UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTIN

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO : IRRIGACION

TEMA : DISEÑO HIDRAULICO DE CANALES

ALUMNO : BRAYAN FERNANDO GUZMAN TOMANGUILLO

DOCENTE : Dr. Ing. JOSE DEL C. PIZARRO BALDERA

TARAPOTO_PERU

-OBJETIVOS GENERALES:

Conocer, identificar y definir las condiciones hidráulicas para el diseño.

-OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Conocer el tipo de sección más eficiente para el transporte del caudal.

Diseñar las secciones hidráulicas del canal de tal manera que cumpla con todas las condiciones necesarias para su funcionamiento eficiente

El diseño hidráulico de canales consiste en realizar eldimensionamiento y la forma geométrica del canal en funciónal caudal que transporta de acuerdo a la demanda de aguarequerida por el sistema de riego.

El diseño comprende la ingeniería de trazo: alineamiento, pendiente de fondo, secciones transversales, así como la forma y dimensiones de la sección del canal, su revestimiento y la determinación de las características hidráulicas como la velocidad y el tirante que permiten establecer el régimen del flujo de agua en el canal.

El diseño hidráulico trata principalmente al cálculo deltirante normal que es el que corresponde para cadadescarga en una canal con pendiente defondo, sección, sección transversal y rugosidad de paredesestablecidas.

3.2.1. Condiciones Hidráulicas:

a. Por el tipo de flujo

TAg

VF

/.Donde:

V: velocidad (m/s)

g: aceleración de la gravedad (m/s2)

A: Área Hidráulica (m2)

T: Espejo de agua (m)

Para: F>1; Flujo súper critico

F=1; Flujo critico

F<1; Flujo sub critico

(recomendado)

Condiciones de diseño

Máxima eficiencia hidráulica Mínima infiltración Máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración

a. Topografía del eje de ruta del canal

Nos muestra el relieve uniforme o quebrado del suelo a lolargo del eje del canal, según esto se determina lapendiente.

b. Geología

Ofrece información sobre la conformación del suelo dondese alojara la caja del canal, nos ayudara a determinar eltalud de la caja y el coeficiente de Manning para canales sinrevestir.

3.2.2. Condiciones no Hidráulicas:

c. Condiciones ambientalesPrincipalmente se considera en el diseño de los canales la

temperatura y sus variaciones. Influye en el fraguado del concreto paracanales revestidos.

d. Hidrología e hidrografíaNos permite conocer las láminas de precipitación, así como su

distribución temporal durante el año. Facilita el diseño de cunetas de drenaje en la berma interna.

Nos proporciona la ubicación de los cauces naturales que cruza elcanal y facilita la ubicación o distanciamiento entre aliviaderos laterales enlos canales principales.

e. HidrogeologíaNos ofrece información de los niveles freáticos o superficie

piezométrica, de tal manera de poder diseñar detalles especiales de drenajeen la caja del canal (lloradores), da suma importancia para canales revestidoscon concreto, ya que los efectos de sub presión sobre el revestimiento resultaperjudicial para la estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal estavacio.

3.3.1. Tipos de Sección Hidráulica

Sección Rectangular Sección Trapezoidal

Sección ParabólicaSección Triangular

a. Elementos Geométricos b. Elementos Hidráulicosb: Base menor y: TiranteB: Base mayor f: Borde libreH: Altura del talud T: Tirante superficialz: Talud de la caja del canalC: Berma internaD: Berma externa

3.3.2. Componentes de un Canal

La pendiente de un canal es uno de los factores másimportantes para el diseño; su elección de la topografía y delaprovechamiento económico que se deriva de la condición del agua.

Es la alineación del fondo del canal a lo largo de su recorrido,puede ser uniforme o varear por tramos.

Esta en función de la topografía del terreno que sigue el ejedel trazo y según el tipo del canal, sea principal o secundario.

El talud (z) representa el grado de inclinación delos lados que forman la caja del canal con respecto a lahorizontal.

Es la relación de la proyección horizontal a lavertical de la parte lateral del canal.

a).Por Limitación Topográfica

Cuando el eje de trazo por ruta que sigue un canal atraviesa unazona topográficamente accidentada (ladera empeñada), esta seconvierte en una limitante para la selección del talud, ya que obliga areducir el ancho de corte de plataforma para disminuir volúmenesexcesivos de corte y garantizar la estabilidad del talud superior, por lotanto el ancho superficial de la caja del canal tiene que disminuirllegando al limite de que la inclinación sea nula y las paredes del canalsean vertical (canal de sección rectangular).

b).Por Estabilidad del Suelo

Cuando los suelos en los cuales se alojan la caja del canal son dediferentes texturas puede ser arcillosos, arenoso, rocoso, etc. que es unfactor condicionante para seleccionar el talud del canal. En estos casos eltalud del canal tendrá la inclinación necesaria que garantice suestabilidad durante el tiempo de servicio del canal.

NOTA:

•Para canales revestidos: Z=1•Para canales sin revestir: Z=1.5

Algunos valores de z a tomar en el diseño hidráulico de un canal

Es la resistencia al flujo del agua, que presentan losrevestimientos de los canales artificiales y la geología del cauce en losconductos naturales; se relaciona principalmente a las condiciones y alestado de conservación de los revestimientos. El coeficiente derugosidad depende del material, de su acabado y de su deterioro con eltiempo.

La rugosidad depende del cauce y el talud, dado a las paredeslaterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radiohidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseñacanales en tierra se supone que el canal está recientemente abierto,limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidadinicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo quequiere decir que en al práctica constantemente se hará frente a uncontinuo cambio de la rugosidad.

a. Para Canales Revestido con Concreto:Concreto liso 0.013Concreto bien acabado, usado 0.014Concreto frotachado 0.015Concreto sin terminar 0.017

b. Para Canales sin RevestirEn forma práctica, los valores del coeficiente de rugosidad que se

usan para el diseño de canales alojados en tierra están comprendidos entre 0.025 y 0.030.

c. Para Cauces NaturalesEl valor de “n” es muy variable dependiendo generalmente del tipo y

tamaño del material que conforman el lecho del cauce así como tambiéndel tipo y tamaño del tipo y densidad de vegetación existente en el cauce.En nuestras zonas generalmente los valores de “n” están 0.060 – 0.070.

El diseño de un canal trata de la determinación de su forma y de sus

dimensiones, de establecer la necesidad o no de su revestimiento y en

este último caso su tipo, así como verificar las condiciones hidráulicas

del flujo.

Para el diseño de canales se debe tener en cuenta ciertos factores, tales

como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad,

velocidad máxima y mínima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.

Coeficiente de Manning

Cunetas y canales sin revestir

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa 0,020-0,025

En tierra ordinaria, superficie irregular 0,025-0,035

En tierra con ligera vegetación 0,035-0,045

En tierra con vegetación espesa 0,040-0,050

En tierra excavada mecánicamente 0,028-0,033

En roca, superficie uniforme y lisa 0,030-0,035

En roca, superficie con aristas e irregularidades 0,035-0,045

Cunetas y Canales revestidos

Hormigón 0,013-0,017

Hormigón revestido con ganita 0,016-0,022

Encachado 0,020-0,030

Paredes de hormigón, fondo de grava 0,017-0,020

Paredes encachadas, fondo de grava 0,023-0,033

Revestimiento bituminoso 0,013-0,016

Corrientes Naturales

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de

lamina de agua suficiente0,027-0,033

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de

lamina de agua suficiente, algo de vegetación0,033-0,040

Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia 0,035-0,050

La ecuación más utilizada es la de Manning, y su expresión es:

Donde:

Q = Caudal (m3/s)

n = Rugosidad

A = Área (m2)

R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda / Perímetro

húmedo

yH3

4

Donde:

H: Altura del canal

y: tirante

Los criterios que debe usar el ingeniero proyectista debe ser los

óptimos, teniendo en cuenta todos los factores de agua y suelo, y

del área al cual abastecerá con agua dicho canal.

Se necesita conocer:

La sección de máxima eficiencia hidráulica

La sección de mínima infiltración

La sección de máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración.

Es aquella que teniendo menor área hidráulica, permite descargar el

máximo caudal. Dicho de otro modo, es aquella sección que la

corresponde el mínimo perímetro mojado.

Fundamentalmente se utiliza para canales revestidos pues minimiza el

volumen de revestimiento.

22tg

y

bRelación base – tirante

Si un canal está trazado sobre un terreno bastante permeable se hace

necesario diseñar una sección que permita obtener la menor pérdida

posible de agua por filtración.

24tg

y

b

Relación base – tiranteSe muestra un cuadro de la relación o base - tirante para secciones de

mínima infiltración para diferentes taludes.

Son las secciones cuyo diseño tiene la finalidad de que el canal

transporte el caudal máximo y tenga una mínima pérdida de

infiltración, estos diseños se realizan para canales sin

revestimiento o sea en canales de tierra, esta sección viene a ser

el promedio de M.E.H y mínima infiltración.

La relación base – tirante sería.

23tg

y

b

La determinación de la velocidad del agua en un canal es

fundamentalmente para evitar dos problemas que afectarían el

normal funcionamiento del canal y de no tenerse en cuenta, hasta

provocarían el colapso del mismo, estos son:

•La erosión

•La sedimentación

En canales sin revestimiento las velocidades, tanto mínima como

máxima están en un rango de:

0.63 m/s - 0.96 m/s.

Para canales revestidos tenemos

según el material de revestimiento.

Está basado en la determinación de las medidas geométricas e

hidráulicas del canal. Las medidas geométricas trabajables para el

diseño serán medidas constructivas.

El diseño de secciones hidráulicas más usadas son la rectangular y

trapezoidal que son canales que deben tener las condiciones de

máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración si son sin revestir

o sección de máximas eficiencia hidráulica para canales revestidos.

Para realizar el diseño de la sección del canal es necesario tener como datos:

•El talud (Z)

•El coeficiente de rugosidad (n)

•Caudal de diseño (Q)

•Pendiente (S).

3.18. EMPLEO DEL PROGRAMA ´´H CANALES´´ ,EN EL DISEÑO DE SECCIONES HIDRÁULICAS.

RESUMEN DE ELEMENTOS GEOMETRICOS E HIDRÁULICOS DE CADA CANAL

Comprende el desarrollo de todas las

actividades y trabajos necesarios que hay

que realizar para pasar del diseño a la

construcción del canal de riego.

Son aquellas obras que se construyen inicialmente para

facilitar el desarrollo de los trabajos de construcción del

canal de riego y obras conexas.

Son retiradas luego de concluidas los trabajos, por lo que

generalmente son estructuras pre fabricadas para facilitar

su desmontaje.

Pertenecen a este grupo:

Campamento: Se construyen cuando el sistema de

riego se ubica fuera de los centros poblacionales y

deben estar conformados por viviendas, instalaciones

de servicios básicos obras de

Cartel de Obra: Es un dispositivo que debe instalarse

en toda obra publica.

Las dimensiones son: 3.60m de ancho por 2.40m de

alto.

Son los trabajos iniciales que se tienen que

realizar, antes de la ejecución de los trabajos

principales entre ellos tenemos:

•Movilización de maquinaria y equipo.

•Construcción y/o mejoramiento de vías de acceso.

•Topografía y Georeferencia del eje del canal.

•Desbroce y limpieza de la franja del canal.

•Movilización de maquinaria y equipo

Maquinaria y equipo transportado:

•Tractores sobre orugas

•Compresoras

•Excavadoras

•Cargadores frontales

Maquinaria y equipo auto transportado:

•Camiones volquete

•Camiones cisterna

•Compactadores de tierra: Rodillo liso y pata de cabra.

•Camiones cama baja

•Camiones de mantenimiento de maquinaria y equipo pesado

•Construcción y/o mejoramiento de vías de acceso a obra

Comprende la construcción de caminos para tener acceso al lugar donde

se construirán las obras.

Se desplazará la maquinaria, equipos y vehículos con la finalidad de

facilitar el transporte de personal y los materiales para obra.

•Topografía y Georeferencia del eje del canal

Proceso mediante el cual con el empleo de equipo topográfico, se

traslada de los planos al terreno, el eje del canal de riego.

Se deberán instalar puntos de Georeferencia, monumentación de

hitos, estacas de corte y relleno, taludes.

El eje del canal deberá replantearse cuantas veces sea necesario.

• Desbroce y limpieza de la franja del canal

Se realiza una vez replanteado el eje del canal y definido el

ancho de franja.

Consiste en la eliminación mecanizada de los árboles y raíces, así

como la limpieza de la franja del canal, de tal manera de facilitar

el movimiento de tierras.

Se refiere a todas las alteraciones del suelo que

modificarán el relieve del terreno siendo estos

costos muy importantes en un trabajo de irrigación

ya que para la ejecución del mismo se necesita de

maquinaria especializada para realizar los trabajos

pesados de corte o relleno a fin de dejar a nivel de

plataforma el eje del trazo del canal. En algunos

casos se utiliza incluso explosivos, martillos y

tablestacados.

Una vez culminada la plataforma del canal, sobre ella se vuelve a

replantear y mejorar el replanteo topográfico del eje del canal; sobre

este eje trazado y según las dimensiones geométricas de la caja del

canal, se procede a realizar la excavación con maquinaria

(retroexcavadora) o en forma manual. En ambos casos, las aristas de

la caja del canal deben ser debidamente refinadas.

Consiste en las excavaciones que hay que realizar en el

terreno para la construcción de obras de arte a lo largo del

canal de riego.

Pueden ser excavadas manualmente o con maquinaria.

REVESTIMIENTO DE PIEDRA EMBOQUILLADA Y

CANTEADA.

REVESTIMIENTO DE CONCRETO

REVESTIMIENTO DE GUNITA

En las pérdidas por infiltración de agua que puede darse a través de

suelos no cohesivos generalmente se utilizan revestimientos con

concreto simple de f’c=100kg/cm² o f’c=140kg/cm² dependiendo del

espesor del revestimiento, el mismo que está en función de las

dimensiones geométricas de la caja del canal.

Consiste en instalar las estructuras metálicas que han sido proyectadas

en la construcción de las obras. Entre ellas tenemos: instalación de

compuertas, rejillas para material de arrastre y material

flotante, pasarela de los puentes, mecanismos de cizayas de las

compuertas, etc.

Las compuertas de emergencia se instalan en la parte posterior de la

pantalla frontal y tienen por objeto un cierre violento de las ventanas u

orificios de captación.

Las compuertas de regulación están ubicadas detrás de las compuertas

de emergencia y tienen por objeto regular y controlar el caudal de

ingreso.

El revestimiento de un canal no tiene ninguna función

estructural, sino que solo impermeabiliza el canal para que la

perdida por infiltración sea pequeña

Las secciones más utilizadas para el diseño de canales son las

rectangulares y trapezoidales.

Para evitar la erosión y la sedimentación de la caja del canal, se

debe hacer un buen cálculo de la velocidad del agua.

El programa HCANALES es una herramienta fundamental y de

gran ayuda en el diseño de secciones hidráulicas, por la rapidez

con que se obtienen los resultados.

Para la elección del valor del talud de forma práctica, se

recomienda un valor de 1 para canales revestidos y 1.5 para

canales sin revestir.

Se deben considerar conscientemente todas las condiciones

hidráulicas y no hidráulicas para el diseño de un canal de

riego.

Se recomienda usar los software por la rapidez de los

resultados.

Para una mayor duración y efectividad de las compuertas se

recomienda capacitar a los usuarios sobre el manejo y

mantenimiento de dichas estructuras metálicas.

VILLON BÉJAR, MÁXIMO.(1981) “Hidráulica de Canales”, Lima, Editorial Hozlo, 487 p.

VEN TE CHOW, “Hidráulica de canales abiertos”

http://www.alsintec.com/infrastructure/alstom_wb.asp

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

FRANCISCO CORONADO DEL AGUILA, “Diseño y construcción de canales”

GRACIAS

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