Diseño Hidráulico de Canales (IRRIGACIÓN)

1. 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

3. -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

4. El diseño hidráulico de canales consiste en realizar el
dimensionamiento y la forma geométrica del canal en función
al caudal que transporta de acuerdo a la demanda de agua
requerida 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 del
tirante normal que es el que corresponde para cada
descarga en una canal con pendiente de
fondo, sección, sección transversal y rugosidad de paredes
establecidas.

6. 3.2.1. Condiciones Hidráulicas:
a. Por el tipo de flujo
TAg
V
F
/.
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)

7.  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 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.
3.2.2. Condiciones no Hidráulicas:

8. 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.

9. 3.3.1. Tipos de Sección Hidráulica

10. Sección Rectangular Sección Trapezoidal
Sección ParabólicaSección Triangular

11. a. Elementos Geométricos b. Elementos Hidráulicos
b: Base menor y: Tirante
B: Base mayor f: Borde libre
H: Altura del talud T: Tirante superficial
z: Talud de la caja del canal
C: Berma interna
D: Berma externa
3.3.2. Componentes de un Canal

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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

16. 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.

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

18. 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.

19. 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 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

20. 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

21. yH
3
4
Donde:
H: Altura del canal
y: tirante

22. 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.

23. 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.
2
2tg
y
b
Relación base – tirante

24. 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.
2
4tg
y
b
Relación base – tirante
Se muestra un cuadro de la relación o base - tirante para secciones de
mínima infiltración para diferentes taludes.

25. 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

27. 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.

28. Para canales revestidos tenemos
según el material de revestimiento.

29. 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).

32. 3.18. EMPLEO DEL PROGRAMA ´´H CANALES´´ ,EN EL
DISEÑO DE SECCIONES HIDRÁULICAS.

34. RESUMEN DE ELEMENTOS GEOMETRICOS E
HIDRÁULICOS DE CADA CANAL

35. 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.

36. 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.

37. 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.

40. 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.

41. •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

45. •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.

46. •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.

47. • 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.

48. 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.

50. 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.

51. 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.

52. REVESTIMIENTO DE PIEDRA EMBOQUILLADA Y
CANTEADA.

53. REVESTIMIENTO DE CONCRETO

54. REVESTIMIENTO DE GUNITA

55. 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.

56. 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.

58.  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.

59.  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.

60.  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.s
html
 FRANCISCO CORONADO DEL AGUILA, “Diseño y
construcción de canales”

61. GRACIAS
................