

A = ( a + b ) h2

b

A

a

h

zh

t= talud

b = a + 2Zh A = ( a + a + 2Zh) h2

122++−= Z h Zh

h AP

Perímetro de mojado: P = a + 2t

A = (a + Zh)h ⇒⇒⇒⇒ a = A/h – Zh PlantillaA = (a + Zh) h




SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

Derivamos e igualamos a cero para hallar el mínimo perímetro de roce para un áreadada:

122++−= Z h Zh

h AP

⇒1Z2Z-

h

02

++=

Con esta forma, también se cumple que:

R = h/2 a/h = 2 tg αααα /2

1

2

Z2-Z

Ah

++

=Tirante←


EjemploVELOCIDAD CRITICA



Ejemplo:

Dados:Q = 0.1 m3 /s Prefijamos V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = Q / V = 0.1 / 0.28 = 0.36 m2

Resulta que la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es:

A

Moritz V o

= C x h 1/2

En nuestras condiciones C = 0.464

Vo= 0.464 x 0.441/2= 0.31

RANGO CRITICO 0.25 < V < 0.37 m/s

36.0

1Z2Z- 2 ++

=

Se verifica que R = h/2 0.44/2 = 0.22

h = 0.44 m a = A/h – Zh = 0.37 m t = 0.63 m

P = 1.63 m R = 0.22 m s = (0.28 x 0.025) 2 = 0.00037 = 0.037%0.222/3

m.

11*21 2

=

++−

=


Q = 0 1 m3/s V = 0 28 m/s



b= 1.25m

h= 0.44m t= 0.63m

a= 0.37

Q = 0.1 m3 /s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2

Perímetro de mojado= 1.63m

Pendiente= 0.037%




SECCION DE MINIMA INFILTRACION

Z2)4tgα(

Ah

+=

También se cumple que:

a/h = 4 tg αααα /2 si Z = 1 ⇒⇒⇒⇒ αααα = 45º

h = 0.37 m a = 0.61 m t = 0.52 m

P = 1.64 m R = 0.217 m s = 0.00038


Q = 0 1 m3/s V = 0 28 m/s



b= 1.35m

h= 0.37m t= 0.52m

Q = 0.1 m /s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2

a= 0.61

Perímetro de mojado= 1.64m

Pendiente= 0.038%




Se debe lograr una velocidad prefijada ajustando R

V = 1/n R2/3 s1/2⇒⇒⇒⇒

23

=

21

s

VxnR

DISEÑO CONDICIONADO A LA PENDIENTE

1Z2ha

ZhahR

2

2

++

+=

{0=+−−+

3214 4 34 4 21

C

RxAhx

B

Ahx)

A

Z1ZR(2 22

R = A/P A = ah + Zh2

como a = (A – Zh2)/h Sustituimos

Llegamos a la siguiente ecuación de 2º grado:

122

++++++++==== Z haP


Ejemplo: Desagüe de un tajamar



m164.0

23

=

=2

10.01

1x0.03

R

Ejemplo: Desagüe de un tajamar

Q = 2 m3/s s = 0.01 m/m n = 0.03 V = 1 m/s Z = 4A = Q/V= 2 / 1 = 2 m2

B = -2C = 2 x 0.164 = 0.328

0.698=4)-170.164(2=A

2A

4ACBBh

2−±−

=

{=−−

3214 4 34 4 21

C

xx

B

x

A




Con h1 a = 2 – 4 x 2.69 2 = -10.02 m ⇒⇒⇒⇒ Se descarta2.69

mh

mh

175.069.2→

0.698x20.328x0.698x4-

22±2=h

2

1

=

==

Con h2 a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m0.175

a = (A – Zh2)/h

12,1m

10.73m


Otra metodología…

2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m



Ejemplo

s = 1% = 0.01

n = 0.03

s/n2

= 0.01/0.032

= 11.1

Otra metodología…2 m s / 0.17 m s m 11,8 m

11.1E=0.21

0.17


2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m



Ejemplos = 1% = 0.01

n = 0.03

s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1

s / 0 s ,8

11.1E=0.21

0.17 1.0




CUANDO h ESTA PREFIJADO

Vo = 0.464 h1/2 A = Q / Vo a = A/h – Zh

P = a + 2t R = A / P

2

32

Vxns

=

1+=2

Z h t




Borde libre

• Aumento de rugosidad• Curvas

CONSTRUCCIÓN

⇒ Canales grandes d = 0.3 + 0.25 x h

⇒⇒⇒⇒Canales chicos d = 1/3 h




Ancho de coronamiento

C >= h


T d d l l



•Replanteo directo

•Trazado tentativo sobre plano de curvas

•Tramos rectos y acordamientos

Trazado del canal





Trazado del canal



αααα

•Se calculan y marcan las tangentes de entrada y salida•Con una cinta se ubica el centro y se marca el trazado de la curva

T = R x tg αααα/2

CAUDAL (m3/s) RADIO MINIMO

10 605 20

1 10

T

R αααα/2

.




Profundidad de corte (r)

Hr

H-r

a(H-r) z2 C (H-r) z1 r z1


Área excavada = (a + a + z1k + z1k) r



1 1

2

Area terraplén = [c + c + z1 (H – r) + z2 ( H – r) ] (H -r)2Area exc. = ar + r2 z1

Area terr. = c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2

Como son dos terraplenes

Area terr. = 2 c (H-r) + (z + z ) (H-r)2

A. excavada = A. terraplén

r2z2 . r (a/2 + c + z1 H + z2 H) + 2 (2 C + z1H + z2H)

A B C

resolvemos r como ecuación de 2º grado


CONSTRUCCIÓN




OBRAS DE ARTE



OBRAS DE ARTE

•Compuertas de control y toma-granjas

•Pases de agua de escurrimiento

•


OBRAS DE ARTE



•Compuertas decontrol y toma-granjas


Salida del agua hacia el canal



Represa de India Muerta


OBRAS DE ARTE



OBRAS DE ARTE

•Saltos de agua y protecciones


Saltos y protecciones

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