UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL CURSO
: OBRAS HIDRAULICAS
TEMA : CANALES DE IRRIGACION Y DESARENADOR ALUMNOS : - LASTRA AMACHI GIMO - URRUTIA HUAMANI PETER - RAFAELE VALENZUELA EDDIE - PRUDENCIO QUISPE YASSER - PONCE DE LEON KENYO
DOCENTE
Ing. PANIAGUA-CHACON-CESAR TRAPOTO_PERU
OBRAS HIDRAULICAS
OBRAS HIDRAULICAS
OBJETIVOS: -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
canal a una construcción destinada al transporte de fluidos, generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica.
CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES: • a) Canales naturales:
b) Canales artificiales: • canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrícola
Las secciones transversales más comunes son las siguientes: • Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.
• Sección rectangular: Debido a que el rectángulo 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.
• Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras. • Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.
CANALES DE RIEGO POR SU FUNCIÓN
Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: • Canal de primer orden.- Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. • Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. • Canal de tercer orden.- Llamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades,: el área de riego que sirve un sub – lateral lateral se conoce como unidad parcelaria.
FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE: PERMANENTE: tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración. EL FLUJO ES NO PERMANENTE si PERMANENTE si la profundidad no cambia con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no permante, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño de estructuras de control. Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por Q=VA. Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de flujo perpendicular a la dirección de este, debido a que la velocidad media esta definida como el caudal divido por el área de la sección transversal. FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO: VARIADO: espacio como criterio. Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.
3.2. CONDICIONES HIDRÁULICAS Y NO HIDRÁULICAS PARA EL DISEÑO 3.2.1. Condiciones Hidráulicas: a. Por el tipo de flujo F
Donde:
V
g . A / T
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
3.2.2. Condiciones no Hidráulicas: a. Topografía del eje de ruta del canal Nos muestra el relieve uniforme o quebrado del suelo a lo largo del eje del canal, según esto se determina la pendiente. b. Geología Ofrece información sobre la conformación del suelo donde se alojara la caja del canal, nos ayudara a determinar el talud de la caja y el coeficiente de Manning para canales sin revestir.
c. Condiciones ambientales Principalmente se considera en el diseño de los canales la temperatura y sus variaciones. Influye en el fraguado del concreto para canales revestidos.
d. Hidrología e hidrografía Nos 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 el canal y facilita la ubicación o distanciamiento entre aliviaderos laterales en los canales principales.
e. Hidrogeología Nos ofrece información de los niveles freáticos o superficie piezométrica, de tal manera de poder diseñar detalles especiales de drenaje en la caja del canal (lloradores), da suma importancia para canales revestidos con concreto, ya que los efectos de sub presión sobre el revestimiento resulta perjudicial para la estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal esta vacio.
3.3. SECCIÓN HIDRÁULICA DEL CANAL 3.3.1. Tipos de Sección Hidráulica
Sección Rectangular
Sección Triangular
Sección Trapezoidal
Sección Parabólica
3.3.2. Componentes de un Canal
a. Elementos Geométricos b: Base menor B: Base mayor H: Altura del talud z: Talud de la caja del canal C: Berma interna D: Berma externa
b. Elementos Hidráulicos y: Tirante f: Borde libre T: Tirante superficial
3.4. PENDIENTE O RASANTE DE UN CANAL DE RIEGO La pendiente de un canal es uno de los factores más importantes para el diseño; su elección de la topografía y del aprovechamiento 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 eje del trazo y según el tipo del canal, sea principal o secundario.
3.5. TALUD DE UN CANAL El talud (z) representa el grado de inclinación de los lados que forman la caja del canal con respecto a la horizontal. Es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la parte lateral del canal.
3.06. ELECCIÓN DEL TALUD DE UN CANAL a).Por Limitación Topográfica Cuando el eje de trazo por ruta que sigue un canal atraviesa una zona topográficamente accidentada (ladera empeñada), esta se convierte en una limitante para la selección del talud, ya que obliga a reducir el ancho de corte de plataforma para disminuir volúmenes excesivos de corte y garantizar la estabilidad del talud superior, por lo tanto el ancho superficial de la caja del canal tiene que disminuir llegando al limite de que la inclinación sea nula y las paredes del canal sean vertical (canal de sección rectangular). b).Por Estabilidad del Suelo Cuando los suelos en los cuales se alojan la caja del canal son de diferentes texturas puede ser arcillosos, arenoso, rocoso, etc. que es un factor condicionante para seleccionar el talud del canal. En estos casos el talud del canal tendrá la inclinación necesaria que garantice su estabilidad durante el tiempo de servicio del canal.
Algunos valores de z a tomar en el diseño hidráulico de un canal
NOTA: •Para canales revestidos: Z=1 •Para canales sin revestir: Z=1.5
3.7. RUGOSIDAD DE LA CAJA DEL CANAL Es la resistencia al flujo del agua, que presentan los revestimientos de los canales artificiales y la geología del cauce en los conductos naturales; se relaciona principalmente a las condiciones y al estado de conservación de los revestimientos. El coeficiente de rugosidad depende del material, de su acabado y de su deterioro con el tiempo. La rugosidad depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en al práctica constantemente se hará frente a un continuo cambio de la rugosidad.
3.8. DETERMINACIÓN
DEL COEFICIENTE RUGOSIDAD
a. Para Canales Revestido con Concreto: Concreto liso Concreto bien acabado, usado Concreto frotachado Concreto sin terminar
DE
0.013 0.014 0.015 0.017
b. Para Canales sin Revestir En 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 Naturales El valor de “n” es muy variable dependiendo generalmente del tipo y tamaño del material que conforman el lecho del cauce así como también del 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.
3.9. DISEÑO HIDRÁULICO DEL CANAL DE RIEGO 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, as í como verificar las condiciones hidr áulicas 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 mí nima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.
Coeficiente de Manning Cunetas y canales sin revestir
En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa En tierra ordinaria, superficie irregular En tierra con ligera vegetación En tierra con vegetación espesa En tierra excavada mecánicamente En roca, superficie uniforme y lisa
0,020-0,025 0,025-0,035 0,035-0,045 0,040-0,050 0,028-0,033 0,030-0,035
En roca, superficie con aristas e irregularidades
0,035-0,045
Cunetas y Canales revestidos
Hormigón Hormigón revestido con ganita Encachado Paredes de hormigón, fondo de grava Paredes encachadas, fondo de grava Revestimiento bituminoso
0,013-0,017 0,016-0,022 0,020-0,030 0,017-0,020 0,023-0,033 0,013-0,016 Corrientes Naturales
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de lamina de agua suficiente
0,027-0,033
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de lamina de agua suficiente, algo de vegetación
0,033-0,040
Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia
0,035-0,050
La ecuación más utilizada es la de Manning, y su expresi ón es:
Donde: Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Área (m2) R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda / Perímetro húmedo
3.10.EL TIRANTE DE AGUA (y)
4 H y 3
Donde: H: Altura del canal y: tirante
3.11.CRITERIOS PARA EL CÁLCULO DEL TIRANTE DE AGUA 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.
3.12.SECCIÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA 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. Relación base – tirante
2tg y 2 b
3.13.SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN 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. Relación base – tirante
Se muestra un cuadro de la relación o base - tirante para secciones de mínima infiltración para diferentes taludes. 4tg y 2 b
3.14.SECCIÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA Y MÍNIMA INFILTRACION 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. L a relación base – ti rante sería.
b 3tg 2 y
3.15 .VELOCIDAD MÁXIMA Y MÍNIMA PERMISIBLE DEL AGUA EN CANALES DE RIEGO 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.
CONSIDERACIONES PRACTICAS PARA EL DISEÑO DE CANALES SEGÚN NORMAS:
• A nivel de parcela lo mas generalizado es
encontrar canales de tierra de sección trapezoidal, por lo cual las recomendaciones que se proporcionan estarán mas a estos tipos de canales. • El diseño implica en darle valor numérico a las
siguientes especificaciones técnicas:
Donde:
Q = caudal en, m3 / s V = velocidad media del agua, en m / S = pendiente, en m / m n = coeficiente de rugosidad, sin unidades Z = talud b = ancho de solera, en m. y = tirante, en m. A = área hidráulica, en m2 B.L = H – y borde libre, en m. H = profundidad total desde la corona al fondo del canal, en m. C = ancho de corona, en m.
1.- CAUDAL (Q)
El caudal se calcula utilizando al formula de manning: Q = A ( R2/3 S1/2 / n ) Donde: V = velocidad media, m / s R = radio hidráulico, m S = pendiente de las línea de energía, para el flujo uniforme, m / m ( decimales) Q = caudal, m3 / s n = coeficiente de rugosidad
•
Para el diseño de un canal a nivel parcelario, el cual tiene que ser un dato de partida, que se puede calcular con base al modulo de riego ( l.p.s. / Ha), la superficie que se va a regar ( Ha ) y el caudal que resulte de las perdidas por infiltración durante la conducción.
•
En el caso de que el canal sirva para evacuar las aguas pluviales, el caudal de diseño se calcula tomando en cuenta las consideraciones hidrológicas.
•
En el caso de que el canal sirva como fines hidroelelectricos, el caudal de diseño se encuentra en función de la potencia a generar y la caída topográfica.
•
En el caso en el canal sirva como uso poblacional, el caudal de diseño se calcula en función de la población a servir.
•
En cualquiera de los casos, por lo general, lo que se busca es encontrar las dimensiones del canal, para conducir el caudal determinado, de acuerdo con las necesidades de uso del proyecto, sea para riego, drenaje, hidroeléctrico o uso poblacional.
2.- Velocidad Media en los Canales ( V )
• La velocidad media se puede determinar por medio
de la formula de manning. V = ( R2/3 S1/2 / n ) Donde : V = velocidad media, m / s R = radio hidráulico, m S = pendiente de las línea de energía, para el flujo Uniforme, m / m n = coeficiente de rugosidad
• La velocidad en los canales, varían en un rango cuyo limite
son las velocidades mínima que no produzca deposito de materiales sólidos en suspensión (sedimentación ) , y la máxima que no produzca erosión en las paredes y el fondo del canal. Las velocidades mayores que los valores máximos permisible modifican las rasantes y crean dificultades al funcionamiento de las estructuras que tenga el canal . A la inversa, los problemas de sedimentación ocasionado por las bajas velocidades demandan mayores gastos de conservación, por que se embarcan y disminuye su capacidad de conducción. • Se han encontrado muchos resultados experimentales sobre
estos limites, para canales alojados en tierra, en general están comprendido entre 0.30 y 0.90 m / s.
La tabla que se muestra, proporciona el rango de velocidades máximas recomendable, en función de las características del material en el cual están alojados.
•
Características de los suelos
Canales en tierra franca Canales en tierra arcillosa Canales revestidos con piedra y mezcla simple Canales con mampostería de piedra y concreto Canales revestidos con concreto
Velocidad máximas ( m / s)
0.60 0.90 1.00 2.00 3.00
CANALES EN ROCA
pizarra Areniscas consolidadas Rocas duras, granito, etc.
1.25 1.50 3a5
3.- Pendiente Admisible en Canales de tierra ( S )
• La pendiente, en general, debe ser la
mínima que permita dominar la mayor superficie posible de tierra y que, a la vez , de valores para la velocidad , que no causen erosión del material en que esta alojado el canal, ni depósito de azolve. • La pendiente máxima admisible para canales varia según la textura, en la tabla siguiente se muestran las pendientes máximas recomendable en función del tipo de suelo.
Tipo de suelos
Pendiente S (0/00)
Suelo suelto
0.5 - 1.0
Suelo francos
1.5 – 2.5
Suelo arcilloso
3.0 – 4.5
Nota: durante el diseño no necesariamente se debe tomar
estos valores máximos.
4.- Taludes ( Z )
• Los taludes se designan, como la reacción de la
proyección a la vertical, de la inclinación de las paredes laterales. • La inclinación de las paredes laterales, depende en cada caso particular de varios factores, pero muy particularmente en la clase de terrenos en donde están alojados. • Mientras mas inestable sea el material, menor será el ángulo de inclinación de los taludes. • La siguiente tabla muestra los valores de los taludes recomendados para distintos materiales.
Características de los suelos
Canales pocos profundos
Canales profundos
Roca en buenas condiciones
Vertical
0.25 : 1
Arcilla compacta o conglomerado
0.5 : 1
1:1
Limos arcillosos
1:1
Limos arenosos
1.5 : 1
Arenas sueltas
2:1
1.5 : 1 2:1 1
5.- Coeficiente de Rugosidad( n )
• En
forma practica , los valores del coeficiente de rugosidad que se usan para el diseño de canales alojados en tierra están comprendido entre 0.025 y 0.030 y para canales revestidos de concreto entre 0.013 y 0.015 . • Para una mejor selección de n, según el tipo de rugosidad, se pueden obtener los valores de rugosidad que se presente en tablas y manuales de hidráulica.
6.- Ancho de Soleras ( b )
• Resulta muy útil para cálculos posteriores, fijar
de antemano un valor para el ancho de solera , plantilla o base, con la cual, teniendo fijo el valor del talud y ancho de solera, se puede manejar con facilidad la formula para calcular el tirante. • Una recomendación practica de fijar el
ancho de solera, es en función del caudal, la cual se muestra en la siguiente tabla
Caudal Q ( m 3 / s)
Solera b ( m )
Menor de 0.100
0.30
Entre 0.100 y 1.200
0.50
Entre 2.00 y 4.00
0.75
mayor de 4.00
1.00
Nota: Para canales pequeños, el ancho de solera, estará en función del ancho de la pala de la maquinaria disponible para la construcción
7.- Tirante( y ):
• Es recomendable que quede en corte o siempre en
excavación, aunque puede aceptarse que parte de el quede en la la plataforma de relleno.
• Para canales en media ladera se buscara que el tirante
sea el máximo posible, a fin que el ancho del canal disminuya y el movimiento de tierras sea menor. Sin embargo en suelos rocosos por consideración constructiva podría seleccionarse tirantes pequeños y utilizar la plataforma de excavación para el camino de mantenimiento.
• En terrenos planos y canales sin revestir se preferirá
tirantes pequeños a fin de reducir los esfuerzos de corte
• Una regla empírica generalmente usada en los
Estados Unidos, establece el valor máximo de la profundidad de los canales en tierra según la siguiente relación: (Q > 3 m3/s) Y=(A)½/ 2 Y para Q < 3 m3/s: Y = ( A ) ½ /3 Donde: Y = Tirante hidráulico, en m. A = Área de la sección transversal, en m2 otros autores establecen : y =b / 3 Donde: b = ancho de solera o base, en m
Sección de máxima eficiencia hidráulica: b / y = 2 tg ( / 2 ) o b / y = 2 ((1 + Z2 )1/2 –Z) Sección de mínima infiltración: b / y = 4 tg ( / 2 ) o b / y = 4 ((1 + Z2 )1/2 –Z ) Valor medio de las dos anteriores: b / y = 3 tg ( / 2 ) , o b / y = 3 ((1 + Z2 )1/2 –Z)
8.-Area Hidráulica (A):
• Para el caso de una sección trapezoidal, una
vez calculado el ancho de la solera, talud y el tirante, se obtiene usando la relación geométrica: A = ( b + Zy ) y • También se puede usar la ecuación de la
continuidad, si se conoce el caudal y la velocidad mediante la siguiente ecuación: A = Q / v
9.- Borde Libre.
• En la determinación de la sección transversal de los
canales, resulta necesario, dejar cierto desnivel entre la superficie libre del agua y la corona de los bordes (B.L o fb) como margen de seguridad, a fin de absorber los niveles extraordinarios que puedan presentarse por sobre el caudal de diseño del canal. B.L = H - y • Una practica corriente para canales en tierra, es dejar un bordo libre o resguardo igual a un tercio del tirante, es decir: B.L = y / 3 • Mientras para canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta parte del tirante: B.L = y / 5
Existen también otros otros criterios para seleccionar el valor valor del borde libre:
En relación al caudal se tiene: Caudal ( m3 / s)
Borde libre
Menores que 0.50
0.30
Mayores que 0.50
0.40
En relación rela ción al anch o de s olera se tiene: tie ne: Ancho de solera ( m )
Borde libre ( m )
Hasta 0.80
0.40
De 0.80 a 1.50
0.50
De 1.50 a 3.00
0.60
De 3.00 a 20.00
1.00
En función al caudal, la secretaría de recursos hidráulicos de México recomienda Caudal ( m3 / s )
Canal revestido ( cm. )
Canal sin revestir ( cm.)
0.05 0.05 – 0.25 0.25 0.25 – 0.50 0.50 0.50 – 1.00 1.00 1
7.5 10 20 250 30
10 20 40 50 60
10.- Profund Profundidad idad Total ( H )
• La profundidad total del canal se
encuentra una vez conocida el tirante de agua y el borde libre, es decir H = y + B. L • Por lo general, para el proceso de
construcción, este valor se redondea.
11.- Ancho de corona ( C )
• El ancho de corona , de los bordos de los canales en su
parte superior, depende esencialmente del servicio que estos habrán de prestar. • En canales grandes se hacen suficientemente
anchos, 6.50 m como mínimo, para permitir el transito de vehículos y equipos de conservación, a fin de facilitar los trabajos de inspección y distribución de agua. • En canales mas pequeños, el ancho superior de la
corona puede diseñarse aproximadamente igual al tirante del canal. En función del caudal, se puede considerar un ancho de corona de 0.60 m. para caudales menores de 0.50 m3 / s y 1.00 m para caudales mayores.
OTRAS CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE CANALES SEGÚN LAS NORMAS
Radios mínimos en canales • En el diseño de canales, el cambio brusco de
dirección se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mínimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no será hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo.
• Las siguientes tablas indican radios mínimos según las normas
del ILRI: Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s Capacidad del canal
Radio mínimo
Hasta 10 m3/s
3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/s
4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/s
5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/s
6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayor
7 * ancho de la base
Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior.
Fuente: “International Institute For Land Reclamation And Improvement” ILRI, Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.
Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua CANALES DE DRENAJE
CANALES DE RIEGO Tipo
Radio
Tipo
Radio
Sub – canal
4T
Colector principal
5T
Lateral
3T
Colector
5T
Sub – lateral
3T
Sub – colector
5T
Siendo T el ancho superior del espejo de agua
Fuente: Salzgitter Consult GMBH “Planificación de Canales, Zona Piloto Ferreñafe” Tomo II/ 1 - Proyecto Tinajones – Chiclayo 1984.
Radio mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s Capacidad del canal
Radio mínimo
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
5m
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7 “Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978.
Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mínimo que más se ajuste a 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. ß = Angulo de deflexión, formado en el PI. E = Externa, 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 la curva a la cuerda larga. G = Grado, es el ángulo central. LC = Longitud de curva que une PC con PT. PC = Principio de una curva. PI = Punto de inflexión. 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.
Sección Hidráulica Optima : Determinación de Máxima Eficiencia Hidráulica: Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica cuando para la misma área y pendiente conduce el mayor caudal, ésta condición está referida a un perímetro húmedo mínimo, la ecuación que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es:
Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en canales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración es: Determinación de Mínima Infiltración:
4 * tg y 2 b
La siguiente tabla presenta estas condiciones, además del promedio el cual se recomienda.
Relación plantilla vs. tirante para, máxima eficiencia, mínima infiltración y el promedio de ambas. Talud
Angulo
Máxima Eficiencia
Mínima Infiltración
Promedio
Vertical 1/4:1 1/2:1 4/7:1 3/4:1 1:1 1¼:1 1½:1 2:1 3:1
90°00´ 75°58´ 63°26´ 60°15´ 53°08´ 45°00´ 38°40´ 33°41´ 26°34´ 18°26´
2.0000 1.5616 1.2361 1.1606 1.0000 0.8284 0.7016 0.6056 0.4721 0.3246
4.0000 3.1231 2.4721 2.3213 2.0000 1.6569 1.4031 1.2111 0.9443 0.6491
3.0000 2.3423 1.8541 1.7410 1.5000 1.2426 1.0523 0.9083 0.7082 0.4868
• De todas las secciones trapezoidales, la más
eficiente es aquella donde el ángulo a que forma el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de máxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2 Donde: R = Radio hidráulico y = Tirante del canal • No siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio para cada situación.
3.16.DISEÑO DE LA SECCIÓN HIDRÁULICADE UN CANAL DE RIEGO 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 .
