TAREA DE INVESTIGACION 1 DISEÑO Y CALCULO DE EQUIPOS HIDRAULIOS.docx

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Clculo y Diseo de Estructuras Hidrulicas

Clculo y Diseo de Estructuras Hidrulicas. Pgina30

INDICEIntroduccin:2Objetivos41.Partes de un canal51.Clasificacin de los canales62.2 Canales de riego por sufuncin92.3 Elementos geomtricos de los canales:92.Clasificacin de canales113.Diseo de canales (Clculo matemtico)124.1. Diseo con velocidad del agua conocida.134.1.1. Clculo del caudal a conducir.134.1.2. Clculo de la seccin del canal (A).144.1.3. Clculo del tirante (h).154.1.4. Clculo de la base de fondo (b).164.1.5. Clculo de la longitud del talud (l).164.1.6. Clculo de la pendiente del canal (s).174.1.7. Clculo de la revancha (r).174.Valores de Rugosidad (n) en canales:185.1 Coeficiente de rugosidad (manning) en canales abiertos y conducciones elevadas195.Talud apropiado segn el tipo de material.206.Velocidades mximas y mnima permisible.-216.1.Criterios de espesor de revestimiento237.Elementos bsicos en el diseo de canales247.1.Trazo de canales247.2.Radios mnimos en canales258.3. Rasante de un canal278.3.1 Seccin tpica de un canal288.4 Seccin Hidrulica ptima288.4.1 Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica288.4.2 Determinacin de Mnima Infiltracin288.5 Diseo de secciones hidrulicas298.5.1 Criterios de diseo308.5.2 Rugosidad.-30Conclusiones:32e-Grafas:33Bibliografa:33

INDICE DE ILUSTRACIONES:Ilustracin 1 Figura 1.2a Seccin transversal irregular6Ilustracin 2 Figura 1.2b. Seccin transversal irregular6Ilustracin 3 Figura 1.2c. Seccin transversal irregular ro Matamba, Cuicatlan7Ilustracin 4 Secciones Artificiales transversales tipos8Ilustracin 5 Seccin Artificial Abierta8Ilustracin 6 Fig. 1.5. Elementos geomtricos ms importantes.10Ilustracin 7 tirante o altura efectiva del canal12Ilustracin 8 Seccin tpica de un canal28Ilustracin 9 Relaciones geomtricas de las secciones transversales ms frecuentes31

INDICE DE TABLAS:Tabla 1 Coeficiente de seguridad para dimensionamiento de canales frente a dos o ms cultivos en funcin de superficies15Tabla 2 Velocidades mximas permitidas en canales16Tabla 3 Valores de rugosidad (n) en canales19Tabla 4 Coeficiente de rugosidad (manning) en canales abiertos y conducciones elevadas20Tabla 5 Taludes apropieados para distintos tipos de material21Tabla 6 Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo21Tabla 7 Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin22Tabla 8 Velocidades mximas en hormign en funcin de resistencia23Tabla 9 Borde libre en funcin del caudal24Tabla 10 Borde libre en funcin de la plantilla del canal24Tabla 11 Radio mnimo en funcin al caudal26Tabla 12 Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s26Tabla 13 Radio mnimo en canales abiertos en funcin al espejo de agua27Tabla 14 Relacin plantilla vs. Tirante para mxima eficiencia mnima infiltracin y promedio de ambas30Tabla 15 Valores de rugosidad n (Manning)31

Introduccin:

Los canales de riego pueden adoptar diferentes funciones segn la necesidad de la aplicacin o proyecto que se desee desarrollar. El caudal es un parmetro clave en el dimensionamiento de estos y est asociado a la disponibilidad del recurso hdrico, para ello se deben de tomar algunas consideraciones antes de disear un canal de riego, entre ellas podemos contar con: Tipo de suelo, tipo de cultivo, condiciones climticas, mtodos de riego, etc., es decir mediante la conjuncin de la relacin agua suelo planta. De manera que cuando se trata de la planificacin de un proyecto de riego, la formacin y experiencia del diseador tiene mucha importancia, destacndose en esta especialidad la ingeniera agrcola.

Para desarrollar el planteamiento hidrulico de canales abiertos, se tiene que tomar en cuenta la topografa del lugar, ya que de este punto partiremos y nos enfocaremos aqu para disear nuestro proyecto y por consiguiente implementar el material adecuado con el que vamos a transportar el agua para hacer ms eficiente el paso de este fluido.

En funcin de lo expuesto, el presente documento, pretende entregar una visin programtica acerca del diseo y construccin de canales para la conduccin de agua.

Objetivos

General:

Implementacin tcnicas esenciales para el trazo y diseo de canales de riego.

Especficos:

Identificar los distintos tipos de canales de riego que se pueden implementar en un proyecto hidrulico. Comprender las funciones bsicas de los canales de riego y sus partes. Disear canales a base de clculos matemticos partiendo de las ecuaciones establecidas. Analizar los taludes apropiados segn el tipo de material y los distintos niveles de rugosidad. Estudiar las velocidades mximas y mnimas permisibles partiendo del tipo de material con el cual se pretende fabricar.

1. Partes de un canalA lo largo de un canal de riego se sitan muchas y variadasestructuras, llamadas "obras de arte", estas son, entre otras:

Obras de Derivacin.- que como su nombre lo indica, se usan para derivar el agua (utilizandopartidores), desde un canal principal (ejm. unaacequia) a uno secundario (ejm. unbrazal), o de este ltimo hacia un canal terciario, o desde el terciario hacia el canal de campo y el can deboquera. Generalmente se construyen enhormign, o enmamposterade piedra, y estn equipadas concompuertas, algunas simples,manuales(tambin denominadastablachos, y otras que pueden llegar a ser sofisticadas.

Controles de Nivel.- muchas veces asociadas a las obras de derivacin, son destinadas a mantener siempre, en el canal, el nivel de agua dentro de un cierto rango y, especialmente en los puntos terminales, con una inclinacin descendente.

Controles de seguridad.- estos deben funcionar en forma automtica, para evitar daos en elsistema, si por cualquier motivo hubiera una falla de operacin (alguien deca alguna vez, que no puede ser que si una vaca decide acortarse en el canal a tomar el fresco, todo el sistema, en cascada se autodestruya), esto que parece una broma es tomado muy en serio por los proyectistas de lossistemasde riego. Existen bsicamente dos tipos de controles deseguridad: losvertederos, y lossifones.

Secciones de aforo.- destinadas a medir la cantidad de agua que entra en un determinado canal, en base al cual el usuario del agua pagar, por elservicio. Existen diversos tipos desecciones de aforo, algunas muy sencillas, constan de una regla graduada que es leda por el operador a intervalos pre establecidos, hasta sistemas complejos, asociados con compuertas autorregulables, que registran el caudal en forma continua y lo trasmiten a la central de operacin computerizada.

obras de crucedel canal de riego con otras infraestructuras existentes en el terreno, pertenecientes o no al sistema de riego. Estas a su vez pueden ser de:

cruce de canal de riego con uncanal de drenajedel mismo sistema de riego; cruce de un dren natural, con el canal de riego, a una cota mayor que este ltimo cruce de canal de riego con una hondonada, o valle; cruce de canal de riego con una va.

1. Clasificacin de los canalesDe acuerdo con su origen los canales se clasifican en:a)Canalesnaturales:Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varan en tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas, hasta quebradas, ros pequeos y grandes, arroyos, lagos y lagunas. Las corrientes subterrneas que transportan agua con una superficie libre tambin son consideradas como canales abiertos naturales. La seccin transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido (Fig.1.2a, b y c), lo mismo que su alineacin y las caractersticas y aspereza de los lechos.

Ilustracin 1Figura 1.2a Seccin transversal irregular.

Ilustracin 2Figura 1.2b. Seccin transversal irregular.

Ilustracin 3Figura 1.2c. Seccin transversal irregular ro Matamba, Cuicatlan.b)Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegacin, control de inundaciones, canales de centrales hidroelctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrcola y canales de modelos construidos en el laboratorio. Los canales artificiales usualmente se disean con forma geomtricas regulares (prismticos), un canal construido con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismtico. El trmino seccin de canal se refiere a la seccin transversal tomado en forma perpendicular a la direccin del flujo. (Fig.1.3). Las secciones transversales ms comunes son las siguientes:Seccin trapezoidal:Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.Seccin rectangular:Debido a que el rectngulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.Seccin triangular:Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambin en canales de tierra pequeos, fundamentalmente por facilidad de trazo. Tambin se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.Seccin parablica:Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra. (Fig.1.3, 1.4 y 1.4.a).

2.1 Secciones cerradasSeccin circular:El crculo es la seccin ms comn para alcantarillados y alcantarillas de tamaos pequeo y mediano.Seccin parablica:Se usan comnmente para alcantarillas y estructuras hidrulicas importantes.

Ilustracin 4

Ilustracin 5Fig. 1.4a canal artificial de Secciones transversales trapecial.La seleccin de la forma determinada de la seccin transversal, depende del tipo de canal por construir; as, la trapecial es muy comn en canales revestidos, la rectangular en canales revestidos con material estable como concreto, mampostera, tabique, madera, etc., la triangular en canales pequeos como las cunetas y contracunetas en las carreteras, y la circular en alcantarillas, colectores y tneles. Existen secciones compuestas como las anteriores que encuentran utilidad en la rectificacin de un ro que atraviesa una ciudad.2.2 Canales de riego por sufuncinLos canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: Canal de primer orden.- Llamado tambin canal principal o de derivacin y se le traza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos (cerros). Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salen del canal principal y el gasto 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 los canales laterales, el gasto que ingresa a ellos es repartido hacia las parcelas individuales a travs de las tomas granjas.2.3 Elementos geomtricos de los canales:Los elementos geomtricos son propiedades de una seccin de canal que pueden ser definidos por completo por la geometra de la seccin y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el clculo de flujo. Para secciones de canal regulares y simples, los elementos geomtricos pueden expresarse matemticamente en trminos de la profundidad de flujo y de otras dimensiones de la seccin. La forma mas conocida de la seccin transversal de un canal es la trapecial, como se muestra en la fig.1.5.

Ilustracin 6Fig. 1.5. Elementos geomtricos ms importantes.Tirante de agua o profundidad de flujo d:Es la distancia vertical desde el punto ms bajo de una seccin del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidad mxima del agua en el canal.Ancho superficial o espejo de agua T:Es el ancho de la superficie libre del agua, en m.Talud m:Es la relacin de la proyeccin horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama tambin talud de las paredes laterales del canal). Es decir m es el valor de la proyeccin horizontal cuando la vertical es 1, aplicando relaciones trigonomtricas. Es la cotangente del ngulo de reposo del material () , es decir m=x/dy depende del tipo de material en que se construya el canal, a fin de evitar derrumbes (ver Tabla 1). Por ejemplo, cuando se dice que un canal tiene talud 1.5:1, quiere decir que la proyeccin horizontal de la pared lateral es 1.5 veces mayor que la proyeccin vertical que es 1, por lo tanto el talud m = 1.5, esto resulta de dividir la proyeccin horizontal que vale 1.5 entre la vertical que vale 1.Coeficiente de rugosidad(n): depende del tipo de material en que se aloje el canal (ver Tabla 2).Pendiente(S): es la pendiente longitudinal de la rasante del canal.rea hidrulica(A): es la superficie ocupada por el agua en una seccin transversal normal cualquiera (Fig. 6), se expresada en m2.Permetro mojado(P): es la longitud de la lnea de contorno del rea mojada entre el agua y las paredes del canal, (lnea resaltada Fig. 6), expresado en m.Radio hidrulico(R): es el cociente del rea hidrulica y el permetro mojado.R=A/P, en m.Ancho de la superficial o espejo del agua(T): es el ancho de la superficie libre del agua, expresado en m.Tirante medio(dm): es el rea hidrulica dividida por el ancho de la superficie libre del agua .dm=A/T, se expresa m.Libre bordo(Lb): es la distancia que hay desde la superficie libre del agua hasta la corona del bordo, se expresa en m.Gasto(Q): es el volumen de agua que pasa en la seccin transversal del canal en la unidad de tiempo, y se expresa en m3/s.Velocidad media(V): es con la que el agua fluye en el canal, expresado en m/s.Factor de seccin para el clculo de flujo crtico:Es el producto del rea mojada y la raz cuadrada de la profundidad hidrulica.

2. Clasificacin de canales

3.1 Canales de riego por su funcin Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: Canal de primer orden.- Llamado tambin canal madre o de derivacin y se le traza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salen del 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 los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a travs de las tomas del solar, el rea de riego que sirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.

De lo anterior de deduce que varias unidades de rotacin constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificacin del canal madre o de primer orden.

3. Diseo de canales (Clculo matemtico)Cuando se llega a intentar el diseo de un canal, debe considerarse un aspecto previo, que dice relacin con el tipo de seccin transversal que se elegir, para llevar a cabo el proceso. As, la que ofrece las mejores perspectivas de construccin, es la seccin trapezoidal, en funcin de diseo, replanteo y aspectos de costos. En este contexto, a continuacin se definen los elementos de diseo de un canal trapezoidal, mediante dos metodologas que sern analizadas. La primera, dice relacin con un mtodo que contempla caudal y velocidad de diseo conocidas, en tanto la segunda, utiliza como elemento base de diseo la ecuacin de Manning, para estimacin de caudales. Sin embargo, ambas presentan como denominador comn, ciertas consideraciones de diseo, referidas al valor que debe adoptar el radio hidrulico.. As, un efectivo diseo deber contemplar, la maximizacin del valor del radio hidrulico, es decir, R mx R

Si el radio hidrulico se define, como el cuociente entre el rea de la seccin (A) y el permetro mojado (Pm),

se desprende que el radio ideal estar definido por el permetro mojado mnimo, situacin que llega a definir para este caso.

donde, R= radio hidrulico. h= tirante o altura efectiva del canalLas consideraciones matemticas sobre este punto, se presenta en el anexo 1 de este documento, en tanto la figura 1, representa la seccin transversal del canal en comento.

Ilustracin 7

4.1. Diseo con velocidad del agua conocida. 4.1.1. Clculo del caudal a conducir. El caudal a ser encauzado por una obra hidrulica de este tipo, es una informacin fundamental en el diseo. As, este gasto puede ser conocido con antelacin, no obstante que lo ms comn, es enfrentarse a un monto desconocido. En la circunstancia de realizar el clculo, ste puede ser ejecutado como sigue, pensando en un caudal continuo, y la obtencin del agua desde una toma fluvial, o derivacin fluvial.As,

donde, d= dotacin mxima estacional asignada al canal en l/s/h. (en la estacin punta). S= superficie a regar en h.Si el caudal no es continuo, es decir en un lapso posee intervalos sin gasto, el caudal hay que afectarlo de un factor de correccin, que incorpore un posible mayor gasto por unidad de tiempo:

en que,

y donde; FC= factor de correccin. NHT= nmero de horas por turno de agua. NTM= nmero de turnos en un mes considerado. NHM= nmero de horas del mes considerado.

Asimismo, deben considerarse otros factores como eficiencia de aplicacin del riego, y prdida por conduccin, los cuales sern incorporados por el ingeniero a la luz de los antecedentes que posea. Por otra parte, es conveniente definir un caudal de diseo con un margen de seguridad, en funcin de la superficie que el canal debe abastecer, dado que en ocasiones se producen cambios en los patrones cultivos, para lo cual se puede utilizar la tabla que entrega Hidalgo Granados, que permite ponderar el valor de caudal ya estimado, como un factor de seguridad.CUADRO N1. Coeficiente de seguridad para dimensionamiento de canales frente a dos o ms cultivos, en funcin de superficie.

Tabla 1

Finalmente, existen situaciones en las cuales se conocen los caudales a ser conducidos, especialmente si ste deriva de represas, cisternas u obras reguladoras, o bien, a travs de estadsticas de aforos con que se pueda contar.Luego, si bien es fundamental el clculo del caudal para el diseo, ste no ofrece mayores problemas para su estimacin.4.1.2. Clculo de la seccin del canal (A).Si se considera que en trminos generales, el caudal se define como el producto de la seccin del canal, y la velocidad del agua, se aprecia que el elemento restante para validar la definicin de la seccin, lo constituye la velocidad del agua. As,

donde, A= seccin del canal (m2) Q= caudal en m3/s. V= velocidad en m/s.

Ahora bien, la velocidad del agua involucrada, es aquella que sea mxima en funcin del tipo de superficie que posea el canal, de tal manera que no sea erosiva. Dicha velocidad mxima, puede ser determinada en la tabla de Agres y Scoates (1939), citada por Ciancaglini.CUADRO N2. Velocidades mximas permitidas en canales (Agres y Scoates, 1939, aumentada con valores de Foster, 1967).

Tabla 2

Por ende, a partir de la determinacin de velocidad mxima, es posible definir la seccin del canal.4.1.3. Clculo del tirante (h).El tirante o altura efectiva del canal, para ser definido, necesita previamente definir el ngulo de inclinacin del talud del canal, con respecto a la vertical, dado que la formulacin matemtica obtenida a travs de la maximizacin del radio hidrulico, as lo determina.En este contexto, h se define como sigue:

donde, A = seccin transversal del canal. = ngulo del talud con respecto a la vertical.Por otra parte, el ngulo se limita en canales de tierra, en virtud del proceso erosivo que puedan sufrir las mrgenes del canal. En ese contexto, la eleccin del ngulo debe ser cuidadosa y en funcin de lo que la experiencia seale, aunque se puede recomendar que a no sea menor a 20, en trminos muy generales. De igual forma, si el canal se encuentra adecuadamente revestido, a puede asumir cualquier valor.4.1.4. Clculo de la base de fondo (b). La base del canal, est determinada por la siguiente expresin:

donde todos los trminos son conocidos.

4.1.5. Clculo de la longitud del talud (l). La longitud de talud, se define como sigue:

Por consiguiente el permetro mojado es, P = b + 2l. En este contexto, y en funcin de la expresin que consigue maximizar el radio hidrulico, es posible obtener relaciones entre , b y l. As se puede dar lo siguiente, en trminos de ejemplo orientador a la eleccin del ngulo.

4.1.6. Clculo de la pendiente del canal (s). Se aplica la ecuacin de Manning, queda,

donde; Q= caudal a conducir en m3/s. n= coeficiente de rozamiento de Manning, el cual se entrega en el anexo 2. s= pendiente longitudinal del canal (m/m) R= radio hidrulico (m) A= seccin transversal (m2)

El radio hidrulico, se define a travs de la expresin que permite su maximizacin, a saber,

Por lo tanto, todos los trminos de la ecuacin de Manning son conocidos, a excepcin de s, que es la incgnita a resolver. 4.1.7. Clculo de la revancha (r). Con el objetivo de evitar derrames por turbulencia y oleaje del agua, se hace necesario estructurar un margen de seguridad; por ello, se adiciona a la longitud del talud, el valor r, o revancha, que se define empricamente como sigue;

,o bien a travs del empirismo que el constructor posea para este tipo de obras. 4.2. Diseo a travs de Manning. El diseo de un canal a travs de Manning, asume dos elementos bsicos en la definicin, los cuales estn relacionados con la determinacin del radio hidrulico mximo, y la expresin matemtica de la seccin transversal, derivada de la primera (Ver anexo 1). En este marco, tanto el radio hidrulico, como la seccin transversal, se expresan en funcin de la altura o tirante, del canal, adems del ngulo de inclinacin del talud. As,

Luego, en un diseo de canales basado en este mtodo, que es slo una variacin del primero, se requiere definir el coeficiente de rugosidad (n), la pendiente del canal, y el ngulo de inclinacin del talud, con lo cual se determina lo siguiente:

De (3) se obtiene h, valor que al ser reemplazado en (2), determina A, que es la seccin transversal. Posteriormente, se define la base del canal a travs de la expresin sealada en 4.1.4.; en forma similar, y por medio de la ecuacin del punto 4.1.5., se obtiene la longitud del talud, con lo cual se posee el diseo ntegro del canal, a excepcin de la revancha que puede ser definida empricamente, o bien a travs de la expresin matemtica expuesta en el punto 4.1.7.

4. Valores de Rugosidad (n) en canales:Tabla 3

5.1 Coeficiente de rugosidad (manning) en canales abiertos y conducciones elevadasTabla 4

5. Talud apropiado segn el tipo de material.

La inclinacin de las paredes laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde estn alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud nico de 1,5:1 para sus canales, a continuacin se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material: Tabla 5

15 Tabla N 8 Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo

Tabla 6

6. Velocidades mximas y mnima permisible.-

La velocidad mnima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentacin, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra. El valor de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento de plantas en el canal. La velocidad mxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos.Tabla 7

Para velocidades mximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los nuevos; adems un canal profundo conducir el agua a mayores velocidades sin erosin, que otros menos profundos.

Tabla 8

La Tabla N 10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de hormign no armado, las velocidades no deben exceder de 2.5 3.0 m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante. Cuando se tenga que proyectar tomas laterales u obras de alivio lateral, se debe tener en cuenta que las velocidades tienen que ser previamente controladas (pozas de regulacin), con la finalidad que no se produzca turbulencias que originen perturbaciones y no puedan cumplir con su objetivo.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 el clculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente frmula: Donde:

Borde libre: en pies C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies3/seg. Y = Tirante del canal en pies La secretara de Recursos Hidrulicos de Mxico, recomienda los siguientes valores en funcin del caudal:

Tabla 9

Mximo Villn Bjar, sugiere valores en funcin de la plantilla del canal: Tabla N -12 -. Borde libre en funcin de la plantilla del canal

Tabla 10

6.1. Criterios de espesor de revestimiento No existe una regla general para definir los espesores del revestimiento de concreto, sin embargo segn la experiencia acumulada en la construccin de canales en el pas, se puede usar un espesor de 5 a 7.7 cm para canales pequeos y medianos, y 10 a 15 cm para canales medianos y grandes, siempre que estos se diseen sin armadura. En el caso particular que se quiera proyectar un revestimiento con geomembranas, se tiene que tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Para canales pequeos se debe usar geomembrana de PVC y para canales grandes geomembrana de polietileno - HDP.

Los espesores de la geomembrana, varan entre 1 a 1.5 mm Si el canal se ubica en zonas en donde puede ser vigilado permanentemente, por lo tanto no puede ser afectada la membrana. Caractersticas y cuidado en las actividades de operacin y mantenimiento Tcnica y cuidados de instalacin de la geomembrana El grupo social a servir tiene que capacitado para el manejo de dicho tipo de revestimiento. Tambin se puede usar asociada la geomembrana con un revestimiento de concreto; la geomembrana acta como elemento impermeabilizante (el concreto se deteriora con las bajas temperaturas) y el concreto como elemento de proteccin, sobre todo cuando se trata de obras ubicadas por encima de los 4, 000 m.s.n.m. o zonas desoladas.7. Elementos bsicos en el diseo de canales Se consideran elementos; topogrficos, geolgicos, geotcnicos, hidrolgicos, hidrulicos, ambientales, agrolgicos, entre otros.7.1. Trazo de canales Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente informacin bsica: Fotografas areas, imgenes satelitales, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo, vas de comunicacin, etc. Planos topogrficos y catastrales. Estudios geolgicos, salinidad, suelos y dems informacin que pueda conjugarse en el trazo de canales.

Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, obtenindose finalmente el trazo definitivo. En el caso de no existir informacin topogrfica bsica se procede a levantar el relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos:a. Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotndose todos los detalles que influyen en la determinacin de un eje probable de trazo, determinndose el punto inicial y el punto final (georreferenciados). b. Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topogrfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelar la poligonal y se har el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harn de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsin de relieve, la seccin se hace a cada 5 m, si el terreno no muestramuchas variaciones y es uniforme la seccin es mximo a cada 20 m. c. Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende bsicamente de la topografa de la zona y de 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 a 1:2000.

7.2. Radios mnimos en canales En el diseo de canales, el cambio brusco de direccin se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significa ningn ahorro de energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo. Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:

Tabla 11

Tabla 12

Tabla 13

8.3. Rasante de un canal Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas ms usuales son de 1:1000 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relacin entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10. El procesamiento de la informacin y dibujo se puede efectuar empleando el software AUTOCAD CIVIL 3D (AUTOCAD clsico, AUTOCAD LAND, AUTOCAD MAP o AUTOCAD CIVIL). Para el diseo de la rasante se debe tener en cuenta: La rasante se debe trabajar sobre la base de una copia del perfil longitudinal del trazo Tener en cuenta los puntos de captacin cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren u obra de arte. La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno (optimizar el movimiento de tierras), cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan cadas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con el caudal especificado y diferentes cajas hidrulicas, chequeando la velocidad obtenida en relacin con el tipo de revestimiento a proyectar o si va ser en lecho natural, tambin se tiene la mxima eficiencia o mnima infiltracin. El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mnimo la siguiente informacin.

Kilometraje Cota de terreno BMs (cada 500 1000 m) Cota de rasante Pendiente Indicacin de las deflexiones del trazo con los elementos de curva Ubicacin de las obras de arte Seccin o secciones hidrulicas del canal, indicando su kilometraje Tipo de suelo Cuadro con elementos geomtricos e hidrulicos del diseo

Ilustracin 8

8.3.1 Seccin tpica de un canal Donde: T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinacin del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., segn el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., segn el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal. En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos mrgenes, segn las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no ser necesaria, dependiendo de la intensidad del trfico.8.4 Seccin Hidrulica ptima8.4.1 Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la misma rea y pendiente conduce el mayor caudal posible, sta condicin est referida a un permetro hmedo mnimo, la ecuacin que determina la seccin de mxima eficiencia hidrulica es:

Siendo el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z), b plantilla del canal y y tirante o altura de agua.8.4.2 Determinacin de Mnima Infiltracin Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua por infiltracin en canales de tierra, esta condicin depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuacin que determina la mnima infiltracin es:La siguiente tabla presenta estas condiciones, adems del promedio el cual se recomienda.

Tabla N 04 -. Relacin plantilla vs tirante para, mxima eficiencia, mnima infiltracin y el promedio de ambas.

Tabla 14

De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde el ngulo a que forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquier seccin de mxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2 Donde: R = Radio hidrulico y = Tirante del canaNo siempre se puede disear de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseo propio para cada situacin.

8.5 Diseo de secciones hidrulicas Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad, velocidad mxima y mnima permitida, 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 = rea (m2) R = Radio hidrulico = rea de la seccin hmeda / Permetro hmedo En la tabla N 6, se muestran las secciones ms utilizadas.8.5.1 Criterios de diseo Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseo de canales, los cuales tendrn en cuenta: el caudal a conducir, factores geomtricos e hidrulicos de la seccin, materiales de revestimiento, la topografa existente, la geologa y geotecnia de la zona, los materiales disponibles en la zona o en el mercado ms cercano, costos de materiales, disponibilidad de mano de obra calificada, tecnologa actual, optimizacin econmica, socioeconoma de los beneficiarios, climatologa, altitud, etc. Si se tiene en cuenta todos estos factores, se llegar a una solucin tcnica y econmica ms conveniente.

8.5.2 Rugosidad.- Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radio hidrulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se disea canales en tierra se supone que el canal est recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difcilmente se conservar con el tiempo, lo que quiere decir que en la prctica constantemente se har frente a un continuo cambio de la rugosidad.

En canales proyectados con revestimiento, la rugosidad es funcin del material usado, que puede ser de concreto, geomanta, tubera PVC HDP metlica, o si van a trabajar a presin atmosfrica o presurizados. La siguiente tabla nos da valores de n estimados, estos valores pueden ser refutados con investigaciones y manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseo:

Tabla 15

Ilustracin 9

Conclusiones:De lo expuesto, se desprende que las metodologas reseadas son variaciones de lo que cada una por separado presenta, por lo cual la forma de exposicin que se ha adoptado en este documento, posee como objetivo representar el hecho de que frente a distintas problemticas de trabajo, los elementos tcnicos que se han definido, son capaces de dar respuesta a tales requerimientos, en forma total o parcial. El diseo de canales con otro tipo de seccin transversal, como la rectangular, obedece a elementos matemticos que poseen similar asidero tcnico, al sealado en este documento, por lo cual es posible realizar otras derivaciones si ello fuese necesario. Los coeficientes de rugosidad tienden a variar, todo depende del material en el que el canal este fabricado, cabe destacar que cualquiera puede ser til y eficiente si se toman las consideraciones correspondientes segn esta sealado en este documento, hay que recordar que los canales son diseos hidrulicos y cada uno de estos requiere de un mtodo especfico para fabricarlo.Finalmente, resta destacar que por sobre la determinacin matemtica de un canal, cobra especial relevancia el replanteo de la obra en terreno, as como llevar a cabo una cuidadosa y eficiente construccin, todo lo cual define la obtencin de una utilidad marginal significativa va en el contexto econmico, as como una practicidad efectiva y eficiente a las demandas del sistema social en zonas rurales.

e-Grafas:http://www.ecured.cu/index.php/Obras_de_derivaci%C3%B3nhttp://civilgeeks.com/2010/11/10/conceptos-y-elementos-de-un-canal/http://www.monografias.com/trabajos93/topografia-canales/topografia canales.shtml#partesdeua#ixzz3RNVZwSpAhttp://eias.utalca.cl/Docs/pdf/Publicaciones/manuales/e_modulo_diseno_canales.pdfhttp://es.slideshare.net/witmancc/canales-diseoFecha de Consulta: 12/02/2015

Bibliografa:Manual: criterios de diseos de obras hidrulicas para la formulacin de proyectos hidrulicos multisectoriales y de afianzamiento hdrico - Direccin de estudios de proyectos hidrulicos multisectoriales, Per 2010. Pg. 6-17