DISEÑO Y TRAZO DE CANALES

Índice.

CAPITULO I: TRAZO DE CANALES..............................................................................................5

1. GENERALIDADES...............................................................................................................5

2. TRAZO DE CANALES..........................................................................................................7

CONSIDERACIONES PRELIMINARES......................................................................................7

Trabajos De Campo..................................................................................................................9

Trazo Preliminar (Curvas De Nivel).......................................................................................9

CAPITULO II: DISEÑO DE CANALES................................................................................21

DEFINICION:.......................................................................................................................21

PARTES CONSTITUYENTES DE UN CANAL:..............................................................21

FORMAS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL:................................................................21

CLASIFICACIÓN DE CANALES.......................................................................................22

Por Su Capacidad De Conduccion..........................................................................22

Por El Material Que Están Echos.............................................................................23

CRITERIOS DE DISEÑO DE CANALES.........................................................................24

VELOCIDADES:..............................................................................................................24

PENDIENTE LONGITUDINAL DE FONDO................................................................28

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)..........................................................................29

TALUDES RECOMENDABLES PARA CANALES.....................................................31

CURVATURA HORIZONTAL........................................................................................32

BORDE LIBRE (f)...........................................................................................................37

BANQUETAS (C y V)....................................................................................................38

ZANJAS DE CORONACIÓN.........................................................................................39

DRENAJE..........................................................................................................................39

PLANTILLA DEL CANAL...............................................................................................40

PERFIL LONGITUDINAL DEL CANAL........................................................................41

OBRAS DE ARTE MÁS USADAS EN CANALES (IRRIGACION)..........................42

MECANICA DE SUEOS APLICADA A CANALES.....................................................44

INFILTRACIÓN EN CANALES......................................................................................44

REVESTIMEINTO EN CANALES.................................................................................49

JUNTAS.............................................................................................................................50

IntroducciónEste trabajo se presenta con el objetivo de proporcionar información

relacionada al Diseño y Trazo de canales, así como tablas, formulas y gráficas de aplicación práctica acompañada de una explicación técnica resumida para su empleo a nuestra realidad topográfica, climática y económica.

En un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales y obras de arte, así como el caudal, constituyen factores importantes en un proyecto de riego. Este último es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua - suelo - planta y la hidrología.

La información presentada ha sido seleccionada de acuerdo a los factores que se presentan en la zona.

Objetivos

Aplicar la hidráulica y la mecánica de fluidos para el diseño de los sistemas de flujo a superficies libres en canales.

Haciendo el uso de normas, se pretende fijar los requisitos mínimos de ingeniería para el diseño y ejecución de las obras e instalaciones hidráulicas .

Analizar y discutir críticamente el diseño y funcionamiento de canales construidos y en funcionamiento.

CAPITULO I: TRAZO DE CANALES

1. GENERALIDADES- En un proyecto de Irrigación y/o Mejoramiento de riego, la planificación del

trazo y diseño de canales de conducción, distribución y obras conexas se hará tomando en cuenta los trabajos y consideraciones previas.

- Los canales de riego dentro de una planificación tienen diferentes formas (rectangular , trapezoidal , etc) y funciones , así tenemos :

1. Canal de Primer Orden: Llamado también Canal Principal: Madre o de Derivación ; y se le traza siempre con pendiente mínima , normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos . Ejemplo: Canal Taymi del Proyecto Tinajones , Canal Madre del proyecto Chavimochic, Canal de derivación del Proyecto Chira-Piura.

WEBGRAFÍA: http://es.slideshare.net/linoolascuagacruzado/diseo-de-canales

CANAL TAYMI – PROYECTO CANAL MADRE – PROYECTO CHAVIMOCHIC

2. Canal de Segundo Orden : Llamados también LATERALES , son aquellos que salen del canal Madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartirlo hacia los sub-laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como UNIDAD DE RIEGO ; Ejemplo : Canales Mochumí, Túcume que salen del Canal Taymi.

3. Canal de Tercer Orden: Llamados también sub-laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a través de las tomas de granja , el área de riego que sirve un sub-lateral se conoce como UNIDAD DE ROTACIÓN.

WEBGRAFÍA:

http://es.slideshare.net/linoolascuagacruzado/diseo-de-canales

CANAL MOCHUMÍ

CANAL TÚCUME

De lo expuesto se deduce que varias unidades de rotación, constituyen una unidad de riego y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, sistema que adopta el nombre o nomenclatura del Canal Madre o primer orden.

2. TRAZO DE CANALES

CONSIDERACIONES PRELIMINARESCuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales, es necesario recopilar la siguiente información básica:

o Se efectuará un análisis de los antecedentes o historia del Proyecto, tales como las ideas, soluciones y sugerencias alternativas; así también los reconocimientos o estudios preliminares anteriores, si existieran hasta llegar a la etapa actual.

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

o Es necesario que se conozcan algunos detalles , como :a) Volumen de agua que se ha de conducir.b) Probable longitud del canalc) Datos climatológicos de la zona ( de probable ruta)d) Naturaleza fisiográfica de la zona (de probable ruta)e) Limitaciones económicas para la construcción del canalf) Planos de referencia o fotografías aéreas (pueblos, caseríos,

cultivos , vías de comunicación)g) Probables formas de captación de la fuenteh) Tipo de canal (conducción o de distribución)i) Otros (estudios geológicos, suelos, vegetación, hidrología,

salinidad y estudios que puedan conjugarse en el proyecto; como caminos, nuevos asentamientos, etc.)

o Las fuentes de Información disponibles en el país la constituyen por lo general :

a) El archivo Técnico de las Unidades Agrariasb) Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA)c) Servicio Nacional de meteorología e Hidrología (SENAMHI)d) Oficina Nacional de planificacióne) Instituto geográfico militarf) Proyecto Nacional Manejo de Cuencas Hidrográficas

(PRONAMACH)g) Laboratorio Nacional de Hidráulicah) Universidadesi) Direcciones Generales del Ministerio de Agriculturaj) Proyectos Hidráulicos especiales (Olmos-Tinajones,Chira-

Piura, Jequetepeque- Zaña , etc .)

o Cuando existe la información básica disponible, se procede a realizar un gabinete un TRAZO PRELIMINAR, el cual mediante su replanteo en el campo, donde se hacen los ajustes que se consideren necesarios, se obtiene finalmente el TRAZO DEFINITIVO.

o En caso de no existir información básica , se procede a levantar la topografía del canal realizando trabajos de campo y de gabinete , (los trabajos topográficos para el diseño de canales son similares a los necesarios para el diseño de un camino o una vía férrea) , teniendo las siguientes fases :

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Trabajos De Campo

Reconocimiento Del Terreno

En esta fase se trata de localizar la posible o posible posiciones de la ruta que ha de seguir el canal, determinándose aproximadamente el punto inicial y final del canal, debiendo anotarse las siguientes características del terreno :

- Tramos en ladera y en suelo llano- Rocosidad, pedregosidad o naturaleza del suelo- Fisiografía dominante (pendiente gobernadora)- Variaciones fuentes de pendientes- Elección de rutas imaginarias (Túnel, acueducto , caída , etc)- Rumbos, elevaciones y distancias que puedan servir para

seleccionar la probable ruta.- Estacado de algunos puntos auxiliares para el siguiente

procedimiento (trazo preliminar)

A. Luego de este reconocimiento se podrá contar con algunas decisiones, tales como si se ha de trabajar a pendiente fija o a pendiente fija y a pendiente variable; longitud de tramos en laderas o en suelo llano.

Si hubiera que tomarse canales secundarios del que se está trazando; deben fijarse los probables puntos de derivación.

B. En un trabajo de reconocimiento se emplea: Eclímetro, brújula, altímetro, wincha, jalones, etc.

Trazo Preliminar (Curvas De Nivel)

a) En esta fase con una brigada topográfica, se procede a clavar en el terreno las estacas de la poligonal – preliminar – o de apoyo, fijando un punto de partida (entrega o de captación), con la pendiente elegida avanzando cada 20m y estacando cada 100m.

b) Debe documentarse el BM principal y los BN (Bancos de Nivel) c/km.c) Esta operación ha de efectuarse con NIVEL DE INGENIERO o con un

ECLIMETRO en condiciones muy especiales.d) Posteriormente se NIVELARA la poligonal referido al BM principal.e) Se hará el levantamiento de la poligonal abierta con teodolito orientado

al NM medir los lados de la poligonal y por el método de deflexiones obtener la poligonal estacada, al mismo tiempo en cada estaca pueden tomarse datos para obtener una sección transversal.

f) Taquimetría o relleno topográfico sobre la faja de la poligonal abierta , se efectúa con plancheta , teodolito , etc

WEBGRAFÍA : https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Esquemas Referenciales Para El Trabajo De Campo

Trazo Preliminar

Poligonal de Apoyo

VISTA DE PERFIL

Buscar desnivel “h” correspondiente a la pendiente en 20m mediante 2 posibles formas:

- Con marca fija en jalón o mira (Eclímetro marca la inclinación)- Con marca desplazada en jalón o mira (Eclímetro graduado en 0)

Vista En Planta

Fig. N° 01

Fig. N° 02

Poligonal Abierta

- Medir distancias AB , BC , CD- Medir ángulos por deflexión

DESARROLLO DEL TRABAJO DE GABINETE

Escalas De Representación- De acuerdo a especificaciones técnicas del Proyecto- De acuerdo a la Representatividad del terreno- Ejemplos : 1/500 – 1/100 – 1/ 2000

Plano A Curvas De NivelLas curvas de nivel deben guardar una equidistancia de 50cm, (a veces 1m) ; deben aparecer BM , BN , Poligonal abierta detalles de relleno topográfico.

Fig. N° 03

Fig. N° 04

Trazo PreliminarEjemplo: Pendiente 1% significa que para 20m horizontales se consideran 20cm verticales.

ttps://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Señalización De Obras Hidráulicas

TÚNEL

Fig. N° 05

COTAS DE PUNTOSa)99.20 c)99.60b)99.40 d)99.80

Fig. N° 06

Poligonal AbiertaSe establecerá uniendo los puntos que marquen el recorrido cada 100mts. O sea uniendo punto de entrega 0+000 y 0+100 , Luego 0+100 y 0+200 , así sucesivamente .

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

TRAZO DEFINITIVO- Esta fase que se realiza en el gabinete con los datos obtenidos,

sirve para efectuar la localización definitiva del canal, con algunas modificaciones por motivos locales.

- El trazo definitivo se puede hacer por cualquiera de los métodos que se estudian en topografía, siendo el más usado EL DE DEFLEXIONES, estas pueden ser derechas a izquierdas con un valor siempre menor de 180°.

- El trazo definitivo (Poligonal de PI) no debe alejarse del trazo preliminar, se buscará siempre la mayor longitud de los tramos rectos (tangentes) disminuyendo N° de PI , ángulos los más obtusos posibles , con el propósito de evitar el desarrollo excesivo del canal , y posteriormente mucho corte o relleno.

- En zonas de laderas debe tenerse mucho cuidado; tendiendo solamente a tener ; cortes.

- Sobre este trazo se calculan los datos necesarios para el replanteo; es decir se determinan las longitudes y direcciones de las líneas rectas (tangentes) así también los elementos de las curvas circulares que sustituirán a los puntos ángulos de las líneas rectas (B,C,D,E) o Pis .

Fig. N° 07

Curvas horizontales en el trazo de canalesClases:

- Circular simple- Circular compuestas de 2 arcos o más : Radios distintos , centros

distintos.- Circular inversas : Un mismo radio , radios distintos.

Ocasionalmente podría considerarse una curva vertical en el caso de diseño de obras hidráulicas.

GRAFICO DE CURVAS

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Fig. N° 08

CIRCULAR SIMPLE CIRCULAR COMPUESTA

CIRCULAR COMPUESTA

Elementos De Una Curva

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Cálculo De Una Curva (Fórmulas)INCOGNITA DATOS FORMULA

RRADIO

ST – θCT - θ

R=STcot θ2

R=C /2sin θ2

CCUERDA

R−θST−θF−θ

C=2R sinθ /2C=2ST cosθ/2C=2F cot θ/4

L.CLONGITUD DE CURVA

R−θ Lc=π ∙ θ180

xR

EEXTERNA

ST−θR−F

E=S ∙T ∙Tgθ/2E=R∙ F /R−F

FFLECHA

E−θR−θR−E

F=E ∙cosθ/2F=R−(R cosθ /2−θ)F=R ∙E /R+E

STSUBTANGENTE

R−θ ST=R tan θ/2

θÁNGULO DE DEFLEXION

C - Rsin θ2= C2 R

E : ExternaF : FlechaPC : Punto de comienzoPI : Punto de IntersecciónPT : Punto terminalθ : Ángulo de deflexiónFig. N° 09

-Considerar las limitaciones técnicas en el cálculo de los elementos de la curva ; principalmente el RADIO MÏNIMO.

WEBGRAFÍA: https://es.scribd.com/doc/96539781/Trazo-de-Canales

Trazo De Curvas Calculadas- Determinando PC y PT se levantan las perpendiculares y en la

intersección de ambas se encuentra el centro de curva , luego con radio entre el centro de curvatura y el PC se traza la curva.

- El TRAZO DEFINITIVO consiste en la unión de los tramos rectos y curvos demarcando necesariamente PC,PI,PT,R y θ (Ver Esquema).

TRAZO DEFINITIVO

Replanteo De Curvas Por Deflexiones ParcialesG: Es el ángulo central que subtiende una cuerda de 20m

Lc: 20 θ /G

Fig. N° 10

5

Descarga de Agua del Canal (m3/s) Radios Mínimos Recomendables(m)

CUADRO : RADIOS MINIMOS RECOMENDADOS POR BLAIR PARA CURVAS EN CANALES

80100

602010

20151051

0.5

WEBGRAFÍA: http://www.monografias.com/trabajos19/canales/canales.shtml

Perfil Longitudinal- Se construyen 2 ejes perpendiculares: El horizontal designado a

distancias longitudinales y el vertical a distancias verticales o alturas.

Se debe elegir una escala horizontal y una vertical .

Recomendación: H/V : 1/10 , 1/20 es decir :

Esc.Horiz. 1: 1000 ó 1:2000

Esc.Vertical . 1:100 ó 1/200

- Siguiendo el trazo definitivo se deben conseguir 2 datos ( cada 20 ó 50 m) . Distancia recorrida y su respectiva cota.

100

101

102

0

1

2

3

4

5

6

100

101

102

103

0 100 100

0

1

2

3

45

6

C

O

T

A

S

Fig. N° 11

Rasantes- Consiste en unir el punto inicial del perfil trazado con el punto final

en valor de COTAS, considerando las pendientes empleadas en diferentes tramos o si fue una pendiente uniforme.

- Para el trazo de rasante de fondo (plantilla) considerar las cotas de plantillas y luego trazar de la manera anterior (Ver esquema)

Secciones Transversales- Utilizando Datos de Campo o Utilizando Datos del Plano a Curvas de

NivelConsiste en plotear sobre un eje vertical las alturas y sobre otro eje horizontal la ubicación de esas alturas (por medio de distancias) teniendo como punto de intersección de los ejes , la ubicación de un punto material en el terreno específico en el plano.

DISTANCIA HORIZONTAL (m)

Fig. N° 12

ESQUEMA: PLANO FINAL (Como presentar el Proyecto Final)

OBRAS HIDRÁULICAS

ORGANIGRAMA: TRAZO Y DISEÑO DE CANALES

PLANO DE PLANTA (Localización del Eje del Canal)

PERFIL LONGITUDINAL

DESARROLLO LONGITUDINAL DE CANAL

PLANILLA DE CÁLCULOS

SECCIÓN DE CANAL

SECCIONES TRANSVERSALES

LEYENDADatos Hidráulicos

MEMBRETE

CURVA DE DIAGRAMA DE MASAS

(Movimiento de Tierras)

DATOS PARA COSTO DE MOVIMIENTO DE TIERRAS

BOCATOMA CAIDA TÚNEL

INFORMACIONESTÉCNICAS

RECONOCIMIENTO

TRAZO PRELIMINAR

TRAZO PRELIMINAR

PLANO A CURVAS DE NIVEL

TRAZO DEFINITIVO

POLIGONAL DE APOYO-Nivelación de Estacas-Levantamiento de Poligonal de Apoyo-Secciones Transversales-Taquimetría P.A.

POLIGONAL DE APOYO

-Señalización de Obras Complementarias-Poligonal de Intersecciones

-Cálculo y trazo de curvas-Construcción de Perfiles : Longitudinales, transversales

-Diseño y Cálculo de la sección de canal-Diseño y Cálculos de Obras Complementarias

-Cálculo del volumen de movimiento de tierras-Diagramas de Masa

Plánilla de Cálculos

-Plano final del Proyecto-Memoria Descriptiva-Datos Complementarios del Proyecto

Movimiento de tierras Desarrollo del canalSecciones del canal

CAPITULO II: DISEÑO DE CANALESDEFINICION:Son estructuras de ingeniería que nos sirven para transportar agua de un lugar a otro, siendo la aceleración de la gravedad la que produce el desplazamiento del agua en el canal.

PARTES CONSTITUYENTES DE UN CANAL:De la figura se tiene:

Dónde:b = Base del canal o ancho de solera.d = Tirante de agua.f = Borde libre.m1 = Talud interior del canal.m2 = Talud de corte.m3 = Talud exterior del terraplén del canal.C1 y C2 = Anchos de bermas o caminos de servicio o vigilancia.H = f + d = Altura total del canal.T = Ancho superficial de agua en el canal.

FORMAS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL:Las más conocidas en la práctica son:

a) Trapecial: Es la más común, adaptándose esta forma sobre todo por razones de estabilidad de taludes del canal y facilidades CONSTRUCTIVAS, además esta forma lo suficientemente inclinada evitará el uso de encofrado si el canal fuera revestido.

b) Rectangular: En este caso m1=0, esta sección se adapta sobre todo en zonas de suelos estables y se quiere ahorrar cortes excesivos.

c) Circular: Es la sección hidráulica más eficiente, generalmente son tubos prefabricados o cilindros de gasolina que son usados como canales. Son baratos y se ahorra excavación.file:///C:/Users/ALEX/Downloads/manual-diseos-1-131019214749-phpapp01.pdf

CLASIFICACIÓN DE CANALESPOR SU CAPACIDAD DE CONDUCCION

CANALES PRINCIPALES O DE CONDUCCION

- Llamados también canal MADRE o de DERIVACION, sirven para trasportar el agua desde la Bocatoma hasta la cabecera de los sectores de irrigación.

- Va por las partes más altas de la ladera para poder aprovechar al máximo el área de riego. Cada sector de Riego tiene aproximadamente (1000 a 6000 ha).

- Su capacidad es del orden de (3- 100 m3/s).

Ejemplo:

Canal alimentador (Río Chancay- Proyecto Tinajones: Q=10m3/s.Canal MADRE PAMPA BLANCA (Río Santa-Proyecto Chavimochic Q=78m3/s.Canal de DERIVACION (Río Piura-Proyecto Chira Piura Q=70m3/s.Canal TALAMBO (Río Jequetepeque - Proy. Jequetepeque-Zaña Q=15-10m3/s.Canal TAYMI Q=25-65m3/s.

CANAL DE SEGUNDO ORDEN- Llamados también Sub-Canales, toma el agua del canal principal para entregarle después a otros canales de 3er orden (llamados LATERALES).

- También va por la parte alta del área de riego.

- Capacidad del orden de 2-10m3/s

Ejemplo:

Canales Túcume, Heredia (Proyecto Tinajones- Río Chancay).

CANAL DE TERCER ORDEN O LATERALES

- Toman el agua del sub Canal y luego lo va a entregar a otros Sub-canales de 4to ordeno Sub- laterales.

- Área servida por un Lateral varía de 60-350 ha.

- Capacidal del orden 300L/s

-El área servida por un lateral de le conoce como UNIDAD DE RIEGO.

CANALES DE CUARTO ORDEN O SUB-LATERALES.

- Toma el agua del LATERAL y la van a entregar luego a las PARCELAS O LOTES DE RIEGO.

- Área servida por un Sub-Lateral varía de 20-60ha.

- Capacidad del orden de 60-200 L/S. (En la práctica se le da 150 L/s).

- El área de riego servida se le conoce como UNIDAD DE ROTACION.

CANALES DE QUINTO ORDEN O REGADERAS

- Son canales a nivel de PARCELA, son generalmente PEQUEÑAS ACEQUIAS de tierra que distribuyen el agua dentro de la parcela hacia los SURCOS, MELGAS o POZAS.

* PARCELA DE TIEGO: Según condición Agraria es de 4ha. En el PERÚ.

* Al lado de canales y drenes siempre debe existir un camino de vigilancia.

Representación gráfica de la jerarquía de los canales.

POR EL MATERIAL QUE ESTÁN ECHOS

B.1 NO REVESTIDOS: Son los canales de tierra.B.2 REVESTIDOS: Pueden ser de CONCRETO, ASFALTICOS, MANPOSTERIA, FIERRO, MADERA, PLASTICOS.

CRITERIOS DE DISEÑO DE CANALES

VELOCIDADES:Las velocidades en un canal pueden fluctuar entre un valor máximo que no produzca EROSION en el canal y un mínimo que no produzca SEDIMENTACION.

-Sobre todo para los canales en tierra, estos admiten con el tiempo mayores velocidades debido a que se han estabilizado sobre todo si las aguas transportan limos y arcillas en suspensión que ayudan a estabilizar más el canal, porque estas partículas rellenan los poros de las paredes del canal dándole mayor cohesión.

- De dos canales que tienen diferente profundidad e igual velocidad media, el canal menos profundo tiene velocidades de erosión mayores con las paredes.

- en canales de conducción que no tienen tomas en tramos largos puede diseñarse el canal para la velocidad máxima permisible reduciendo así la sección de excavación, pero, si se va a entregar agua a lo largo del canal es preferible mantener velocidades bajas manejables.

* así, para canales de distribución esta velocidad es del orden de 0.80 m7s que nos permita un mejor control del agua porque nos da tiempo para operar los dispositivos de riego, además en las TOMAS que se tienen ENSANCHAMIENTO con baja velocidad y su se tiene velocidades mayores en el canal, estas estructuras serán “zonas de sedimentación” lo que producirá la colmatación de la misma.

- Se debe procurar “no tener VELOCIDADES CREÍTICAS” o próximas a ella en un canal para evitar la producción de resultados hidráulicos lo que traería consigo fluctuaciones en el nivel del agua si es que el canal tiene tomas.

- Hay que aclarar que cuando se “quiere salvar NIVELES TOPOGRÁFCOS GRANDES, es necesario construir una RAPIDA “, donde se tendrá velocidades más altas que la crítica, constituyéndose al final de la RAPIDA “una poza de disipación” para formar el RESALTO HIDRAULICO, en este caso será bastante beneficioso distribuir la ENERGIA CINETICA del agua para REDUCIR SU VELOCIDAD.

a). PARA CANALES SIN REVESTIR.

En la tabla siguiente se dan VELOCIDADES MAXIMAS Y MINIMAS PERMISIBLES para un canal sin revestir dado por la sociedad Americana de Ingeniería Civil de los EE.UU (ASCE).

MATERIAL VEL. PERMISIBLE EN m/sMINIMA MAXIMA

Arcilla 0.45 0.75

Arena 0.75 1.25Grava 1.25 2

También se da como una pauta la NORMA DEL BUREAU OF RECLAMTION para excavados en tierra (d max = (A/2)^1/2 ).

TIPO DE CANAL VELOCIDAD (m/s) CAUDALMINIMA MAXIMA

Canales laterales pequeños 0.45 0.75 (60-70) Lts/sCanales principales 0.6 1.35 (1-10) m3/s

Secretaria de recursos Hidráulicos de México (Etelverry).

MATERIAL VELOCIDAD MAXIMA EN (m/s)

Conglomerado o grava sementada 2.00-2.50Esquistos o pizarras 2.00-2.50

Roca sedimentaria Suave 2.00-2.50Roca dura 3.00-4.50

PARA CANALES EN TIERRA (VELOCIDADES MINIMAS PERMISIBLES) SEGÚN LA FORMILA DE KENNEDY:

Vs=0.652CD0.64(aguas turbias)

Vs=0.552CD0.50(aguasclaras)

Donde:

Vs = velocidad mínima (m/S)

D = Tirante de Agua (m)

C = Coeficiente que depende del material.

TIPO DE SUELO C

Suelo arenoso, ligero y fino 0.84Suelo arenoso, ligero y grueso 0.92

Limo arenoso 1.01Limos y acarreos gruesos 1.09

MAXIMA VELOCIDAD PERMITIDA SEGÚN FORTIER Y SCOBEY EN CANALES NO RECUBIERTOS DE VEGETACION.

file:///C:/Users/ALEX/Downloads/manual-diseos-1-131019214749-phpapp01.pdf

Según Gómez Navarro: velocidades más usadas en canales sin revestir:

V= 0.75 – 1.00 m/s.

b). PARA CANALES REVESTIDOS.Velocidades máximas permisibles (m/s)- Canales revestidos con materiales arcillosos 0.60 – 1.25- Canales revestidos con concreto o losas asfálticas 1.50- Canales de concreto reforzado en tramos cortos sin

Estructuras y en rápidas. 1.0 – 3.75- Canales revestidos sin esfuerzo (Vc= Velocidad crítica) v≤0.7Vc

Vc≤2.5m /s

VELOCIDADES MAXIMAS EN CONCRETO EN FUNCION DE SU RESISTENCIA

RESISTENCIA Kg/cm2PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS

0.5 1 3 5 1050 9.6 10.6 12.3 13 14.175 11.2 12.4 14.3 15.2 16.4

100 12.7 13.8 16 17 18.3150 14 15.6 18 19.1 20.6200 15.6 17.3 20 21.2 22.9

Como se puede apreciar en la tabla nos da valores de velocidad altos, sin embargo el BURFAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento en canales de concreto, las velocidades no deben exceder de 2.5 m/s para evitar la posibilidad que el revestimiento se levante.

Según Gómez Navarro:

VELOCIDADES MAXIMAS DE EROSION VELOCIDADES DE SEDIMENTACION (*)En arena fina 0.4 m/s Arcilla 0.08m/sEn arcilla arenosa 0.50 Arena fina (0.002n) 0.16m/sArcilla pura, limo 0.60 Arena gruesa (0.005) 0.21m/sArcilla ordinaria, grava fina 0.70 Gravilla (0.008) 0.32m/sGrava gruesa 1.20 Grava (0.025) 0.65m/sCantos y grava 1.50 Si el agua arrastra material sólido, conviene

que éste no sedimente en el canal, y sólo si en los depósitos dispuestos para ello.

Esquistos tiernos 1.80Rocas estratificadas 2.40Rocas duras 4.00 Las velocidades por bajo de las que se

sedimentan dichos elementos sólidos son (*)Hormigón 4.50Limo de aluvión coladal, mezcla de grava, arena y arcillas 1.00 Corrientemente una V=0.60-0.90m/s suele

ser suficiente para evitar sedimentos.

Canales revestidos sobre material arenoso por precaucion de fisuras por lasque penetra el agua a velocidad. Vmáx <= 1.50m/s.

Canales con tramos largos entre lomas (represas y pendiente fuerte, se puede tener).

Vmá > Vc; Vmáx<= (v) 10 m/s

para conductos cerrados que trabajen a presiónVmín = 0.8 m/s

Vmáx = 3 - 4 m/s

http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/lineamientos_para_el_dise%F1o_de_tomas_de_captacion.pdf

PENDIENTE LONGITUDINAL DE FONDO

Depende de la “velocidad permisible” de la Formula de MANNING y la “rugosidad”:

v=R2/3S1 /2

n

Sn=(V nR2/3

)2

Sistema métrico.

Sn=(V n

1.486R2/ 3)2

Sistema inglés.

“n” (cte. Que depende del material)

R (radio Hidráulico) A/P

Se observa que “v” depende de R y S, no hay un valor recomendable para R.

El ASCE: valores de pendiente Longitudinal para canales Revestidos en concreto en Operación

CAUDAL MAXIMO DE DISEÑO m3/s

RADIOS HIDRAULICOS (m)

PENDIENTE LONGITUDINAL DE FONO

375 3.44 0.00061275 4.11 0.00010130 3.17-3.41 0.00010-0.00005115 3.02 0.0001063 1.92 0.0004037 1.58-1.25 0.00039-0.0013928 1.49 0.0003024 1.19 0.0004020 1.22 0.00035

TIPO DE SUELO PENDIENTE (S) °/oosuelos sueltos 0.5-1suelos francos 1.5-2.5

suelos arcillosos 3-4.5

http://es.slideshare.net/CarlosPajuelo/hidraulica-de-canales-pedro-rodriguez

- En el caso del canal Alimentador Reservorio Tinajones S=1°/oo Q=70m3/s

- Canal de Irrigación Chira del Proyecto CHIRA-PIURA S=0.35 °/oo.

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)

- El valor de “n” depende del tipo de material de las paredes del canal y de las convención del mismo, esto porque con el tiempo la asperosidad de las paredes producidas por la erosión del agua aumenta el valor de “n”

- El crecimiento de vegetación (yerbas) en el canal disminuye la capacidad de conducción del canal llegando estos valores a un 40%.

- El ing. PABLO BESTRAIN de la Secretaría de Recursos Hidráulicos de México propone la Fórmula para un canal de rugosidad diferente en las paredes.

nc=√ p .n2+…+ pnn2

p1+ p2+… pn

n= coef. De rugosidad compueston1,n2,n3 = coef. De rugosidad parcialesp1,p2,p2 = perímetros parciales

n=[P1 (n1 )1.5+P2 (n2)

1.5+…Pn (nn )1.5 ]

23

P23

Dónde:n=¿Valor de rugosidad único para todo el perímetroP1=¿Perímetro en la sección del área A1n1=¿Rugosidad en la sección del área A1P2=¿Perímetro húmedo en la sección del área A2n2=¿Rugosidad en la sección de área A2P=¿Perímetro húmedo total

OTRO CASO DE RUGOSIDAD COMPUESTA

Cuando la forma de la sección de la sección transversal del canal permite por lógica suponer que la velocidad sea única en los elementos del área, la RUGOSIDAD se estima mediante la Fórmula.

n= A53

P43

× 1

A153

n1 (P1 )23

+A2

53

n2 (P2 )23

+An

53

nn (P )23

En los dos casos cuando se ha obtenido el valor de n, este se introduce en la fórmula de Manning para el cálculo en la sección total.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/manning/manning.html

n0.0250.0250.0290.0400.0260.0170.0200.0250.0300.040

n0.025

0.20-0.0220.01

0.011-0.0120.0140.0160.027

0.012-0.0130.014-0.017

0.025 (0.018)0.0130.0160.014

0.04-0.060.025-0.0350.020-0.030

Asfalto con Superficie lisaConcreto asfáltico

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD EN TUNELESRoca con superficie muy rugosaRoca con superficie bien definidaRoca protegida con cncreto lanzado neumáticamente

con acabados muy buenoscon radios hidraúlicos 3m

con radios lanzado con neumáticoLosas de concreto con juntas suaves y superficie lisa (madera suave, metal)Concreto con cemento PORTLANDManpostería (De piedra)

con radios hidraúlicos hasta 6m

CANALES ABIERTOS REVESTIDOSRevestidos de Arcilla (Q hasta 35 m3/s)Canales con capacidad Q mayor de 35 m3/sRevestimiento plásticos, cobre, sup muy lisasRevestidos de concreto:

Canal excavado en roca usando explosivosCanal con una ladera en talúd revestido de concreto y la otra ladera sin revestir

Canales naturales de tierra, libre de vegetaciónCanales naturales dcon algunas vegetación y piedras en el fondoCanales naturales con adundante vegetaciónArroyos de montañas con muchas piedras

Canales de tierra en buenas condiciones

VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD "n" EN LA FORMULA DE MANNINGCANALES ABIERTOS SIN REVESTIR

Canal excavado en arcilla con depósitos de arena límpia.Canal recto escavado en arena fina y compactaCanal excavado en depósitos aluviales

TALUDES RECOMENDABLES PARA CANALES

Es el valor que ofrece estabilidad de los taludes, evitándose derrumbes de las paredes del canal.

El U.S BEREAU OF RECLAMATION, recomienda un TALUD UNICO 1.5:1 para los CANALES usuales en sus DISEÑOS.

http://es.slideshare.net/darkat123/manual-diseo-de-canales

CURVATURA HORIZONTAL

- Cuando un canal tiene curvas debe tener RADIOS RECOMENDABLES de las mismas. Así para:. Capacidad de pequeña capacidad: (60-700) lts/s.D (tirante del canal); T (Ancho superficial del pelo de agua) (m). Para canales Grandes: Q > 700 lts/s

--

- La sobreelevación que se produce de la superficie de agua en curvas como se ve en la figura anterior es :

h=V 2T / gR

Criterios para diseño de curvas horizontales en canales

Los niveles de agua, cuando se presentan curvas en canales, tienden a variar por efecto de la sobreelevación, con respecto al nivel medio del agua, que la fuerza centrífuga genera en la parte exterior de la curva mientras que es su parte interior aparece una depresión en el nivel del agua.

El inconveniente con estos cambios de elevación generados por las curvas en canales pueden ir desde socavaciones o deposiciones excesivas en estos puntos , si hablamos de canales no revestidos, hasta perturbaciones de estructuras hidráulicas, como compuertas o vertederos, ubicada aguas debajo de estas curvas, de igual manera no se puede perder de vista la posibilidad de desbordamiento del canal, por falta del borde libre.

Por lo tanto, para los efectos del diseño de canales, es importante en extremos reducir al mínimo el número de curvas o cambios de dirección en el alineamiento del canal.

Hay diferentes formas de diseñar las curvas horizontales en los canales tomando en cuenta algunos criterios:

Sobreelevación del nivel de agua por efecto de las curvas en canales

Se tiene la siguiente expresión para determinar aproximadamente cual es la sobreelevación del nivel del agua.

Δy: Es la sobreelevación con respecto a la superficie libre horizontal(m).

C: Coeficiente que depende del tipo de régimen de flujo en el canal y la seccion transversal de este:

Régimen Sección Transversal C

Subcrítico Rectangular, Trapezoidal 0,5

Supercrítico Rectangular, Trapezoidal 1,0

V: velocidad media en el canal.

B: ancho del canal (m).

Ro: radio de curva, medido con respecto al eje del canal (m).

El efecto de la sobreelevación generada por las curvas en canales es mayor para las condiciones supercríticas del flujo, dadas las mayores velocidades presentes en este tipo de régimen.

Radios mínimos de curvas horizontales

Hay criterios generales que relacionan el radio de curvatura mínima tanto con el caudal como con el tipo de régimen:

Velocidad media en el canal.(m/s).B: ancho del canal. (m)y: profundidad del flujo.(m)

En régimen subcrítico, en el diseño de curvas horizontales se debe tomar en cuenta el efecto del flujo helicoidal que se produce con el cambio de dirección.

Para disminuir este efecto, el radio de curvatura en el eje del canal se deberá calcular tomando en cuenta lo siguiente:

Donde rc es el radio de curvatura por el eje del canal, Δy es el desnivel entre tirantes, re es el radio exterior y ri es el radio interior.

En caso de que esto no se cumpla se debe repetir el cálculo con un nuevo rcLas modificaciones en el comportamiento del flujo en la curva de un canal, producen pérdidas de energía en el escurrimiento en adición a las que ocurren por efecto de la fricción. La pérdida local de energía debida a la curva, debera calcularse con la siguiente ecuación.

Dónde:Ht: pérdida total al final de la curva.hc: Pérdida por la curva.

hf: pérdida por fricción en el tramo en curva.S: pendiente en el tramo en curva.L: longitud del tramo en curva.

La eliminación de perturbaciones en las curvas en régimen supercrítico es un problema difícil de resolver, por lo que se debe evitar en lo posible el diseño de este tipo de curvas. En canales trapeciales los taludes favorecen sobreelevaciones excesivas, por lo que no se deben diseñar curvas en régimen supercrítico en este tipo de canales.En caso de tener que diseñar estos canales se debe utilizar canales de sección rectangular y de acuerdo con los siguientes alineamientos.El radio medio rc, debe satisfacer la siguiente condición:

rc /B > 4*F2

Donde B y F son el ancho de superficie libre del agua y el número de Froude respectivamente, antes de la curva.Para reducir el efecto de la sobreelevación se debe dar una pendiente transversal a la plantilla, a fin de equilibrar la componente del peso del agua en la dirección radial con la fuerza centrífuga, la pendiente se la calculara mediante:

Donde St es la pendiente transversal.

Para evitar cambios bruscos en las características del flujo, la pendiente debe proporcionarse en forma gradual, desde cero y aumentando linealmente:

 

En el tramo en curva, se debe mantener la pendiente longitudinal sobre la pared exterior de la curva, dando la pendiente transversal hacia la pared interior.

FUENTE: https://es.scribd.com/doc/135663634/Criterios-para-diseno-de-curvas-horizontales-en-canales#download

BORDE LIBRE (f)

Como resguardo contra posibles ingresos de agua al canal procedente de lluvias y efectos de oleaje por el viento sobre la superficie de agua que puedan verter sobre los bordes del perfil, especialmente sobre los terraplenes.

Según Gómez navarro: En canales sin revestir f varía de 0.30 hasta 1.20m.

EL BUREAU OF RECLAMATION: Recomienda estimar el borde libre con la siguiente Fórmula: f=0.55√cd; donde f= borde libre (m), d =Tirante de agua (m). c = 1.5 (Q <= 600 lts/s) ; c = 2.5 (Q = 80 m3/s).

BORDE LIBRE (m) CAPACIDAD (m3/s)0.15 0.27-0.80

0.15-0.30 0.80-8.000.30-0.60 8.00-60.000.60-0.90 60.00-285

Según la secretaría de recursos Hidráulicos de México: recomienda los siguientes valores en función del caudal.

CAUDAL (m3/s) REVESTIDO (cm) SIN REVESTIR (cm)

<= 0.05 7.50 10.000.05-0.25 10.00 20.000.25-0.50 20.00 40.000.50-1.00 25.00 50.00

>1.00 30.00 60.00

Según MAXIMO VILLÓN, borde libre en función de la plantilla del canal.

ANCHO DE LA PLANTILLA (m) BORDE LIBRE (m)Hasta 0.8 0.40

0.8-1.5 0.501.5-3.0 0.60

3.0-20.0 1.00

BANQUETAS (C y V)

Se refiere a los caminos (V) ó Bermas (C) de un canal, dependiendo el ancho de la importancia del canal, y del fin perseguido, así para caminos.

- Principales de circulación de Maquinarias Pesada este ancho es de 6 m.- Para caminos de menor importancia: V = 3 m.- Las bermas sirven para el paso de peatones, para dar estabilidad del

Talud, detiene los derrumbes producidos por las lluvias en los Taludes.

CANALES (ORDEN ) BERMAS C (m) CAMINOS V (m)1° 1.00 6.002° 0.75 4.003° 0.50 3.00

- En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, según las necesidades del canal, igualmente cuando sea necesario la capa de rodadura puede ser una CARPETA ASFALTICA sobre el terraplén para evitar el desgaste del material por la INTENSIDAD DEL TRÁFICO.

ZANJAS DE CORONACIÓN

- Sirven para recolectar el agua de lluvia que baja por las laderas de los ceros impidiendo así que entre directamente al canal lo que produciría erosión en los bordes del canal.

- Son pequeñas acequias de 0.20 de tirante por 0.20 d plantilla con taludes m = 1, corre en forma más o menos paralela al canal, los puntos de salida al canal están aprox. (100-200m) para zonas lluviosas.

- El caudal de lluvias en estas zanjas pueden tomarse de 0.15 lts/s por metro de zanja, la pendiente de estas zanjas es aprox. De 1% y para el desfogue en el canal de agua proveniente de las zanjas se usa vertederos laterales cada 2 KM. Aprox.

DRENAJE

- Los DRENES o LLORADORES sirven para aliviar la presión hidrostática de agua subterránea o nivel freático que se acumula detrás del revestimiento del canal, evitando que lo levante o agriete principalmente cuando el canal está vacío o lleve poco caudal.

- Estos Drenes son huecos de Ø = 1” – 2”que se perforan en el fondo y taludes del canal revestido, descargando directamente al canal.

-

Sistema de drenaje para proteger un revestimiento de ladrillo en suelo de poca permeabilidad

-

PLANTILLA DEL CANAL

- El ancho de la misma está dada generalmente por RAZONES PRACTICAS CONSTRUCTIVAS de los canales revestidos: b mín = 0.30 mEjem: En el Diseño de la RED del PROYECTO TINAJONES, SE USÓ

ANCHO (m) (b) CAUDA (m3/s) (Q)0.40 0.060-0.1800.60 0.180-0.7200.80 2.00-10.006.40 70.00 (Canal alimentado)

Fuente: separatas Ing. Walter Morales Uchofen.

- Para Canales en TIERRA, es recomendable:d max=1

2 √A ,de la relación A=QV

Conociendo Q, V, A A=(b+zd ) , d=12 √A se puede encontrar bd

- Otra recomendación : Canales en Tierra:b/d = 3 (canales pequeños : Q = 60-180 lts/s)b/d = 8 (canales grandes : Q > 180 lts/s)

- Canales Revestidos:b/d = (1-2) (canales pequeños)b/d = 2 (canales grandes)

PERFIL LONGITUDINAL DEL CANAL

- Aunque es ampliamente conocido, recordando el CALCULO HIDRAULICO de un canal se obtiene de la Fórmula de MANNING:

Q= A R2 /3S1/2

n; V= R

2 /3S1/2

n; A=(b+zd )d ; P=2d √1+z2+b

R= AP;V=Q

A

Valores por lo general conocidos: Q, V, b, z, incógnita d = ?

- En el perfil longitudinal de un canal se producen PERDIDAS DE CARGA tanto por la fricción, lpor pérdidas de CARGA LOCALES, por Obras de Arte construídas en él:

- Por Bernoulli:-

Z1+d 1+V 12

2g=Z 2+d 2+V 2

2

2g+hf 1 (fricción )+hf 2(obras dearte)

DATOS BASICOS PARA EL PERFIL LONGITUDINAL

- PERFIL LONGITUDINAL del TERRENO por el Eje de Canal- PENDIENTE LONGITUDINAL de la variación e fondo del canal.- CAUDAL.- VELOCIDAD MEDIA y de Escurrimiento.- SECCION TRANSVERSAL.- TIRANTE NORMAL.- LOCALIZACION de las Obras de Arte.- CARGA HIDRAULICA necesaria en las tomas.

OBRAS DE ARTE MÁS USADAS EN CANALES (IRRIGACION)

FUENTE: https://es.scribd.com/doc/157744910/Simbologia-de-Canales

MECANICA DE SUEOS APLICADA A CANALES

- Este campo es sumamente importante como auxiliar para el Diseño de un Canal, lo que nos permitirá tener un conocimiento claro del comportamiento de los suelos por los que atraviesa el canal.

- Básicamente existen 3 niveles de estudio (gran visión de Conjunto, alternativas de anteproyectos y proyectos detallado) en las que en forma conjunta debe intervenir el INGENIERO ESPECIALISTA en IRRIGACIONES, EL ESPECIALISTA en Mecánica de Suelos y el Geólogo, de las conclusiones a que lleguen en sus apreciaciones dependerá el diseño definitivo del canal.

INFILTRACIÓN EN CANALES

- Este parámetro resulta ser de gran importancia para la evaluación económica de los canales que se van a ejecutar o de los que ya están ejecutados, el cálculo se efectúa en base a un examen de las propiedades hidráulicas del suelo donde intervienen muchas variables, razón por la cual aún no se han establecido ninguna regla general para el cálculo de este valor.

- Se considera de gran importancia antes de dar inicio a las obras, el estudio del perfil estratigráfico del suelo donde se construirá el canal, para esto se hacen perforaciones a lo largo del eje hasta una profundidad que va más allá del fondo del canal en un metro como mínimo, las perforaciones pueden hacerse como el “Auger Hole” o Barreno tipo holandés, uno cada 100 ó 200 metros, dependiendo de la longitud del canal.

- Con la información obtenida en campo, se elabora el perfil estratigráfico o textural

ENSAYO DE INFILTRACIÓN:

1). EXCAVACION DEL POZO.

Se excava una calicata de 1,0 x 1,0 cuyo fondo coincida con el fondo del canal a construir

2). EXACAVACION DEL POZO PARA EL TUBO Ø 2’’.

Se excava un hueco de 30 cm en el fondo de la calicata, se retiran las piedras y otros agentes extraños, para colocar el tubo en posición vertical dentro del hueco.

3). COLOCACION DEL TUBO Y RELLENO DEL POZO.

Se compacta el hueco alrededor del tubo apisonando el relleno muy bien en capas de 10 cm.

4). PRIMERA LLENADA DEL TUBO.

Se llena el tubo con agua y se deja 2 horas, tiempo que se estima suficiente para que el suelo alrededor del extremo inferior del tubo se sature.

5). SEGUNDA LLENADA DEL TUBO.

Transcurridas las dos horas, se vuelve a llenar el tubo y al cabo de una hora se mide el descenso, la operación se repite cada hora y el ensayo termina cuando el descenso se hace constante.

6). MEDICION DEL DESCENSO Y TERCERA LLENADA DEL TUBO.

7). REPETICION DEL PROCESO INDICADO EN N° 6 HATAS TENER EN LOS NTERVALOS DE 1 HORA DESCENSOS APROXIMADAMENTE IGUALES.

Por requerir un ensayo, aproximadamente un día entero (supuesto suelos cohesivos) se recomienda de efectuarlo al mismo tiempo en 2 a 4 sitios

Cuando se presentan descensos fuertes (mayores de 5 cm/hora) reducir los intervalos a ½ y ¼ de hora.

Cálculo de la PermeabilidadEl factor de permeabilidad, se calcula según la ecuación:

K= Q5.5×R×H ×T

Donde:Q=cm3de agua puesta encada intervalo dedescenso constante .R=Radio interior del tuboencm .H=Altura del aguaenel tubo(100cm)T=Intervalo deobservación en segundos .

Cálculo de la Magnitud de la InfiltraciónSegún Darcy, ésta se calcula mediante la ecuación:

q=K ×I× ADonde:

q=Volumendel agua en cm3seg

.

K=Factor de permeabilidad en cmseg.

I=Gradiente Hidráulicoocarga hidráulica,que eneste caso por tratarsedeun flujo vertical ,el valor se acercaauno , siempreque el espesor de lacapa impermeable del subsuelo seamúltiplodel espesor de laláminadeagua enel canal .A=área considerada encm2 , se toma1m 2comoárea unitaria y paranuestro casotenemos :

Valores de Permeabilidad de Varios Suelos

Los suelos con permeabilidad de 10−4 a 10−6, son generalmente para canales pequeños y aquellos con permeabilidad menor a 10−6 son propios para canales de cualquier longitud y magnitud.

TIPO DE MATERIAL K (cm/seg)Grava limpia 10Arena Limpia Mezclada con grava

10-1 - 10-3 muy permeable

Arenas frías mezcladas con limo

10-3 - 10-5 poco permeable

Depósito de arcilla en estratos

10-5- 10-7 casi permeable

Arcilla Homogéneas 10-7- 10-9 impermeables

METODOS INDIRECTOS (FORMULAS EMPIRICAS O APROXIMADAS).

Para estimar la pérdida en canales revestidos sugieren la siguiente ecuación:

q=0.45×C × P× L4×106+3650√v

×H13

Donde:q=pérdidasde influencia enm 3 por longitud decanal por día .

L=longitud del canal (m ) .P=perímetro mojado (m) .

H=Altura deaguaen elcanal (m ) .

v=Velocidaddel aguaen elcanal( mseg ).C=Constante quedepende del tipoderevestimiento .

TIPO DE REVESTIMIENTO Y ESPESOR

VALOR DE C

Hormigón 10 cm 1Arcilla en masa 15cm 4Asfalto Ligero 5Arcilla 7.6 cm 8Mortero de cemento y asfalto 10

EL BEREAU OF RECLAMATIONPropone la siguiente ecuación llamada de MoritzEsta fue aprobada en 8 distintos sistemas de canalización.

q=0.2×C×√QVDonde:

q=pérdidas por infiltración en pies3 /seg /milla decanal .Q=Caudal enel canal ( pies3/seg ) .

v=Velocidaddel aguaen elcanal( piesseg ) .C=Constante quedepende del tipo desuelo

TIPO DE SUELO VALORES DE C

Grava cementada y capa dura con franco arenoso

0.34

Arcilloso y franco arcilloso 0.41

Franco Arenoso 0.66

Cenizas volcánicas 0.68

Arena cenizas volcánicas o arcilla 1.20

Arenoso con roca 1.68

Arenoso con grava 2.20

REVESTIMEINTO EN CANALES

FACTORES DE QUE DEPENDE LA ELECCION DEL REVESTIMIETNO:

A. PROPIEDADES DEL SUELO:- Se han producido quebraduras y otros deterioros al revestir de

concreto sobre arcillas expansivas, roca calcárea.B. TOPOGRAFÍA:

- Si la topografía es accidentada se puede adoptar los canales revestidos de concreto.

C. NIVEL FREÁTICO.- Se debe tener en cuenta el nivel freático con respecto a la cota de

fondo del canal.D. DURACION:

- Depende del tipo de revestimiento, calidad de los materiales, del clima y mantenimiento.

- Duración útil de revestimiento de concreto 40años.E. DISPONIBILIDAD DE MATERIALES:

- Por razones económicas, es muy importante en el caso de revestimientos permanentes de gran espesor que el material necesario para construirlos se encuentre en el lugar de las obras.

F. COSTOS.- El costo de un determinado revestimiento ha de compararse con los

beneficios que pueden obtenerse.

ESPESORES DE REVESTIMIENTOS:

(BUREAU OF RECLAMATION)

CONCRETO SIN REFORZAR

Q (m3/s) e (cm)<= 10 9

5.0-10.0 1050-100 11

CONCRETO REFORZADO

<=5 55.0-10.0 810.0-50 950-100 10

CONCRETO AZFALTICO<=10 5

10.0-50.0 850.0-150.0 10

CONCRETO LANZADO SHOTCRETE

<=2 32 - 5.0 4

5.0-10.0 410.0-15.0 5

FUENTE: http://www.usbr.gov/main/about/mission.html

JUNTAS

Las juntas se efectúan para evitar la fisuración de los paños debido a los movimientos por las dilataciones y contracciones del hormigón del revestimiento del canal.

Por intermedio de las juntas se puede escapar agua originando pérdidas localizadas, se debe evitar estas infiltraciones, ya que causan fenómenos de arrastre de partículas entre revestimiento y suelo.

La forma y disposición de las juntas depende del tipo de sección transversal usada y del método constructivo usado en el canal (molde deslizante o paños alternados).

Cuatro clases de JUNTAS se usan normalmente para CNALES REVESTIDOS.

- Juntas de construcción- Juntas Trasversales de Contracción- Juntas Longitudinales de Contracción - Juntas de Expansión.

1.Juntas de Construcción.- Se ubica en cualquier lugar apropiado durante la construcción (interrupción del trabajo). Usualmente se hace coincidir con una junta transversal, longitudinal o de expansión.

2. Juntas Transversales de Contracción.- Se colocan para controlar el FISURAMIENTO en este sentido producido por contracción del concreto durante el fraguado, o cambios de volumen causados por las variaciones de temperatura o de la humedad, se colocan en forma obligatoria.

Se recomienda los siguientes espaciamientos para concreto simple:

Lprom = 50 e' (donde e’ es el espesor de la junta)

ESPESOR ( e ) ESPACIAMIENTO(cm) Aproximado (L) (m)5-6.5 3.0

7.5-10 3.5-4.5

3. Juntas Longitudinales de Contracción.- Son usadas para controlar el fisuramiento irregular de losas sin refuerzo, donde el perímetro del revestimiento es de 9 m a más y espaciados de 2.5 a 4.5 m.

4. Juntas de Expansión.- No requieren ordenamiento exacto sino que se colocan cuando el revestimiento se une con estructuras fijas.

MEZCLA DE CONCRETO

Las proporciones varían de acuerdo a la resistencia y a la compresión (f’c). Esta resistencia dependerá del tipo de la obra. Se trabaja generalmente con concretos de 140; 175; 210 kg/cm2; otros pueden ser de más alta resistencia.

- En el caso de climas severos con amplios rangos de variación de temperatura, la relación A/C debe bajarse a 0.53 + 0.02 y las resistencias cilíndricas de los concretos aumentarse a 175 Kg/cm2 para canales pequeños a medianos y 210 Kg/cm2 para canales de medianos a grandes.

- En el caso de que el suelo se presenten Sulfatos Solubles de sodio, magnesio, calcio o potasio, en cantidades apreciables (+0.10%) se usarán Cementos Tipo II a Tipo V.

FUENTE: https://es.scribd.com/doc/98181877/Juntas-de-Canales

SECCIONES DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal es el volumen por excavar; este a su vez depende de la sección transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar la menor excavación para conducir un caudal dado, conocida la pendiente. La forma que conviene dar a una sección de magnitud dada, para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se ha llamado “sección de máxima eficiencia hidráulica”.

Considerando un canal de sección constante por el que debe pasar un caudal máximo, bajo las condiciones impuestas por la pendiente y la rugosidad; de la ecuación del caudal:

Dónde: n, A y S son constantes; luego, la ecuación del caudal puede expresarse

como:

Siendo K una constante.

En la segunda ecuación observamos que el caudal será máximo si el radio hidráulico es máximo, o sea que R = A / P es máximo

De esta ecuación como A es constante, R será máximo si P es mínimo, es decir Q es máximo si P es mínimo, para A constante.

RELACIONES GEOMETRICAS

Sección trapezoidal

Considerando un talud Z conocido (constante)

Sabemos que:

Sabemos que Qmax si Pmin, y:

Luego, derivando en función del tirante, se tiene:

Sustituyendo:

Calculo de en función de θ:

De la figura:

θ = ángulo de inclinación de las paredes del canal con la

horizontal Luego:

Expresando en función del ángulo mitad, se tiene:

Luego, sustituyendo las dos últimas expresiones resulta:

Relación entre el ancho de solera y el tirante

Reemplazando:

La cual representa la relación entre el ancho de solera y el tirante en un canal trapezoidal para una sección de máxima eficiencia hidráulica.

Para el caso particular de un canal rectangular, se tiene

Relación entre el radio hidráulico y el

tirante

Sabemos que:

Sustituyendo resulta:

Lo que indica que en una sección de máxima eficiencia hidráulica de forma trapezoidal o rectangular (para cualquier valor de Z), el radio hidráulico es igual a la mitad del tirante

Condición de máxima eficiencia hidráulica para talud variable. En este caso se busca de todas las secciones trapezoidales variables, cual es el talud más eficiente, para ello y se considera constante

De:

Finalmente:

Los elementos geométricos para seis secciones hidráulicas óptimas se muestran en la siguiente tabla, pero no siempre esas secciones son prácticas, debido a dificultades en la construcción y en el uso de material. En general, una sección de canal debe diseñarse para cumplir una eficiencia hidráulica óptima pero debe modificarse para tener en cuenta aspectos constructivos. La sección hidráulica óptima es la sección que de un área mínima para un caudal determinado pero no necesariamente la mínima excavación. El principio de la sección hidráulica óptima se aplica solo al diseño de canales no erosionables.Para canales erosionables, debe utilizarse el principio de la fuerza tractiva para determinar una sección eficiente

TRAZO Y DISEÑO DE CANALES HIDRAÚLICA APLICADA

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO - FICSA 60