diseño geometrico e hidraulico de canales

7/30/2019 diseo geometrico e hidraulico de canales

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TOPOGRAFIA DE CANALES

La topografa y el rgimen de Lluvias de la zona cafetera favorecen la escorrenta, quees la responsable de la mayora de los fenmenos erosivos. En muchos tipos de

suelos no es conveniente ni posible propiciar una mayor infiltracin porque latopografa no lo permite, y por el peligro de remociones masales, por lo cual esnecesario evacuar la escorrenta de los predios agrcolas y conducirla hasta loscauces naturales. En este capitulo se presentan los principales sistemas para laevacuacin de aguas, as como los mtodos para el calculo de la escorrenta critica.Igualmente, se dan los criterios y bases para la seleccin, diseo, calculo y trazado deacequias de ladera, canales de desviacin y de drenaje. Finalmente, se presentanalgunas obras complementarias tales como saltos, vertederos, muros, trinchos,gaviones y empalizadas, que son necesarias para la proteccin de vas y caucesnaturales o artificiales, contra la fuerza del agua concentrada.

En un proyecto de irrigacin la parte que comprende el diseo de los canales y

obras de arte, si bien es cierto que son de vital importancia en el costo de laobra, no es lo ms importante puesto que el caudal, factor clave en el diseo yel ms importante en un proyecto de riego, es un parmetro que se obtienesobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climticas, mtodos deriego, etc., es decir mediante la conjuncin de la relacin agua suelo plantay la hidrologa, de manera que cuando se trata de una planificacin de canales,el diseador tendr una visin mas amplia y ser mas eficiente, motivo por locual el ingeniero agrcola destaca y predomina en un proyecto de irrigacin

1. Canales de riego por su funcin.-

Los canales de riego por sus diferentes funcionesadoptan las siguientesdenominaciones:

Canal de primer orden.- Llamado tambin canal madre o de derivacin y se letraza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo ladoya que por el otro lado da con terrenos altos.

Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salendel canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub laterales, el rea de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego.

Canal de tercer orden.- Llamados tambin sub laterales y nacen de loscanales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las

propiedades individuales a travs de las tomas del solar, el rea de riego quesirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.

De lo anterior de deduce que varias unidades de rotacin constituyen unaunidad de riego, y varias unidades de riego constituyen unsistema de riego,este sistema adopta el nombre o codificacin del canal madre o de primerorden.

2. Elementos bsicos en el diseo de canales.-

Se consideran algunos elementos topogrficos, secciones, velocidadespermisibles, entre otros:

Trazo de canales.- Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canaleses necesario recolectar la siguienteinformacin bsica:
http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/Arte_y_Cultura/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/plane/plane.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/sisinf/sisinf.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/sisinf/sisinf.shtmlhttp://www.monografias.com/http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/Arte_y_Cultura/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/plane/plane.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/sisinf/sisinf.shtml


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Fotografas areas, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo, vasde comunicacin, etc.

Planos topogrficos y catastrales. Estudios geolgicos, salinidad,suelosy dems informacin que pueda

conjugarse en el trazo de canales.

Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinetedando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde sehacen los ajustes necesarios, obtenindose finalmente el trazodefinitivo.

En el caso de no existir informacin topogrfica bsica se procede alevantar el relievedel canal, procediendo con los siguientes pasos:

Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotndose todos los detalles queinfluyen en la determinacin de un eje probable de trazo, determinndose el puntoinicial y el punto final.

Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topogrfica, clavandoen el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento conteodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelar la poligonal y se har ellevantamiento de secciones transversales, estas secciones se harn de acuerdo acriterio, si es un terreno con una alta distorsin de relieve, la seccin se hace a cada 5m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la seccin es mximo acada 20 m.

Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo encuenta la escala del plano, la cual depende bsicamente de latopografa de la zona yde la precisin que se desea:

Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500.

Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a1:2000.

Radios mnimos en canales.- En el diseo de canales, elcambio brusco dedireccinse sustituye por una curva cuyo radiono debe ser muy grande, y debe escogerse unradio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significaningn ahorro de energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, encambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayordesarrollo.

Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:

Tabla DC01. Radio mnimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s

Capacidad del canal Radio mnimo

Hasta 10 m3/s 3 * ancho de la base

De 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base



De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base
http://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/geomorfologia/geomorfologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/geomorfologia/geomorfologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos14/topograf/topograf.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/topograf/topograf.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/ahorro-inversion/ahorro-inversion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/geomorfologia/geomorfologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos14/topograf/topograf.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/ahorro-inversion/ahorro-inversion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtml


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Los radios mnimos deben ser redondeados hasta el prximo metro superior TablaDC02. Radio mnimo en canales abiertos en funcin del espejo de agua

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE

Tipo Radio Tipo Radio

Sub canal 4T Colector principal 5TLateral 3T Colector 5T

Sub lateral 3T Sub colector 5T

Siendo T el ancho superior del espejo de agua

Tabla DC03. Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s

Capacidad del canal Radio mnimo

20 m3/s 100 m

15 m3/s 80 m

10 m3/s 60 m

5 m3/s 20 m

1 m3/s 10 m

0,5 m3/s 5 m

Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mnimo que ms se ajustea nuestro criterio.

Elementos de una curva.-

A = Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C = Cuerda larga, es la cuerda que sub tiende la curva desde PC hasta PT.

= Angulo de deflexin, formado en el PI.

E = External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.

F = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de lacurva a la cuerda larga.

G = Grado, es el ngulo central.

LC = Longitud de curva que une PC con PT.

PC = Principio de una curva.

PI = Punto de inflexin.

PT = Punto de tangente.

PSC = Punto sobre curva.

PST = Punto sobre tangente.

R = Radio de la curva.

ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.

Rasante de un canal.- Una vez definido el trazo del canal, se proceden adibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas ms usuales son de1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentidovertical, normalmente la relacin entre la escala horizontal y vertical es de 1 a10, el dibujo del perfil es recomendable hacerlo sobre papel milimetrado

transparente colorverde por ser ms prctico que el cnson y adems el colorverde permite que se noten las lneas milimtricas en las copias ozalid.
http://www.monografias.com/trabajos13/histarte/histarte.shtml#ORIGENhttp://www.monografias.com/trabajos5/recicla/recicla.shtml#papelhttp://www.monografias.com/trabajos5/colarq/colarq.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/histarte/histarte.shtml#ORIGENhttp://www.monografias.com/trabajos5/recicla/recicla.shtml#papelhttp://www.monografias.com/trabajos5/colarq/colarq.shtml


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Para el diseo de la rasante se debe tener en cuenta:

o La rasante se debe efectuar sobre la base de una copia ozalid

del perfil longitudinal del trazo, no se debe trabajar sobre un borradorde l hecho a lpiz y nunca sobre el original.o

Tener en cuenta los puntos de captacin cuando se trate de uncanal de riego y los puntos de confluencia si es un dren.o La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual

a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esta no esposible debido a fuertes pendientes, se proyectan cadas o saltos deagua.o Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas

hidrulicas, chequeando siempre si la velocidad obtenida essoportada por el tipo de material donde se construir el canal.o El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar

como mnimo la siguiente informacin.o Kilometraje

o Cota de terrenoo Cota de rasante

o Pendiente

o Indicacin de las deflexiones del trazo con los elementos de

curvao Ubicacin de las obras de arte

o Seccin o secciones hidrulicas del canal, indicando su

kilometrajeo Tipo de suelo

T = Ancho superior del canal

b = Plantilla

z = Valorhorizontal de la inclinacin del talud

C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., segn elcanal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.

V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., segnel canal sea de tercer, segundo o primer ordenrespectivamente.

H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal.
http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml


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En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos mrgenes,segn las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de0,10 m. a veces no ser necesaria, dependiendo de la intensidad deltrafico.

1. Seccin Hidrulica Optima

Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica.

Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la mismarea y pendiente conduce el mayor caudal, sta condicin est referida a unpermetro hmedo mnimo, la ecuacin que determina la seccin de mximaeficiencia hidrulica es:

siendo q el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z)

Determinacin de Mnima Infiltracin.

Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua porinfiltracin en canales de tierra, esta condicin depende del tipo de suelo y deltirante del canal, la ecuacin que determina la mnima infiltracin es:

La siguiente tabla presenta estas condiciones, adems del promedio el cual serecomienda.

Tabla DC04. Relacin plantilla vs. tirante para, mxima eficiencia, mnimainfiltracin y el promedio de ambas.

Talud Angulo MximaEficiencia

MnimaInfiltracin

Promedio

Vertical 9000 2.0000 4.0000 3.0000

1 / 4 : 1 7558 1.5616 3.1231 2.34231 / 2 : 1 6326 1.2361 2.4721 1.8541

4 / 7 : 1 6015 1.1606 2.3213 1.7410

3 / 4 : 1 5308 1.0000 2.0000 1.5000

1:1 4500 0.8284 1.6569 1.2426

1 : 1 3840 0.7016 1.4031 1.0523

1 : 1 3341 0.6056 1.2111 0.9083

2 : 1 2634 0.4721 0.9443 0.7082

3 : 1 1826 0.3246 0.6491 0.4868

De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde elngulo a que forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquierseccin de mxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2

donde: R = Radio hidrulico
http://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tierreco/tierreco.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tierreco/tierreco.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tierreco/tierreco.shtml


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y = Tirante del canal

No siempre se puede disear de acuerdo a las condiciones mencionadas, alfinal se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseopropio para cada situacin.

2. Diseo de secciones hidrulicas.-

Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material delcuerpo del canal, coeficiente de rugosidad, velocidad mxima y mnimapermitida, pendiente del canal, taludes, etc.

La ecuacin ms utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresin es:

donde:

Q = Caudal (m3/s)

n = Rugosidad

A = Area (m2)

R = Radio hidrulico = Area de la seccin hmeda / Permetro hmedo

En la tabla DC06, se muestran las secciones ms utilizadas.

Criterios de diseo.- Se tienen diferentes factores que se consideran enel diseo de canales, aunque el diseo final se har considerando lasdiferentes posibilidades y el resultado ser siempre una solucin decompromiso, porque nunca se podrn eliminar todos los riesgos ydesventajas, nicamente se asegurarn que la influencia negativa seala mayor posible y que la solucin tcnica propuesta no seainconveniente debido a los altos costos.

a. Rugosidad.- Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales

del mismo, vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radiohidrulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando sedisea canales en tierra se supone que el canal est recientementeabierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor derugosidad inicialmente asumido difcilmente se conservar con eltiempo, lo que quiere decir que en al prctica constantemente se harfrente a un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente tabla nos davalores de "n" estimados, estos valores pueden ser refutados coninvestigacionesy manuales, sin embargo no dejan de ser unareferencia para el diseo:

Tabla DC05. Valores de rugosidad "n" de Manning

n Superficie

0.010 Muy lisa,vidrio, plstico,cobre.
http://www.monografias.com/trabajos13/progper/progper.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/costos/costos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/maca/maca.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos13/progper/progper.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/costos/costos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/maca/maca.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBRE


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0.011 Concreto muy liso.

0.013 Madera suave, metal, concretofrotachado.

0.017 Canales de tierra en buenas condiciones.

0.020 Canales naturales de tierra, libres de vegetacin.

0.025 Canales naturales con alguna vegetacin y piedras esparcidas en el fondo

0.035 Canales naturales con abundante vegetacin.

0.040 Arroyos de montaa con muchas piedras.

Tabla DC06. Relaciones geomtricas de las secciones transversales msfrecuentes.

b. Talud apropiado segn el tipo de material.- La inclinacin de las paredeslaterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clasede terreno donde estn alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATIONrecomienda un talud nico de 1,5:1 para sus canales, a continuacin sepresenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material:

Tabla DC07. Taludes apropiados para distintos tipos de material

MATERIAL TALUD (horizontal :

vertical)Roca Prcticamente vertical

Suelos de turba y detritos 0.25 : 1

Arcilla compacta o tierra con recubrimiento de 0.5 : 1 hasta 1:1
http://www.monografias.com/trabajos/histoconcreto/histoconcreto.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/histoconcreto/histoconcreto.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/histoconcreto/histoconcreto.shtml


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concreto

Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandescanales

1:1

Arcilla firma o tierra en canales pequeos 1.5 : 1

Tierra arenosa suelta 2:1

Greda arenosa o arcilla porosa 3:1

Fuente: Aguirre Pe, Julin, "Hidrulica de canales", Dentro Interamericano deDesarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974

Tabla DC08. Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo

MATERIAL CANALES POCOPROFUNDOS

CANALESPROFUNDOS

Roca en buenas condiciones Vertical 0.25 : 1

Arcillas compactas oconglomerados

0.5 : 1 1 : 1

Limos arcillosos 1 : 1 1.5 : 1Limos arenosos 1.5 : 1 2 : 1

Arenas sueltas 2 : 1 3 : 1

Concreto 1 : 1 1.5 : 1

Fuente: Aguirre Pe, Julin, "Hidrulica de canales", Dentro Interamericano deDesarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974

c. Velocidades mxima y mnima permisible.- La velocidad mnima permisible esaquella velocidad que no permite sedimentacin, este valor es muy variable yno puede ser determinado con exactitud, cuandoel agua fluye sin limo este

valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento delas plantas, en canales de tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidadapropiada que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento deplantas en el canal.

La velocidad mxima permisible, algo bastante complejo y generalmente seestima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientestablas nos dan valores sugeridos.

Tabla DC09. Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin

MATERIAL DE LACAJA DEL CANAL

"n"

Manning

Velocidad (m/s)

Agualimpi

a

Agua conpartculascoloidales

Aguatransportandoarena, grava o

fragmentos

Arena fina coloidal 0.020 1.45 0.75 0.45

Franco arenoso nocoloidal 0.020 0.53 0.75 0.60

Franco limoso nocoloidal

0.020 0.60 0.90 0.60
http://www.monografias.com/trabajos10/venez/venez.shtml#terrhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/plantas/plantas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/venez/venez.shtml#terrhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/plantas/plantas.shtml


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Limos aluviales nocoloidales

0.020 0.60 1.05 0.60

Franco consistentenormal

0.020 0.75 1.05 0.68

Ceniza volcnica 0.020 0.75 1.05 0.60

Arcilla consistentemuy coloidal 0.025 1.13 1.50 0.90

Limo aluvial coloidal 0.025 1.13 1.50 0.90

Pizarra y capas duras 0.025 1.80 1.80 1.50

Grava fina 0.020 0.75 1.50 1.13

Suelo francoclasificado no coloidal

0.030 1.13 1.50 0.90

Suelo francoclasificado coloidal

0.030 1.20 1.65 1.50

Grava gruesa nocoloidal

0.025 1.20 1.80 1.95

Gravas y guijarros 0.035 1.80 1.80 1.50

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978

Para velocidades mximas, en general, los canales viejos soportan mayoresvelocidades que los nuevos; adems un canal profundo conducir el agua amayores velocidades sinerosin, que otros menos profundos.

Tabla DC10. Velocidades mximas en hormign en funcin de su resistencia .

RESISTENCIA,

enkg/cm2

PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS

0.5 1 3 5 10

50 9.6 10.6 12.3 13.0 14.1

75 11.2 12.4 14.3 15.2 16.4

100 12.7 13.8 16.0 17.0 18.3

150 14.0 15.6 18.0 19.1 20.6

200 15.6 17.3 20.0 21.2 22.9

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978

Esta tabla DC10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S.BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimientode canales de hormign no armado, las velocidades no deben exceder de 2.5m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante.

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 elcalculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del aguaen un canal, se puede originar por causas incontrolables.

La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde librecon la siguiente formula:
http://www.monografias.com/trabajos11/mundi/mundi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/mundi/mundi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/mundi/mundi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml


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donde: Borde libre: en pies.

C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3/ seg., y hasta 2.5 para caudales del ordende los 3000 pies3/seg.

Y = Tirante del canal en pies

La secretara deRecursos Hidrulicos de Mxico, recomienda lossiguientes valores en funcin del caudal:

Tabla DC11. Borde libre en funcin 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 Alimentacin, Boletn Tcnico N- 7"Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978

Mximo Villn Bjar, sugiere valores en funcin de la plantilla del canal:

Tabla DC12. Borde libre en funcin de la plantilla del canal

Ancho de la plantilla (m) Borde libre (m)

Hasta 0.8 0.4

0.8 1.5 0.5

1.5 3.0 0.6

3.0 20.0 1.0

3. ESCORRENTIA

La escorrenta es el agua sobrante de las Lluvias que no alcanza a penetrar en elsuelo, escurre por la superficie en los terrenos pendientes y se va concentrando encauces naturales hasta Ilegar a las quebradas y los ros. La escorrenta tendr unmayor volumen y velocidad a medida que las Lluvias sean mas intensas y la pendientesea mas inclinada y prolongada. Si esta ocurre en terrenos desnudos, produce elarrastre del suelo en laminas, surcos y crcavas.

FACTORES OUE INFLUYEN EN LA ESCORRENTIA
http://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtmlhttp://www.monografias.com/http://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml


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La superficie del suelo determina una rugosidad. Mientras masliso sea el piso, el agua fluya con mayor facilidad aumentando el volumende escorrenta, su velocidad y energa.

Capacidad de infiltracin del suelo. Esta determinada

principalmente por la textura, la estructura, la presencia de grietas y races,y la uniformidad del perfil. A mayor capacidad de infiltracin, habr menorporcentaje de escorrenta. La compactacin de los suelos, principalmentelos arcillosos, disminuye hasta niveles crticos la infiltracin.

Intensidad de las Lluvias. Es el factor que mas influye, ya quecuando la intensidad sobrepasa la velocidad de infiltracin del suelo,escurre un alto porcentaje de la Lluvia. En intensidades menores de lavelocidad de infiltracin, el volumen de escorrenta esta regido por el gradode saturacin del suelo.

Porcentaje de humedad del suelo. En el momento de ocurriruna Lluvia, si el suelo esta seco, tendr mayor capacidad de absorber

agua. Si esta hmedo, se saturar rpidamente, inicindose la escorrenta.EI grado de humedad del suelo esta muy relacionado con la frecuencia delas Lluvias.

Pendiente y microrelieve. A mayor grado y longitud de lapendiente, habr menor tiempo de infiltracin, y aumento del volumen y lavelocidad de la escorrenta. La irregularidad del relieve favorece lainfiltracin (obstculos o planos horizontales), formando encharcamientos.Tambin se propicia la concentracin de la escorrenta si hay entalladuras,surcos o canales, en el sentido de la pendiente.

Estos factores no actan independientemente, ya que la escorrenta es unaresultante de la accin simultanea de ellos.

VOLUMEN DE ESCORRENTIA

Es necesario conocer la cantidad de agua que debe evacuarse de un lote, paraseleccionar y calcular obras de desvo que tengan la capacidad necesaria. Estecalculo debe hacerse con base en las intensidades mximas mas probables deLluvia y depende adems de otros factores tales como pendiente, longitud yrea del terreno, clase de suelo y cobertura. Datos experimentales de

Cenicafe han comprobado que son las Lluvias de gran intensidad las quecausan la mayor escorrenta y la mayor erosin. Por esta razn, es necesariodisear y calcular las obras de ingeniera con base en las Lluvias de intensidadmas probable, que ocurran en un periodo mnimo de 10 anos, segn el estudiode los registros meteorolgicos de una regin. No se deben utilizar lospromedios de intensidades para clculos de estructuras de conduccin ya queestos pueden resultar cortos con respecto a la intensidad ms probable de unazona. Tampoco es conveniente utilizar la mxima intensidad absoluta en losclculos, ya que las obras seran demasiado grandes, y la probabilidad de queocurra esa mxima intensidad, seria muy remota. Solo se justifica el uso demximas absolutas cuando se trata de proteccin de viviendas, construccionescostosas y obras da ingeniera.

EVACUACION DE AGUAS DE ESCORRENTIA


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Aunque algunas practicas culturales buscan disminuir la velocidad de laescorrenta y propiciar la infiltracin, siempre habr un punto de saturacin delsuelo que cause escorrenta. Es necesario por lo tanto, combinar estasprcticas con obras hidrulicas para evacuar el exceso de agua (canales,desages) o impedir que la escorrenta cause erosin. Por otra parte, en suelospoco profundos, sueltos o que descansan sobre planos de deslizamiento uhorizontes impermeables, no se puede propiciar la infiltracin y es necesarioevacuar la escorrenta para evitar remociones masales (derrumbes, coladas debarro, solifluxiones, etc.). No se debe esperar que toda el agua Llegue al finalde un lote para evacuarla, ya que alcanzara un volumen y una velocidadgrandes que causaran erosin. Es necesario, por lo tanto, ir evacuando dichaescorrenta a intervalos, por medio de zanjillas, acequias o canales.

DESAGUES NATURALES

Son las quebradas, chorros, hondonadas y depresiones naturales que sirvenpara la conduccin de las aguas sobrantes de una ladera. En las pocas

lluviosas reciben grandes cantidades de agua que tienden a formar crcavasy derrumbes. Hay que proteger estos desages y propiciar la vegetacinnativa y plantas protectoras tales como pastos, caabrava, guadua, bamb.En los sitios mas peligrosos por el cambio de pendiente, o donde recibenaguas de ramales o acequias, se deben construir escalones de piedra,diques amortiguadores y fajas de pasto. Tambin es conveniente acumularen los desages todas las piedras y troncos que resulten del Iote.

ZANJILLAS OE ABSORCION

Consisten en pequeos surcos construidos a intervalos cortos. Se

trazan siguiendo curvas a nivel, con un azadn o una herramientasimilar. La profundidad de estas zanjillas es entre 5 y 10 centmetros yno tienen desnivel para que el agua se infiltre. Esta practica debeemplearse en zonas de escasas Lluvias, o en suelos de texturasgruesas, o muy gruesas, sin estructura o estructura dbil, con el fin depropiciar la infiltracin y la retencin de humedad. Tambin se usan en suelosde texturas finas, compactos, de baja capacidad de infiltracin en regionessecas. En suelos sueltos o arenosos, deben construirse muy superficialmentey con una base ancha (en forma de batea). En suelos compactos y deestructura moderada o fuerte, pueden hacerse mas angostas y profundas. Nose deben construir estas zanjillas, en suelos sueltos con capas interioresimpermeables, ni en zonas Iluviosas, ya que si son de pendiente suave,

ocasionan problemas de drenaje, y si son muy pendientes ocasionandeslizamientos, derrumbes o problemas de solifluxin. Debido a su tamao,estas zanjillas se sedimentan y borran fcilmente, por lo cual debenconsiderarse como obras temporales que es necesario limpiar o reconstruirperidicamente.

ZANJILLAS DE DESAGUE

Son similares a las zanjillas de absorcin, pero en este caso se busca laevacuacin de las aguas a intervalos cortos. Estas zanjillas deben tener unapendiente de 0,5 a 2 por mil y se construyen a intervalos de 10 a 2 metros

segn aumente la pendiente y el volumen de escorrenta. Se deben utilizaren zunas Iluviosas y en suelos muy pendientes (mayores de 40 0/0l, en loscuales no se recomienda la construccin de acequias de ladera o canales dedesviacin. Tambin se deben emplear en suelos poco. profundos, que no


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permitan la excavacin de acequias o canales, y en suelos con el primerhorizonte estable y el segundo muy susceptible a la erosin, como en el casode las unidades Montenegro, Quindo, Anaime y Fondesa entre otras,siempre que el horizonte orgnico existe. En cultivos de surcos continuos(papa, hortalizas etc.) puede hacerse el surcado con un desnivel de 1 a 2 pormil, de tal manera que el espacio entre los surcos funcione como zanjillas. Enaquellos suelos donde la infiltracin puede ser peligrosa por problemaspotenciales de remociones masales (suelos derivados de esquistos,anfibolitas, areniscas, granitos, etc.), no se deben hacer zanjillas a menosque exista un horizonte orgnico profundo y estable que lo permita. Estaszanjillas se sedimentan rpidamente, haciendo costoso su mantenimiento. Ensuelos arcillosos pendientes, las zanjillas favorecen el drenaje. En algunoscasos, se recomiendan para la proteccin o estabilizacin de taludes yderrumbes.

2.4 ACEQUIAS DE LADERA

Son pequeos canales de 30 centmetros de ancho en el fondo (plantilla), taludes1:1 en suelos estables, 3/4:1 0 1/2:1 en suelos muy estables, y 1 1/2:1 0 2.1 ensuelos poco estables o susceptibles a la erosin (suelos muy Iivianos). Su desnively profundidad son variables. Se construyen a travs de la pendiente, a intervalosque varan con esta y con la clase de cultivo (tablas 5.1 y 5.2 y figura 5.1). Lasacequias son aconsejables en zonas con Lluvias intensas y en reas con suelospesados, poco permeables, donde hay exceso de escorrenta, y en suelossusceptibles a la erosin con pendientes hasta 40 % y longitudes largas. No sedeben construir en terrenos con cultivos limpios o potreros de mas de 30 % dependiente, ni en terrenos con cultivos de semibosque (caf, cacao, etc.) de mas de50 % de pendiente. EI desnivel de las acequias varia de 0,5 a 1% y la profundidades la que mayormente determina la capacidad de descarga (tabla 5.3). Las

acequias de ladera deben protegerse con una barrera viva simple o doble,sembrada de 15 a 30 centmetros del borde superior, con el objeto de frenar lafuerza del agua y filtrar los sedimentos. Se deben desaguar en un sitio bienprotegido con vegetacin, en donde no vayan a causar erosin. Se trazan yconstruyen desde el desage hacia arriba, asegurndose que el fondo quede losuficientemente alto sobre el desage (20-40 cm), para que el agua que baje porste no penetre a las acequias, o las represe. En la construccin de variasacequias, debe iniciarse con la mas alta del terreno, pues de otro modo se podrandaar las mas bajas por un aguacero fuerte.


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ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOSLIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1

Pendientedel terreno

%

Espaciamiento entre

acequias

m

Area servida(m2) por

c/100m decanal

Descarga

(q en l/seg) por

c/100m decanal

Metros deacequia por

Ha

Lmite delongitud

de laacequia

23456789

10111213141516171819202122

2324252627282930

42,030,625,021,619,317,716,515,514,814,213,613,212,812,O11,210,610,09,59,08,68,2

7,87,57,26,96,66,46,26,0

4.2003.0662.5002.1601.9331.7711.6501.5551.4861.4181.3661.3231.2851.2001,1251.0601.000950900858820

783750720695667644620600

109,595,065,056,050,064, 043,040,538,536,935,534,433,431,229,227,628,024,623,422,321,3

2O,419,518,718,017,316,315,815,6

238326400464518565606615675705730755780635890945

10001055111O11651220

12751330139014401500155016121670

90100120140160I80200220260270280290300320340360380400420450470

490500500500500500500500

ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOSLIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1

Pendiente Espaciamiento entre

Areaservida

Descarga Metros deacequia

Lmite delongitud de


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del terreno

%

acequias

m

(m2) porc/100m de

canal

(q en l/seg)por c/100mde canal

por Ha la acequia

10

1112131415I6171819202122

232425262728293032343638

40

40,0

36,433,330,828,626,725,023,522,021,025,023,722,7

2I,620,820,019,218,517,817,220,018,817, 616,716,8

15,0

4.000

3.6403.3303.0802.8602.6702.5002.3502.2002.1002.5002.3702.270

2.1602.0802.0001.9201.8501.7801.7202.0001.8801.7601.6701.680

1.500

78,0

71,065,060,056,052,049,046,043,041,048,646,144,1

42,040,438,937,336,034,633,438,936,634,232,530,7

29,2

250

275300325373375400426455476400422440

463480500520540562581500532568600633

687

110

110120130140150160180200210180180200

200210220220230230240220220230240250

300

Los datos son normales para un suelo estable; para suelos menos estables debereducirse el espaciamiento y para suelos muy estables aumentarlo. FederacinNacional de Cafeteros de Colombia. Manual del Cafetero ,Bogot, f969. 39B p.

ACEQUIAS DE LADERA DE 0,30 METROS DE PLANTILLA,TALUD 1:1

DESNIVEL DE

LA ACEOUIA(S)

PROFUNDIDAD

METROS(D)

DESCARGA (Q) EN LITROS

POR SEGUNDO

0,5 %

0, 10 10,6

0,12 22,1

0,15 37,5

0, 18 57,5

0,21 81,5

0,25 110,0

1 %

0,10 15,0

0,12 32,0

0,15 55,5

Adaptado del Manual del Cafetero. Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia,1969.


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b. 2.5 CANALES DE DESVIACION

Son estructuras para evacuar volmenes considerables de agua (deescorrenta, drenaje, acueductos, desages, beneficiaderos, etc.) y su costoes relativamente alto. Se les da generalmente una seccin trapezoidal y hay

necesidad de calcularlos y disearlos individualmente para las condicionesen que van a trabajar. Sus pendientes fluctan entre 0,5 y 5 %o (mximo).Cuando se hacen con pendientes mayores, deben revestirse con pastos, oprotegerse con obras transversales (trinchos, barreras, etc.). En la partesuperior del canal, y a todo lo largo, debe sembrarse una barrera viva doble,de 30 a 50 cm del borde. Estas estructuras son mas efectivas cuando sirvenen reas que estn cubiertas de bosques o de pastos, pues en talescondiciones no ocurren sedimentaciones que son la causa mas frecuente desu fracaso. Cuando sirven en lotes ocupados con cultivos limpios, quenecesitan escardas peridicas, las barreras vivas deben complementarse conuna faja amortiguadora ancha sobre el borde superior del canal, la cual semantiene sembrada de pasto para que filtre el agua de escorrenta. As,

evitan costosos trabajos de mantenimiento y se asegura un buenfuncionamiento del canal. Para evitar la entrada de aguas a una crcava quepresente grave peligro de erosin, el canal debe localizarse a una distanciaprudencial de la cabeza o extremo superior de ella, de manera que quedeconstruido sobre terreno firme. La estructura debe quedar a una distanciasuperior a tres veces la profundidad de la crcava. Cuando se desea protegerreas bajas de la escorrenta proveniente de la parte alta de la vertiente, elcanal se construye a la menor distancia posible de la zona que se quiereproteger. Los cauces naturales o artificiales que integren el sistema deevacuacin, debern cubrirse con una conveniente vegetacin y contaradems con defensas apropiadas en su curso, que tiendan a aminorar lavelocidad de la corriente y su accin erosiva (presas de piedra acomodada,

de ramas, de guaduas, malezas bien manejadas, barreras vivas tupidas,saltos).


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Pasos para la construccin de un canal rstico


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diseño geometrico e hidraulico de canales

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