Canales
Canales
Canales
ING. CIVIL
DISEO DE CANALES
1. GENERALIDADES.
En ingeniera se denomina canal a una construccin destinada al transporte de
fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberas, es
abierta a la atmsfera, donde el agua circula
debido a la
accin de la
hidrulico
de
los
canales
es
una
parte
fundamental
de
y torrentes
estn
cursos tienen
cambio de
velocidades rugosidades
sus
secciones se definen
en su
lo que implica
en algunos casos
cambio de
Ejemplo.
cuarto orden.
rea servida por un lateral vara de 60 350 ha.
Capacidad del orden de 300 L/s
El rea servida por un lateral se le conoce como unidad de riego.
de riego.
rea servida por un Sub-Lateral, varia de 20 a 60 ha.
Capacidad del orden de 60 200 L/s (en la prctica se le da 10 L/s)
El rea de riego servida se le conoce como Unidad de Rotacin.
o pozas.
PARCELA DE RIEGO. Segn condicin agraria es de 4 has. en el Per.
Al lado de Canales o Drenes siempre debe existir un camino de vigilancia.
3.2.
POR EL MATERIAL DE QUE ESTAN HECHOS.
3.2.1.No Revestidos. Son los canales de tierra.
POR SU ORIGEN.
hasta
quebradas,
ros
transportan
superficie
agua
libre
con
tambin
una
son
un
canal
natural
por
lo
general
son
muy
irregulares.
humano:
canales
de
navegacin,
canales
de
centrales
4. ELEMENTOS DE UN CANAL.
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 de flujo.
Estos elementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el clculo de
flujo.
Las partes constituyentes de un canal son:
Fig. N 1
Donde:
b
d
f
m1
m2
m3
=
=
=
=
=
=
= Ancho superficial de
agua en el canal.
proyecto:
riegos,
acueductos,
centrales
hidroelctricas,
drenaje,
recreacin, etc.
Consideraciones ambientales: usos del agua, servidumbres, riesgos para
los seres vivos, calidad del agua.
V=
8g
RS
f
Re =
V (4 R)
v
=
D 4R
Donde:
0 .316
R 0e .25
R f
1
=2 log ( e )
2.51
f
Para la zona de flujo de transicin, puede utilizarse una modificacin de la ecuacin
de Colebrook:
en la ecuacin anterior,
se tiene:
=2 .162 log ( )
R
f
Q=
AR
2/ 3
1 /2
n
Los valores conocidos para el diseo son: Q, n, S y Z.
Los valores desconocidos son: A, R, Y, T y P.
En donde Dh es dimetro hidrulico del canal, que es igual a 4Rh; siendo el radio
hidrulico, la relacin entre el rea de la seccin transversal y el permetro mojado.
Con lo que se obtiene la expresin de la velocidad de la corriente uniforme:
V O=
hp 2 g . 4 Rh
8g
.
=
. R . S
L
f
f h 0
C=
8g
f
V 0=C . Rh . S0
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING: para nmeros de REYNOLDS grandes
(rgimen turbulento completamente desarrollado) la importancia de la
subcapa lmite laminar disminuye frente a la rugosidad, y el coeficiente de friccin
pasa a depender slo de la rugosidad relativa (VON KARMAN, 1938):
/ Rh
1
=2 log (
)
14 . 8
f
ING. WESLEY SALAZAR BRAVO - DISEO DE CANALES
10
f =0 . 113
Rh
1 /3
( )
V O=
8g
0 .113
Rh
1 /3
( )
1 2/ 3
. R h . S 0= R h . S 0
n
n=
0 . 113 ( )
8g
1 /3
Recomendaciones:
Sobre todo para los canales en tierra, estos admiten con el tiempo mayores
velocidades debido a que se han estabilizado sobre todo si las aguas
transportan limos y arcillas en suspensin que ayudan a estabilizar ms el
canal, porque estas partculas rellenan los poros de las paredes del canal
canal menos profundo tiene velocidades de erosin mayores con las paredes.
En canales de conduccin que no tienen tomas en tramos largos puede
disearse el canal para la velocidad mxima permisible reduciendo as la
seccin de excavacin, pero si se va a entregar agua a lo largo del canal es
preferible mantener velocidades bajas manejables.
11
As para canales de distribucin esta velocidad es del orden de 0.80 m/s que
nos permita un mejor control del agua porque nos da tiempo para operar los
dispositivos de riego, adems n las tomas que se tienen ensanchamientos
con baja
estructuras
sern
zonas
de
sedimentacin
lo que
producir
la
colmatacin de la misma.
Se debe procurar no tener velocidades crticas o prximas a ella en un
canal para evitar la produccin de resultados hidrulicos lo que traera
consigo fluctuaciones en el nivel del agua en el resalto y por consiguiente
Arena
0.75
1.25
Grava
1.25
2.00
A/2
TABLA A3
TIPO DE CANAL
Canales Laterales Pequeos
Canales Principales
VELOCIDAD EN m/s
MNIMA
MXIMA
0.45
0.75
0.60
1.35
CAUDAL
(80-700) L/s
(1-10)m3/s
12
MATERIAL
2.00 2.50
Esquistos o Pizarras
2.00 2.50
2.00 2.50
Roca Dura
3.00 4.50
n
Mann
ing
0.020
no 0.020
Agua
limpia
1.45
0.53
Velocidad (m/s)
Agua con
Agua
partculas
transportando
coloidales
arena, grava o
fragmentos
0.75
0.45
0.75
0.60
13
VELOCIDADES MAXIMA EN
arcillosos.
Canales revestidos con concreto o
cortos
sin
estructuras
rpidas.
Canales revestidos sin esfuerzo (Vc:
velocidad crtica)
Canales revestidos sobre material
m/s
0.6 1.25
1.50
1.0 3.75
V 0.7 Vc
Vc 2.5 m/ s
Vm x 1.5 m/s
Vm x Vc ; Vm x (v) 10 m/s
(represas
pendientes
Vm n=0.80 m/s
Vm x=34 m/s
que
trabajan a presin.
14
en kg/cm2
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 A8, 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
m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante.
TABLA A9
VELOCIDADES
MAXIMAS
DE
EROSIN
En arena fina
0.40
m/s
En arcilla arenosa
0.50
Arcilla pura, Limo
0.60
Arcilla ordinaria, grava fina
0.70
Grava gruesa
1.20
Cantos y grava
1.50
Esquistos tiernos
1.80
Rocas estratificadas
2.40
Rocas duras
4.00
Hormign
4.50
Limo de aluvin coloidal, mezcla de
grava,
arena
y
arcillas.
1.00
VELOCIDADES DE SEDIMENTACIN
Arcillas
0.80
m/s
Arena fina (0.002)
0.16
Arena
gruesa
(0.005)
0.21
Gravilla (0.008)
0.32
Grava
(0.025)
0.65
Si el agua arrastra material slido,
conviene que ste no sedimente en el
canal, y slo si en los depsitos
dispuestos para ello.
Las velocidades por bajo de las que se
sedimentan dichos elementos slidos
son: (x)
Corrientemente una V = 0.60 0.90
m/s
Suele ser suficiente para evitar
sedimentos.
15
8.2.
R3 . S2
V=
n
Dnde:
Radios
hidrulicos (m)
3.44
4.11
3.17 3.41
3.02
1.92
1.58 1.25
1.49
1.19
1.22
Pendiente Longitud. De
fondo
0.00061
0.00010
0.00010 0.00005
0.00010
0.00040
0.00039 - 0.00139
0.00030
0.00040
0.00035
m3/s.
Canal de Irrigacin Chira del Proyecto Chira Piura S = 0.35%o.
0.00005.
Si partimos, de una cierta Velocidad Media Lmite, ste se puede conseguir
16
Pendiente
ha
de
ser
pequea
para
no
obtener
velocidades
exageradas.
En cambio para canales pequeos, el R ser escaso y la S ser relativamente
grande para obtener velocidades medias corrientes.
0.00005.
8.3.
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)
El valor de n depende del tipo de material de las paredes del canal y de la
convencin del mismo, esto porque con el tiempo la asperosidad de las
nc =
P1 . n2 + Pn . n2
P 1+P2 +.. ..+ Pn
nc
= Coeficiente de rugosidad compuesto.
n1, n2, n3= Coeficiente de rugosidad
parciales.
p1, p2, p3= Permetros Parciales.
17
A5 /3
+
P 2/ 3
5/ 3
1
1
A 5/2 3
A53 /3
+
+
n1 ( P1 )2/ 3 n2 ( P2)2 /3 n3 ( P3)2 /3
ESFUERZO CORTANTE
nc
0.025
0.025
0.029
0.040
sin
0.026
0.017
18
0.020
0.025
0.030
0.040
m /s
0.025
0.020-
0.022
0.010
0.011-
0.012
0.014
0.016
0.027
0.012-
0.013
0.014-
0.017
0.025
(0.018)
0.013
0.016
Concreto asfaltico
0.014
0.04-0.06
0.025-
0.035
0.0200.030
8.4.
HORIZ.
Prcticamente vertical
19
1 : 0.25
1 : 0.5 hasta 1 : 1
o mampostera
Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes
1:1
1 : 1.5
con piedra
Tierra arenosa suelta, material poco estable
Greda arenosa o arcilla porosa
1:2
1:3
8.5.
siguiente frmula:
Donde:
f = borde libre (m),
d = Tirante de Agua (m),
c = 1.5 (Q 600 Lts/S);
c =2.5 (Q = 80 m3/s)
TABLA N 13
BORDE LIBRE (m)
CAPACIDAD (m3/s)
0.15
0.27 0.80
0.15 0.30
0.80 8.0
0.30 0.60
8.0 60.0
0.60 0.90
60-0 - 285
REVESTIDO (cm)
=< 0.05
7.50
10.00
20
0.05 0.25
10.00
20.00
0.25 0.50
20.00
40.00
0.50 1.00
25.00
50.00
> 1.00
30.00
60.00
Hasta 0.8
0.4
0.8 1.5
0.5
1.8 3.0
0.6
3.0 20.0
1.0
8.6.
BANQUETAS (C y V)
Se refiere a los caminos (V) Bermas (c) de un canal, dependiendo el ancho de
la
-
BERMAS C (m)
CAMINOS V 8m)
1.00
6.0
0.75
4.0
0.50
3.0
21
rodadura puede ser una CARPETA ASFALTICA sobre el terrapln para evitar el
desfogaste del material por la INTESIDAD DEL TRAFICO (En las Cooperativas
-
8.7.
-
ZANJAS DE CORONACIN
Sirven para recolectar del agua de lluvia que baja por las laderas
de los
LOCALIZACION DE
22
8.8.
-
DRENAJE
23
0.40
0.060 0.180
0.60
0.180 0.720
0.80
2.00 10.00
24
8.11.
PERFIL LONGITUDINAL DEL CANAL
- Aunque es ampliamente conocido, recordando el CALCULO HIDRAULICO de
un canal se obtiene de la frmula de MANNING:
R = A/P
; V = Q/A
Valores por lo general conocidos: Q, V, b, >, incgnita d =?
En el perfil longitudinal de un canal se producen PERDIDAS DE CARGA tanto
por la friccin por prdidas de CARGA LOCALES, por Obras de Artes
construidas en l:
CAIDAS VERTICALES.
FINALIDAD
SIMBOLO
25
CAIDAS INCLINADAS
RAPIDAS
PUENTES
TOMA
SIFON
ALCANTARILLA
CONTROL O
REGULADOR
ALIVIADERO
ACUEDUCTO o CANOA
(Cruce de Quebradas)
PARTIDORES DE AGUA)
(Repartidores proporcionales
de caudales)
AFORADOR PASRHALL
(Medidor de Agua)
TRANSICIONES
CANAL DE DERIVACIN
CAMINOS
26
TROCHA CARROSABLE
CASERIO
PUNTO DE
TRIANGULACIN
9.
BIBLIOGRAFA.
Trazo y Diseo de Canales, Ing. Arbul Ramos Jos.
Estructuras Hidrulicas, Ing. Arbul Ramos Jos.
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http://www.scribd.com/doc/3082987/1/SUELOS-EXPANSIVOS
http://www.postgrado-fic.org/Download/Alva/Arcillas_Lutitas_Norte.pdf
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/laderas_andinas/p
aginas/canales.htm
http://hercules.cedex.es/Planificacion/Planificacion_hidrologica/ComplejoTajoS
egura/complejo_tajo_segura.htm
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