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FACULTAD DE INGENIERÍA
Asignatura: IRRIGACIONES Y
DRENAJE
Mstro. Henry G. Pautrat Egoavil
HUANCAYO - 2021
Email: d.hpautrat@upla.edu.pe
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
TEMA: CRITERIOS PARA EL
PLANTEAMIENTO
UNIDAD I ESTRUCTURAS DE
CONDUCCIÓN
Objetivos: Identificar criterios de diseño,
características hidráulicas,
conceptos y Aplicaciones, realizando
ejercicios típicos y cálculos
preliminares.
Irrigaciones y Drenaje
3
Como diseñar un
canal abierto?
❖ Criterios
❖ Condiciones
❖ Ejercicios
Cálculo hidráulico
El cálculo hidráulico se realiza con la fórmula de Manning, por ser la
más apropiada, en que:
Donde
Irrigaciones y Drenaje
4
SECCION HIDRÁULICA OPTIMA
CONDICION DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica, cuando
por la misma área y pendiente conduce el mayor CAUDAL, esta
condición será referida a un perímetro húmedo mínimo o menor
área de fricción, la fórmula que determina la sección de máxima
eficiencia hidráulica es:
Irrigaciones y Drenaje
5
CONDICIONES DE DISEÑO
𝑏
𝑦
= 2 𝑇𝑎𝑛 ⟮
𝜃
2
⟯
Donde 𝜃 es el ángulo que forma el talud con la horizontal
𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 𝑡𝑎𝑛 ⟮
1
𝑧
⟯
CONDICION DE MÍNIMA INFILTRACIÓN
Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua
por infiltración en los canales, esta condición depende del tipo de
suelo y del tirante del canal.
La ecuación que determina la mínima infiltración es:
Irrigaciones y Drenaje
6
𝑏
𝑦
= 4 𝑇𝑎𝑛 ⟮
𝜃
2
⟯
Relación plantilla (b) y tirante (y) para máxima eficiencia y
mínima infiltración
TALUD ANGULO MAXIMA EFICIENCIA
HIDRAULICA
MINIMA INFILTRACION
Vertical 90º00’ 2.000 4.000
¼ : 1 75º58’ 1.562 3.123
½ : 1 63º26’ 1.236 2.472
4/7 : 1 60º15’ 1.161 2.321
¾ : 1 53º08’ 1.000 2.000
1 : 1 45º00’ 0.828 1.657
1 ¼ : 1 38º40’ 0.702 1.403
1 ½ : 1 33º41’ 0.605 1.211
2 : 1 26º34’ 0.472 0.944
3 : 1 18º26’ 0.325 0.649
Irrigaciones y Drenaje
7
SECCION DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA Y MINIMA
INFILTRACIÓN
Son las secciones cuyo diseño tiene la finalidad de que el canal
transporte el caudal máximo y tenga una mínima perdida por
infiltración estos diseños se realizan para canales sin
revestimiento, la sección viene a ser el promedio del MEH y MI.
y del tirante del canal.
La ecuación que determina la mínima infiltración es:
Irrigaciones y Drenaje
8
𝑏
𝑦
= 3 𝑇𝑎𝑛 ⟮
𝜃
2
⟯
TIPOS DE SECCIÓN HIDRÁULICA
Irrigaciones y Drenaje
9
ELEMENTOS GEOMETRICOS DE DIVERSA SECCIÓN HIDRÁULICA
Irrigaciones y Drenaje
10
Irrigaciones y Drenaje
11
SECCIÓN DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
Irrigaciones y Drenaje
12
Secciones transversales más frecuentes
Irrigaciones y Drenaje
13
FORMULAS
ET = carga de energía total, en m-kg / kg
z = carga de posición, en m-kg / kg
V2/2g= carga de velocidad, en m-kg / kg
Irrigaciones y Drenaje
14
E = energía específica
Q = caudal, en m3/s
g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
Ac = área hidráulica crítica, en m2
Tc = espejo de agua crítico, en m
Irrigaciones y Drenaje
15
Fr = número de Froude, adimensional
v = velocidad media, en m/s
g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
A = área hidráulica, en m2
T = espejo de agua, en m
Irrigaciones y Drenaje
16
Entonces, por el numero de Froude, el flujo puede ser:
Flujo subcrítico si F<1, el flujo tiene baja velocidad.
Flujo crítico si F=1, fuerzas están en equilibrio.
Flujo supercrítico si F > 1, el flujo tiene gran velocidad.
Como se observa de la ecuación anterior, la fuerza específica se compone de
dos términos:
❖ El primero representa la cantidad de movimiento del flujo que atraviesa
la sección del canal en la unidad de tiempo y por unidad de peso del agua.
❖ El segundo, el empuje hidrostático por unidad de peso y también el
momento estático del área respecto de la superficie libre
Irrigaciones y Drenaje
17
F = fuerza específica
Q = caudal, en m3/s
g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
A = área hidráulica, en m2
yG= profundidad hasta llegar al centro de gravedad de
la sección transversal, en m
RECUERDE:
El flujo es uniforme, si los parámetros hidráulicos no cambian con
respecto al espacio, es decir, que las características: profundidad,
área transversal, velocidad, etc, en cada sección del canal son
constantes, por lo cual la pendiente de la línea de energía, la
pendiente de la superficie libre del agua y la pendiente del fondo del
canal son iguales.
Irrigaciones y Drenaje
18
Se dice que un canal, o alguna sección de él, está trabajando bajo un
régimen crítico cuando:
•Posee la energía específica mínima para un caudal dado, o
•Posee el caudal máximo para una energía específica dada, o
•Posee la fuerza específica mínima para un caudal dado
El flujo crítico se puede conseguir en forma práctica:
1. Reduciendo la sección.
2. Provocando una sobre elevación del fondo del cauce.
3. Utilizando los dos criterios anteriores.
Con base en el principio del flujo crítico, se han
desarrollado varias estructuras para medición del
caudal. (aforador Parshall), éste aforador provoca
la formación del flujo crítico por medio de una
contracción de la sección transversal y una
elevación del fondo del canal.
Irrigaciones y Drenaje
19
Sección trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica
Una sección es de máxima eficiencia hidráulica, cuando para la
misma área, pendiente y calidad de las paredes, deja pasar un
caudal máximo.
El diseño de este tipo de sección se recomienda solo para
canales revestidos porque para canales en tierra, por lo general
dan velocidades erosivas.
Irrigaciones y Drenaje
20
EJERCICIOS
Irrigaciones y Drenaje
21
Dado un canal trapezoidal, con un ancho de base de 3 m, con talud 1.5:1, una
pendiente longitudinal S0=0.0016 y un coeficiente de rugosidad de 0.013, calcule
el caudal y la velocidad normal, sabiendo que el tirante normal es de 2.60 m.
22
EJERCICIO N° 01
b = 3.0 m
z = 1.5 : 1
S0 = 0.0016
n = 0.013
y = 2.6 m
b=3 m
y=2.6 m
z= 1.5:1
Datos:
23
SOLUCION:
Calculo del Área hidráulica del canal
1
A = (b + zy) y
A = (3)(2.6) + (1.5)(2.6)2
A = (7.8 + 10.16)
A = 17.94 m 2
24
Calculo del Perímetro mojado del canal
2
P = (3)+(2)(2.6) √ 1 + (1.5)2
P = 3 + 9.37
P = b + 2y √𝟏+ z 2
P = (3)+(5.20) √ 3.25
P = 12.37 m
25
Calculo del radio hidráulico del canal
3
R =
R = 1.45 m
12.37 m
𝑹 =
(b + zy) y
b + 2y √𝟏+ z 2
R =
𝑨
𝑷
17.94 m 2
ó
26
Calculo del caudal en el canal
4
Q = 70.66 m3/s
Q = 𝑨
1
n 𝑹
𝟐
𝟑
𝑺
(
𝟏
𝟐
)
Q = 𝟏𝟕. 𝟗𝟒
1
0.013
(1.45)
𝟐
𝟑
(𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟔)(
𝟏
𝟐
)
Remplazando:
Q = 𝟏𝟑𝟖𝟎(1.28)(𝟎. 𝟎𝟒)
27
Calculo de la velocidad en el canal
5
V =
Q
A
V =
70.66
17.94
Remplazando:
V = 𝟑. 𝟗𝟒 𝒎/𝒔
Un canal revestido de sección trapezoidal requerido para la conducción de un caudal de
riego. La base del canal es 2,5 m y la profundidad del flujo es 0,60 m. Tenga en cuenta
que el canal tiene una pendiente S0= 0.001 Determine: área mojada, radio hidráulico,
caudal y velocidad.
28
EJERCICIO N° 02
b = 2.5 m
z = 3
S0 = 0.001
y = 0.6 m
Datos:
b=2.5 m
y=0.60 m
29
SOLUCION:
Calculo del Área hidráulica del canal
1
A = (b + zy) y
A = (2.5)(0.6) + (3)(0.6)2
A = (1.5 + 1.08)
A = 2.58 m 2
30
Calculo del Perímetro mojado del canal
2
P = (2.5)+(2)(0.6) √ 1 + (3)2
P = 2.5 + 3.79
P = b + 2y √𝟏+ z 2
P = (2.5)+(1.20) √ 10
P = 6.29 m
31
Calculo del radio hidráulico del canal
3
R =
R = 0.41 m
6.29 m
𝑹 =
(b + zy) y
b + 2y √𝟏+ z 2
R =
𝑨
𝑷
2.58 m 2
ó
32
Calculo del caudal en el canal
4
Q = 3.22 m3/s
Q = 𝑨
1
n 𝑹
𝟐
𝟑
𝑺
(
𝟏
𝟐
)
Q = 𝟐. 𝟓𝟖
1
0.014
(0.41)
𝟐
𝟑
(𝟎. 𝟎𝟎𝟏)(
𝟏
𝟐
)
Remplazando:
Q = 𝟏𝟖𝟒. 𝟐𝟗(0.55)(𝟎. 𝟎𝟑)
33
Calculo de la velocidad en el canal
5
V =
Q
A
V =
3.22
2.58
Remplazando:
V = 𝟏. 𝟐𝟓 𝒎/𝒔
En un canal rectangular, en cierto tramo de su perfil longitudinal y en la dirección de
flujo, se produce una contracción y una elevación del fondo, de tal manera que el
ancho del canal se reduce de 2 m a 1 m y el fondo se eleva 0,18 m, además se sabe
que el tirante aguas arriba es de 1.20 m, en la zona contraída la superficie libre
desciende de 0.12 m. Considere las perdidas despreciables. Determine el caudal.
34
EJERCICIO N° 03
b1 = 2.0 m
b2 = 1.0 m
y1 = 1.20 m
Datos:
35
SOLUCION:
Aplicando la ecuación de la energía, con respecto al nivel de referencia entre la
sección 1 y la sección 2. Obtenemos:
1
z1 + y1 +
𝒗𝟏
𝟐
𝟐𝒈
= z2 + y2 +
𝒗𝟐
𝟐
𝟐𝒈
+ hf1-2 A
z1 = 0.0 m (Nivel de referencia)
Hf1-2 = 0 (por condiciones del problema)
y1 = 1.20 m
Z2= 0.18 m
y2 = y1-0.12-0.18 = 0.90 m (del grafico)
36
De la ecuación de la continuidad:
2
v1 =
𝑸𝟏
𝑨𝟏
=
𝑸𝟏
𝒃𝟏
𝒚𝟏
=
𝑸
(𝟐 𝒎)(𝟏.𝟐 𝒎)
=
𝑸
(𝟐.𝟒𝟎 𝒎)
B
v2 =
𝑸𝟐
𝑨𝟐
=
𝑸𝟐
𝒃𝟐 𝒚𝟐
=
𝑸
(𝟏 𝒎)(𝟎.𝟗𝟎𝒎)
=
𝑸
(𝟎.𝟗𝟎𝒎)
C
37
Remplazando los valores B y C en A:
3
0 + 1.20 m +
𝑸𝟐
𝟐.𝟒𝟎 𝒎 𝟐
(𝟐 𝒙 𝟗.𝟖𝟏𝒎)
= 0.18 + 0.90 m +
𝑸𝟐
𝟎.𝟗𝟎 𝒎 𝟐
(𝟐 𝒙 𝟗.𝟖𝟏𝒎)
1.20 m – 0.18 m – 0.90 m =
𝑸𝟐
𝟏𝟗.𝟔𝟐 (𝟎.𝟖𝟏)
-
𝑸𝟐
𝟏𝟗.𝟔𝟐 𝟓.𝟕𝟔
38
0.12 m =
𝑸𝟐
𝟏𝟗.𝟔𝟐
(
𝟏
𝟎.𝟖𝟏
-
𝟏
𝟓.𝟕𝟔
)
0.12 m =
𝑸𝟐
𝟏𝟗.𝟔𝟐
(
𝟓.𝟕𝟔 − 𝟎.𝟖𝟏
𝟎.𝟖𝟏 𝒙 𝟓.𝟕𝟔
)
Q =
𝟎.𝟏𝟐 𝒙 𝟏𝟗.𝟔𝟐 𝒙 𝟎.𝟖𝟏 𝒙 𝟓.𝟕𝟔
𝟒.𝟗𝟓
Q = 𝟏. 𝟒𝟖𝟗 𝒎𝟑/𝒔
En un canal trapezoidal, con un ancho de solera de 0.70 m, talud de z= 1, el
mismo que será revestido con concreto, para permitir conducir un caudal de 1.5
m3/s, a una velocidad de 0.80 m/s. Calcule la pendiente de este canal.
39
EJERCICIO N° 04
Q = 1.5 m3/s
v = 0.80 m/s
n = 0.014
Datos:
b=0.70 m
y= ? m
z= 1:1
40
SOLUCION:
Primero veamos que formulas utilizamos para el calculo :
1
S = (
Vn
R(2/3) )2
R =
A
P
A =
Q
V
Q = V x A
A = (b + zy) y
41
Calculamos el área de canal trapezoidal
2
A =
Q
V A =
1.5 m3/s
0.8 m/s A = 1.875 m2
Calculamos el tirante de canal trapezoidal
3
A = (b + zy) y
1.875 = 0.7 y + 1y2
y2 + 0.7y – 1.875 = 0
42
y1 = -1.7633 m
y2 + 0.7y – 1.875 = 0
y2 = 1.0633 m
Resolviendo la ecuación
y =
−𝟎.𝟕 +/− 𝟎.𝟕𝟐 −𝟒𝒙𝟏𝒙(−𝟏.𝟖𝟕𝟓)
𝟐 𝒙 𝟏
43
Calculamos el perímetro mojado del canal trapezoidal
4
Calculamos el radio hidráulico en el canal trapezoidal
5
R = ( 𝟏.𝟖𝟕𝟓 𝒎𝟐
𝟑.𝟕𝟎𝟕𝟓 𝒎
)
R = 0.5057 m
P = b + 2y √𝟏+ z 2
P = 0.7 + 2 x (1.0633) √𝟏+ 1 2
P = 3.7075 m
44
Calculamos la pendiente del canal trapezoidal
6
S = 0.0003
S = (
Vn
R (2/3) )2
S = (0.8 x 0.014
0.5057 (2/3) )2
S = 0.3 0/00
Calcule el tirante de un canal trapezoidal, que tiene un ancho de solera de 0.50 m,
talud de z= 1, el mismo que será revestido con concreto, para permitir conducir un
caudal de 0.5 m3/s y una pendiente de 1 0/00.
45
EJERCICIO N° 05
Q = 0.5 m3/s
n = 0.014
S = 0.001
Datos:
b=0.50 m
y= ? m
z= 1:1
46
SOLUCION:
Primero veamos que formulas utilizamos para el calculo :
1
AR(2/3) = (
Qn
s(1/2) )
R =
A
P
Q = 𝑨
1
n
𝑹
𝟐
𝟑
𝑺
(
𝟏
𝟐
)
Qn
S (1/2) = A x
𝑨
𝑷
Entonces:
2/3
2/3
47
Qn
S (1/2) =
𝑨
𝑷
Entonces:
5/3
2/3
⟮ ⟯
Qn
S (1/2) =
𝑨
𝑷
5
2
3
⟮ ⟯ A
A = (b + zy) y
Luego:
A = (0.50 + y) y B
P = b + 2y √𝟏+ z 2
P = 0.5 + 2 √𝟐 y P = 0.5 + 2.8284y C
48
0.5 x 0.014
0.001 (1/2) =
((0.50 + y) y)
(0.5 + 2.8284y)
Remplazando B y C en A:
2
⟮ ⟯
3
5
𝟎. 𝟎𝟏𝟎𝟖 =
((0.50 + y) y)
(0.5 + 2.8284y)2
5
y = 0.52
Se desea atravesar un camino, para lo cual se plantea la construcción de una
alcantarilla con tubería de Concreto, por seguridad se requiere que el tirante sea
el 90% del diámetro de la tubería. Determine el diámetro en pulgadas que se
requiere.
49
EJERCICIO N° 06
Q = 0.5 m3/s
n = 0.015
S = 0.001
Datos:
50
SOLUCION:
Primero veamos que tablas utilizamos para el calculo :
1
51
52
y/D A/D2 P/D R/D
0.90 0.7445 2.4981 0.2980
De la tabla se obtiene:
𝐴1
𝐷2 = 0.7445
𝑃1
𝐷
= 2.4981
𝑅1
𝐷
= 0.2980
53
Q = 𝑨
1
n
𝑹
𝟐
𝟑
𝑺
(
𝟏
𝟐
)
AR(2/3) = (
Qn
s(1/2) )
Remplazando los valores:
AR(2/3) = (
Qn
s(1/2) )
0.7445 D2 (0.2980 D) (2/3) = (
0.5 x 0.015
0.001(1/2) )
D(8/3) = 0.7140
D = 0.7140 (3/8)
D = 0.8813 m
D = 35” == 36” comercial
Hallar para el canal de sección transversal que se muestra en la figura los
parámetros hidráulicos: A, P, T, Y, R.
54
EJERCICIO N° 07
55
SOLUCION:
Descomponiendo la sección transversal en 2 secciones simples y
considerando X como el tirante de la sección circular tenemos:
1
56
Calculando el valor de X de la sección 2, tenemos entonces:
2
Sen ∝ =
1.2 − 𝑋
1.2
Por lo tanto se cumple la siguiente relación:
0.5 (1.2) = 1.2 - X
X= 0.60
57
Calculando los parámetros de la sección circular 1:
3
𝑋
𝐷
=
0.60
2.40
Por lo tanto se cumple la siguiente relación tirante diámetro:
𝑋
𝐷
=
1
4
𝑋
𝐷
= 0.25
Con estos valores vamos a la siguiente tabla
58
59
De la tabla se obtiene:
𝐴1
𝐷2 = 0.1535
𝐴1 = 2.40 2 x 0.1535
𝐴1 = 0.8842 𝑚2
Ya tenemos el área para esa sección
60
Además:
𝑃1
𝐷
= 1.0472
P1 = 2.40 x 1.0472
P1 = 2.5133 𝑚
Ya tenemos el perímetro para esa sección
61
Luego por formula el espejo de agua:
𝑇1= 2 𝑥(𝐷 − 𝑋)
T1 = 2 0.60(2.40 − 0.60)
T1 = 2.07851 𝑚
Ya tenemos el espejo de agua para esa sección
62
Ahora calculamos los elementos de la sección trapezoidal 2:
4
𝑧= ctg 60°
𝑧= 0.5773
63
Ya tenemos el área para esa sección
Luego por formulas calculamos el área:
𝐴2= 𝑇1 + 𝑧𝑋 𝑋
𝐴2= (2.07851 + (0.5773 𝑥 0.60 )0.60
𝐴2= 1.4549 𝑚2
64
Ya tenemos el perímetro para esa sección
Ahora calculamos el perímetro:
𝑃2= 2𝑋 1 + 𝑧2
𝑃2= (2 𝑥 0.60) 1 + 0.57732
En nuestro caso no se considera la Base (b) para esta sección
porque no es parte del perímetro mojado de la figura, por lo
tanto se tiene:
𝑃2= 1.3856 𝑚
65
Ya tenemos el espejo de agua para esa sección
Ahora calculamos el espejo de agua:
𝑇2= 𝑇1 + 2𝑧𝑋
𝑇2= 2.07851 + 2 0.5773 (0.60)
𝑇2= 2.7713 𝑚
66
Entonces calculamos :
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝐴1 + 𝐴2
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 0.8842 + 1.4549 = 2.3391 𝑚2
Perimetro 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= P1 + 𝑃2
Perimetro 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 2.5133 + 1.3856 = 3.898 𝑚
Radio Hidráulico = A / P = 2.3391 / 3.8989 = 0.5999 m
Espejo de agua = 2.7713 m
Se tiene un canal no revestido con coeficiente de rugosidad n= 0.025, de sección
trapezoidal, el que conduce un caudal de 15 m3/s, y tiene un ancho de base de
3m, un tirante y= 3 m, talud z= 1, y la longitud del canal es de 60 kilómetros, y se
sabe que se ha excavado en un suelo Franco Arenoso, para el que se tiene un
coeficiente K= 5 x 10-6 cm/seg.
Determine las perdidas por infiltración por kilometro y determine el caudal final.
67
EJERCICIO N° 08
b = 3.0 m
y = 3.0 m
z = 1
Datos:
68
SOLUCION:
Calculo del Infiltración en el canal , utilizando diversos métodos
1
P = 0.0025 ( 𝒚 )(b + 2zy)
P = 0.0025 ( 𝟑 )(3 + 2(1)(3))
P = 0.039 m 3/seg x km
Ingham (India)
69
P = 1000 K (b + 2y(1+z))
P = 0.075 m 3/seg x km
Pavloski (1924)
P = 1000 (5 x 10 -6) (3 + 2(3)(1+1))
P = Cp Q0.563
Punjab
Cp Tipo de Suelo
0.03 Muy Permeable
0.02 Suelo Comun
0.01 Suelo Impermeable
En función al tipo de suelo
70
P = 0.02 (15)0.563
P = 0.09 m 3/seg x km
P = 0.0375 Cm A0.5
Moritz
En función al material excavado
Material Cm
Franco Arcilloso 0.08 0.3
Franco Arenoso 0.3 0.45
Arena sucia 0.45 0.55
Arena / Grava 0.55 0.8
Cemento 1
71
Calculo del Área hidráulica del canal
A = (b + zy) y
A = (3)(3) + (1)(3)2
A = 18 m 2
P = 0.0375 (0.38)(18)0.5
P = 0.06 m 3/seg x km
Luego:
72
Finalmente calculamos la perdida con un promedio:
P = (0.039 + 0.075+ 0.09 + 0.06) /4
P = 0.066 m 3/seg x km
En todo el canal se tiene entonces:
P = 60 x 0.066 m 3/seg x km
P = 3.96 m 3/seg x km Equivale a 26.4% del caudal
El caudal final será:
Q = 15 – 3.96 = 11.04 m3/s
APLICATIVO PARA CALCULOS
Irrigaciones y Drenaje
73
Irrigaciones y Drenaje
74
Irrigaciones y Drenaje
75
Irrigaciones y Drenaje
76
Irrigaciones y Drenaje
77
Irrigaciones y Drenaje
78
Irrigaciones y Drenaje
79
EJEMPLOS
Calcular el Tirante Normal
Irrigaciones y Drenaje
80
Se desea construir un canal revestido con concreto (n = 0.014) de
sección trapezoidal con talud Z = 1 y ancho de solera 0.50 m. El
caudal de diseño es de 0.5 m3/s y está trazado con una pendiente
del 1 ‰. Calcular el tirante normal.
EJEMPLO 01
Irrigaciones y Drenaje
81
Irrigaciones y Drenaje
82
Un canal de sección rectangular, con un ancho de solera 1.5 m,
se traza con una pendiente del 0.8 ‰, y se construirá revestido
de concreto (n = 0.014). Calcular el tirante normal, para que
pueda transportar un caudal de 2 m3/s.
EJEMPLO 02
Irrigaciones y Drenaje
83
Irrigaciones y Drenaje
84
EJEMPLO 03
Se desea construir un canal trapezoidal de máxima eficiencia
hidráulica, para conducir un caudal de 3 m3/s, que tenga un
talud de 1, coeficiente de rugosidad 0.014 y pendiente del 1 ‰.
Calcular las dimensiones del canal (tirante y ancho de solera).
Irrigaciones y Drenaje
85
Irrigaciones y Drenaje
86
Calcular el Flujo Critico
Irrigaciones y Drenaje
87
Un canal trapezoidal, con talud 1.5, ancho de solera de 2m, conduce
un caudal de 2.5 m3/s. Determinar el tirante crítico.
EJEMPLO 04
Irrigaciones y Drenaje
88
Irrigaciones y Drenaje
89
Se tiene un canal rectangular que tiene una base de solera de 10m ,
que conduce un caudal de 1600 m3/s, con una pendiente de 0.64 , y
una rugosidad de 0.0229. calcula y.
EJEMPLO 05
Irrigaciones y Drenaje
90
Se tiene un canal rectangular que tiene una base de solera de 10m ,
que conduce un caudal de 1600 m3/s, con una pendiente de 0.64 ,
con un tirante de 3 metros. Calcula la rugosidad
EJEMPLO 06
Irrigaciones y Drenaje
91
En un proyecto se tiene un canal trapezoidal de 9 km de longitud, con
un talud de 1, ancho de solera 1m,pendiente de 0.8 0/00 y conduce un
caudal de 2 m3/s. Sabiendo que el terreno donde esta construido el
canal es franco arcilloso, calcular:
• Perdidas en el canal por kilometro
• Caudal Final
• Pérdidas si el canal se reviste con hormigón de un espesor de 10
cm, que tiene un coeficiente K=2x10-6 cm/s.
EJEMPLO 07
DATOS:
L=9km; S=0.0008; Z=1, b=1m; Q=2m3/s, canal en tierra n=0.025,
canal revestido n= 0,014, e=0.10 m.
Irrigaciones y Drenaje
92
Irrigaciones y Drenaje
93
Irrigaciones y Drenaje
94
Irrigaciones y Drenaje
95
Irrigaciones y Drenaje
96
Irrigaciones y Drenaje
97
Irrigaciones y Drenaje
98
ESTUDIOS
PROYECTOS DE RIEGO
ESTUDIOS DE AGROLOGIA
Este trabajo deberá permitir identificar las áreas actualmente
cultivadas y la áreas por incorporar. Se considera ubicación y
extensión, rasgos ecológicos, fisiografía, uso de tierra,
clasificación de tierras, etc.
Irrigaciones y Drenaje
99
ESTUDIOS DE SUELOS
Estudios que permitirán establecer las
características físico mecánicas del terreno
natural donde se va a desarrollar la obra.
Determinar la agresividad de lo suelos a
elementos como el concreto, fierro, etc.
Incluyendo un análisis de la calidad físico
química del suelo donde se ubicaran las
instalaciones proyectadas, las consideraciones
necesarias para la protección e instalación de
tuberías, accesorio y demás estructuras, también
determinar la capacidad portante de los suelos a
diferentes profundidades y consideraciones para
la cimentación y diseño de las estructuras
necesarias.
Irrigaciones y Drenaje
10
ESTUDIOS DE CANTERAS
Las canteras deberán ubicarse y
delimitarse indicando su calidad,
potencia, rendimiento accesibilidad y
estado de las vías de acceso y su
situación legal.
Se deberá determinar al ubicación de
las fuentes de agua y su caudal, así
como realizar un análisis físico
químico y determinar la calidad para
ser utilizada.
Se deberá considerar un plano de
canteras y fuentes de agua , en la cual
indique de manera concreta y resumida
los resultados de las investigaciones de
campo y una memoria descriptiva.
Irrigaciones y Drenaje
10
ESTUDIOS DE RIESGOS
Evaluación del riesgo es el conjunto
de acciones y procedimientos para
la identificación de los peligros y
análisis de la vulnerabilidad de una
población con fines de evaluar los
riesgos (probabilidad de daños:
perdidas de vidas humanas e
infraestructura), en función de ello,
recomendar medidas de prevención
(medidas estructurales y no
estructurales) y/o mitigación para
reducir los efectos de los desastres.
Irrigaciones y Drenaje
10
CONSIDERAR EN LOS PROYECTOS
Irrigaciones y Drenaje
10
Irrigaciones y Drenaje
10
Irrigaciones y Drenaje
10
Irrigaciones y Drenaje
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  • 1. FACULTAD DE INGENIERÍA Asignatura: IRRIGACIONES Y DRENAJE Mstro. Henry G. Pautrat Egoavil HUANCAYO - 2021 Email: d.hpautrat@upla.edu.pe Escuela Profesional de Ingeniería Civil
  • 2. TEMA: CRITERIOS PARA EL PLANTEAMIENTO UNIDAD I ESTRUCTURAS DE CONDUCCIÓN Objetivos: Identificar criterios de diseño, características hidráulicas, conceptos y Aplicaciones, realizando ejercicios típicos y cálculos preliminares.
  • 3. Irrigaciones y Drenaje 3 Como diseñar un canal abierto? ❖ Criterios ❖ Condiciones ❖ Ejercicios
  • 4. Cálculo hidráulico El cálculo hidráulico se realiza con la fórmula de Manning, por ser la más apropiada, en que: Donde Irrigaciones y Drenaje 4
  • 5. SECCION HIDRÁULICA OPTIMA CONDICION DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica, cuando por la misma área y pendiente conduce el mayor CAUDAL, esta condición será referida a un perímetro húmedo mínimo o menor área de fricción, la fórmula que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es: Irrigaciones y Drenaje 5 CONDICIONES DE DISEÑO 𝑏 𝑦 = 2 𝑇𝑎𝑛 ⟮ 𝜃 2 ⟯ Donde 𝜃 es el ángulo que forma el talud con la horizontal 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 𝑡𝑎𝑛 ⟮ 1 𝑧 ⟯
  • 6. CONDICION DE MÍNIMA INFILTRACIÓN Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en los canales, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal. La ecuación que determina la mínima infiltración es: Irrigaciones y Drenaje 6 𝑏 𝑦 = 4 𝑇𝑎𝑛 ⟮ 𝜃 2 ⟯
  • 7. Relación plantilla (b) y tirante (y) para máxima eficiencia y mínima infiltración TALUD ANGULO MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA MINIMA INFILTRACION Vertical 90º00’ 2.000 4.000 ¼ : 1 75º58’ 1.562 3.123 ½ : 1 63º26’ 1.236 2.472 4/7 : 1 60º15’ 1.161 2.321 ¾ : 1 53º08’ 1.000 2.000 1 : 1 45º00’ 0.828 1.657 1 ¼ : 1 38º40’ 0.702 1.403 1 ½ : 1 33º41’ 0.605 1.211 2 : 1 26º34’ 0.472 0.944 3 : 1 18º26’ 0.325 0.649 Irrigaciones y Drenaje 7
  • 8. SECCION DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA Y MINIMA INFILTRACIÓN Son las secciones cuyo diseño tiene la finalidad de que el canal transporte el caudal máximo y tenga una mínima perdida por infiltración estos diseños se realizan para canales sin revestimiento, la sección viene a ser el promedio del MEH y MI. y del tirante del canal. La ecuación que determina la mínima infiltración es: Irrigaciones y Drenaje 8 𝑏 𝑦 = 3 𝑇𝑎𝑛 ⟮ 𝜃 2 ⟯
  • 9. TIPOS DE SECCIÓN HIDRÁULICA Irrigaciones y Drenaje 9
  • 10. ELEMENTOS GEOMETRICOS DE DIVERSA SECCIÓN HIDRÁULICA Irrigaciones y Drenaje 10
  • 12. SECCIÓN DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA Irrigaciones y Drenaje 12
  • 13. Secciones transversales más frecuentes Irrigaciones y Drenaje 13
  • 14. FORMULAS ET = carga de energía total, en m-kg / kg z = carga de posición, en m-kg / kg V2/2g= carga de velocidad, en m-kg / kg Irrigaciones y Drenaje 14 E = energía específica
  • 15. Q = caudal, en m3/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2 Ac = área hidráulica crítica, en m2 Tc = espejo de agua crítico, en m Irrigaciones y Drenaje 15
  • 16. Fr = número de Froude, adimensional v = velocidad media, en m/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2 A = área hidráulica, en m2 T = espejo de agua, en m Irrigaciones y Drenaje 16 Entonces, por el numero de Froude, el flujo puede ser: Flujo subcrítico si F<1, el flujo tiene baja velocidad. Flujo crítico si F=1, fuerzas están en equilibrio. Flujo supercrítico si F > 1, el flujo tiene gran velocidad.
  • 17. Como se observa de la ecuación anterior, la fuerza específica se compone de dos términos: ❖ El primero representa la cantidad de movimiento del flujo que atraviesa la sección del canal en la unidad de tiempo y por unidad de peso del agua. ❖ El segundo, el empuje hidrostático por unidad de peso y también el momento estático del área respecto de la superficie libre Irrigaciones y Drenaje 17 F = fuerza específica Q = caudal, en m3/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2 A = área hidráulica, en m2 yG= profundidad hasta llegar al centro de gravedad de la sección transversal, en m
  • 18. RECUERDE: El flujo es uniforme, si los parámetros hidráulicos no cambian con respecto al espacio, es decir, que las características: profundidad, área transversal, velocidad, etc, en cada sección del canal son constantes, por lo cual la pendiente de la línea de energía, la pendiente de la superficie libre del agua y la pendiente del fondo del canal son iguales. Irrigaciones y Drenaje 18
  • 19. Se dice que un canal, o alguna sección de él, está trabajando bajo un régimen crítico cuando: •Posee la energía específica mínima para un caudal dado, o •Posee el caudal máximo para una energía específica dada, o •Posee la fuerza específica mínima para un caudal dado El flujo crítico se puede conseguir en forma práctica: 1. Reduciendo la sección. 2. Provocando una sobre elevación del fondo del cauce. 3. Utilizando los dos criterios anteriores. Con base en el principio del flujo crítico, se han desarrollado varias estructuras para medición del caudal. (aforador Parshall), éste aforador provoca la formación del flujo crítico por medio de una contracción de la sección transversal y una elevación del fondo del canal. Irrigaciones y Drenaje 19
  • 20. Sección trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica Una sección es de máxima eficiencia hidráulica, cuando para la misma área, pendiente y calidad de las paredes, deja pasar un caudal máximo. El diseño de este tipo de sección se recomienda solo para canales revestidos porque para canales en tierra, por lo general dan velocidades erosivas. Irrigaciones y Drenaje 20
  • 22. Dado un canal trapezoidal, con un ancho de base de 3 m, con talud 1.5:1, una pendiente longitudinal S0=0.0016 y un coeficiente de rugosidad de 0.013, calcule el caudal y la velocidad normal, sabiendo que el tirante normal es de 2.60 m. 22 EJERCICIO N° 01 b = 3.0 m z = 1.5 : 1 S0 = 0.0016 n = 0.013 y = 2.6 m b=3 m y=2.6 m z= 1.5:1 Datos:
  • 23. 23 SOLUCION: Calculo del Área hidráulica del canal 1 A = (b + zy) y A = (3)(2.6) + (1.5)(2.6)2 A = (7.8 + 10.16) A = 17.94 m 2
  • 24. 24 Calculo del Perímetro mojado del canal 2 P = (3)+(2)(2.6) √ 1 + (1.5)2 P = 3 + 9.37 P = b + 2y √𝟏+ z 2 P = (3)+(5.20) √ 3.25 P = 12.37 m
  • 25. 25 Calculo del radio hidráulico del canal 3 R = R = 1.45 m 12.37 m 𝑹 = (b + zy) y b + 2y √𝟏+ z 2 R = 𝑨 𝑷 17.94 m 2 ó
  • 26. 26 Calculo del caudal en el canal 4 Q = 70.66 m3/s Q = 𝑨 1 n 𝑹 𝟐 𝟑 𝑺 ( 𝟏 𝟐 ) Q = 𝟏𝟕. 𝟗𝟒 1 0.013 (1.45) 𝟐 𝟑 (𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟔)( 𝟏 𝟐 ) Remplazando: Q = 𝟏𝟑𝟖𝟎(1.28)(𝟎. 𝟎𝟒)
  • 27. 27 Calculo de la velocidad en el canal 5 V = Q A V = 70.66 17.94 Remplazando: V = 𝟑. 𝟗𝟒 𝒎/𝒔
  • 28. Un canal revestido de sección trapezoidal requerido para la conducción de un caudal de riego. La base del canal es 2,5 m y la profundidad del flujo es 0,60 m. Tenga en cuenta que el canal tiene una pendiente S0= 0.001 Determine: área mojada, radio hidráulico, caudal y velocidad. 28 EJERCICIO N° 02 b = 2.5 m z = 3 S0 = 0.001 y = 0.6 m Datos: b=2.5 m y=0.60 m
  • 29. 29 SOLUCION: Calculo del Área hidráulica del canal 1 A = (b + zy) y A = (2.5)(0.6) + (3)(0.6)2 A = (1.5 + 1.08) A = 2.58 m 2
  • 30. 30 Calculo del Perímetro mojado del canal 2 P = (2.5)+(2)(0.6) √ 1 + (3)2 P = 2.5 + 3.79 P = b + 2y √𝟏+ z 2 P = (2.5)+(1.20) √ 10 P = 6.29 m
  • 31. 31 Calculo del radio hidráulico del canal 3 R = R = 0.41 m 6.29 m 𝑹 = (b + zy) y b + 2y √𝟏+ z 2 R = 𝑨 𝑷 2.58 m 2 ó
  • 32. 32 Calculo del caudal en el canal 4 Q = 3.22 m3/s Q = 𝑨 1 n 𝑹 𝟐 𝟑 𝑺 ( 𝟏 𝟐 ) Q = 𝟐. 𝟓𝟖 1 0.014 (0.41) 𝟐 𝟑 (𝟎. 𝟎𝟎𝟏)( 𝟏 𝟐 ) Remplazando: Q = 𝟏𝟖𝟒. 𝟐𝟗(0.55)(𝟎. 𝟎𝟑)
  • 33. 33 Calculo de la velocidad en el canal 5 V = Q A V = 3.22 2.58 Remplazando: V = 𝟏. 𝟐𝟓 𝒎/𝒔
  • 34. En un canal rectangular, en cierto tramo de su perfil longitudinal y en la dirección de flujo, se produce una contracción y una elevación del fondo, de tal manera que el ancho del canal se reduce de 2 m a 1 m y el fondo se eleva 0,18 m, además se sabe que el tirante aguas arriba es de 1.20 m, en la zona contraída la superficie libre desciende de 0.12 m. Considere las perdidas despreciables. Determine el caudal. 34 EJERCICIO N° 03 b1 = 2.0 m b2 = 1.0 m y1 = 1.20 m Datos:
  • 35. 35 SOLUCION: Aplicando la ecuación de la energía, con respecto al nivel de referencia entre la sección 1 y la sección 2. Obtenemos: 1 z1 + y1 + 𝒗𝟏 𝟐 𝟐𝒈 = z2 + y2 + 𝒗𝟐 𝟐 𝟐𝒈 + hf1-2 A z1 = 0.0 m (Nivel de referencia) Hf1-2 = 0 (por condiciones del problema) y1 = 1.20 m Z2= 0.18 m y2 = y1-0.12-0.18 = 0.90 m (del grafico)
  • 36. 36 De la ecuación de la continuidad: 2 v1 = 𝑸𝟏 𝑨𝟏 = 𝑸𝟏 𝒃𝟏 𝒚𝟏 = 𝑸 (𝟐 𝒎)(𝟏.𝟐 𝒎) = 𝑸 (𝟐.𝟒𝟎 𝒎) B v2 = 𝑸𝟐 𝑨𝟐 = 𝑸𝟐 𝒃𝟐 𝒚𝟐 = 𝑸 (𝟏 𝒎)(𝟎.𝟗𝟎𝒎) = 𝑸 (𝟎.𝟗𝟎𝒎) C
  • 37. 37 Remplazando los valores B y C en A: 3 0 + 1.20 m + 𝑸𝟐 𝟐.𝟒𝟎 𝒎 𝟐 (𝟐 𝒙 𝟗.𝟖𝟏𝒎) = 0.18 + 0.90 m + 𝑸𝟐 𝟎.𝟗𝟎 𝒎 𝟐 (𝟐 𝒙 𝟗.𝟖𝟏𝒎) 1.20 m – 0.18 m – 0.90 m = 𝑸𝟐 𝟏𝟗.𝟔𝟐 (𝟎.𝟖𝟏) - 𝑸𝟐 𝟏𝟗.𝟔𝟐 𝟓.𝟕𝟔
  • 38. 38 0.12 m = 𝑸𝟐 𝟏𝟗.𝟔𝟐 ( 𝟏 𝟎.𝟖𝟏 - 𝟏 𝟓.𝟕𝟔 ) 0.12 m = 𝑸𝟐 𝟏𝟗.𝟔𝟐 ( 𝟓.𝟕𝟔 − 𝟎.𝟖𝟏 𝟎.𝟖𝟏 𝒙 𝟓.𝟕𝟔 ) Q = 𝟎.𝟏𝟐 𝒙 𝟏𝟗.𝟔𝟐 𝒙 𝟎.𝟖𝟏 𝒙 𝟓.𝟕𝟔 𝟒.𝟗𝟓 Q = 𝟏. 𝟒𝟖𝟗 𝒎𝟑/𝒔
  • 39. En un canal trapezoidal, con un ancho de solera de 0.70 m, talud de z= 1, el mismo que será revestido con concreto, para permitir conducir un caudal de 1.5 m3/s, a una velocidad de 0.80 m/s. Calcule la pendiente de este canal. 39 EJERCICIO N° 04 Q = 1.5 m3/s v = 0.80 m/s n = 0.014 Datos: b=0.70 m y= ? m z= 1:1
  • 40. 40 SOLUCION: Primero veamos que formulas utilizamos para el calculo : 1 S = ( Vn R(2/3) )2 R = A P A = Q V Q = V x A A = (b + zy) y
  • 41. 41 Calculamos el área de canal trapezoidal 2 A = Q V A = 1.5 m3/s 0.8 m/s A = 1.875 m2 Calculamos el tirante de canal trapezoidal 3 A = (b + zy) y 1.875 = 0.7 y + 1y2 y2 + 0.7y – 1.875 = 0
  • 42. 42 y1 = -1.7633 m y2 + 0.7y – 1.875 = 0 y2 = 1.0633 m Resolviendo la ecuación y = −𝟎.𝟕 +/− 𝟎.𝟕𝟐 −𝟒𝒙𝟏𝒙(−𝟏.𝟖𝟕𝟓) 𝟐 𝒙 𝟏
  • 43. 43 Calculamos el perímetro mojado del canal trapezoidal 4 Calculamos el radio hidráulico en el canal trapezoidal 5 R = ( 𝟏.𝟖𝟕𝟓 𝒎𝟐 𝟑.𝟕𝟎𝟕𝟓 𝒎 ) R = 0.5057 m P = b + 2y √𝟏+ z 2 P = 0.7 + 2 x (1.0633) √𝟏+ 1 2 P = 3.7075 m
  • 44. 44 Calculamos la pendiente del canal trapezoidal 6 S = 0.0003 S = ( Vn R (2/3) )2 S = (0.8 x 0.014 0.5057 (2/3) )2 S = 0.3 0/00
  • 45. Calcule el tirante de un canal trapezoidal, que tiene un ancho de solera de 0.50 m, talud de z= 1, el mismo que será revestido con concreto, para permitir conducir un caudal de 0.5 m3/s y una pendiente de 1 0/00. 45 EJERCICIO N° 05 Q = 0.5 m3/s n = 0.014 S = 0.001 Datos: b=0.50 m y= ? m z= 1:1
  • 46. 46 SOLUCION: Primero veamos que formulas utilizamos para el calculo : 1 AR(2/3) = ( Qn s(1/2) ) R = A P Q = 𝑨 1 n 𝑹 𝟐 𝟑 𝑺 ( 𝟏 𝟐 ) Qn S (1/2) = A x 𝑨 𝑷 Entonces: 2/3 2/3
  • 47. 47 Qn S (1/2) = 𝑨 𝑷 Entonces: 5/3 2/3 ⟮ ⟯ Qn S (1/2) = 𝑨 𝑷 5 2 3 ⟮ ⟯ A A = (b + zy) y Luego: A = (0.50 + y) y B P = b + 2y √𝟏+ z 2 P = 0.5 + 2 √𝟐 y P = 0.5 + 2.8284y C
  • 48. 48 0.5 x 0.014 0.001 (1/2) = ((0.50 + y) y) (0.5 + 2.8284y) Remplazando B y C en A: 2 ⟮ ⟯ 3 5 𝟎. 𝟎𝟏𝟎𝟖 = ((0.50 + y) y) (0.5 + 2.8284y)2 5 y = 0.52
  • 49. Se desea atravesar un camino, para lo cual se plantea la construcción de una alcantarilla con tubería de Concreto, por seguridad se requiere que el tirante sea el 90% del diámetro de la tubería. Determine el diámetro en pulgadas que se requiere. 49 EJERCICIO N° 06 Q = 0.5 m3/s n = 0.015 S = 0.001 Datos:
  • 50. 50 SOLUCION: Primero veamos que tablas utilizamos para el calculo : 1
  • 51. 51
  • 52. 52 y/D A/D2 P/D R/D 0.90 0.7445 2.4981 0.2980 De la tabla se obtiene: 𝐴1 𝐷2 = 0.7445 𝑃1 𝐷 = 2.4981 𝑅1 𝐷 = 0.2980
  • 53. 53 Q = 𝑨 1 n 𝑹 𝟐 𝟑 𝑺 ( 𝟏 𝟐 ) AR(2/3) = ( Qn s(1/2) ) Remplazando los valores: AR(2/3) = ( Qn s(1/2) ) 0.7445 D2 (0.2980 D) (2/3) = ( 0.5 x 0.015 0.001(1/2) ) D(8/3) = 0.7140 D = 0.7140 (3/8) D = 0.8813 m D = 35” == 36” comercial
  • 54. Hallar para el canal de sección transversal que se muestra en la figura los parámetros hidráulicos: A, P, T, Y, R. 54 EJERCICIO N° 07
  • 55. 55 SOLUCION: Descomponiendo la sección transversal en 2 secciones simples y considerando X como el tirante de la sección circular tenemos: 1
  • 56. 56 Calculando el valor de X de la sección 2, tenemos entonces: 2 Sen ∝ = 1.2 − 𝑋 1.2 Por lo tanto se cumple la siguiente relación: 0.5 (1.2) = 1.2 - X X= 0.60
  • 57. 57 Calculando los parámetros de la sección circular 1: 3 𝑋 𝐷 = 0.60 2.40 Por lo tanto se cumple la siguiente relación tirante diámetro: 𝑋 𝐷 = 1 4 𝑋 𝐷 = 0.25 Con estos valores vamos a la siguiente tabla
  • 58. 58
  • 59. 59 De la tabla se obtiene: 𝐴1 𝐷2 = 0.1535 𝐴1 = 2.40 2 x 0.1535 𝐴1 = 0.8842 𝑚2 Ya tenemos el área para esa sección
  • 60. 60 Además: 𝑃1 𝐷 = 1.0472 P1 = 2.40 x 1.0472 P1 = 2.5133 𝑚 Ya tenemos el perímetro para esa sección
  • 61. 61 Luego por formula el espejo de agua: 𝑇1= 2 𝑥(𝐷 − 𝑋) T1 = 2 0.60(2.40 − 0.60) T1 = 2.07851 𝑚 Ya tenemos el espejo de agua para esa sección
  • 62. 62 Ahora calculamos los elementos de la sección trapezoidal 2: 4 𝑧= ctg 60° 𝑧= 0.5773
  • 63. 63 Ya tenemos el área para esa sección Luego por formulas calculamos el área: 𝐴2= 𝑇1 + 𝑧𝑋 𝑋 𝐴2= (2.07851 + (0.5773 𝑥 0.60 )0.60 𝐴2= 1.4549 𝑚2
  • 64. 64 Ya tenemos el perímetro para esa sección Ahora calculamos el perímetro: 𝑃2= 2𝑋 1 + 𝑧2 𝑃2= (2 𝑥 0.60) 1 + 0.57732 En nuestro caso no se considera la Base (b) para esta sección porque no es parte del perímetro mojado de la figura, por lo tanto se tiene: 𝑃2= 1.3856 𝑚
  • 65. 65 Ya tenemos el espejo de agua para esa sección Ahora calculamos el espejo de agua: 𝑇2= 𝑇1 + 2𝑧𝑋 𝑇2= 2.07851 + 2 0.5773 (0.60) 𝑇2= 2.7713 𝑚
  • 66. 66 Entonces calculamos : 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝐴1 + 𝐴2 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 0.8842 + 1.4549 = 2.3391 𝑚2 Perimetro 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= P1 + 𝑃2 Perimetro 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 2.5133 + 1.3856 = 3.898 𝑚 Radio Hidráulico = A / P = 2.3391 / 3.8989 = 0.5999 m Espejo de agua = 2.7713 m
  • 67. Se tiene un canal no revestido con coeficiente de rugosidad n= 0.025, de sección trapezoidal, el que conduce un caudal de 15 m3/s, y tiene un ancho de base de 3m, un tirante y= 3 m, talud z= 1, y la longitud del canal es de 60 kilómetros, y se sabe que se ha excavado en un suelo Franco Arenoso, para el que se tiene un coeficiente K= 5 x 10-6 cm/seg. Determine las perdidas por infiltración por kilometro y determine el caudal final. 67 EJERCICIO N° 08 b = 3.0 m y = 3.0 m z = 1 Datos:
  • 68. 68 SOLUCION: Calculo del Infiltración en el canal , utilizando diversos métodos 1 P = 0.0025 ( 𝒚 )(b + 2zy) P = 0.0025 ( 𝟑 )(3 + 2(1)(3)) P = 0.039 m 3/seg x km Ingham (India)
  • 69. 69 P = 1000 K (b + 2y(1+z)) P = 0.075 m 3/seg x km Pavloski (1924) P = 1000 (5 x 10 -6) (3 + 2(3)(1+1)) P = Cp Q0.563 Punjab Cp Tipo de Suelo 0.03 Muy Permeable 0.02 Suelo Comun 0.01 Suelo Impermeable En función al tipo de suelo
  • 70. 70 P = 0.02 (15)0.563 P = 0.09 m 3/seg x km P = 0.0375 Cm A0.5 Moritz En función al material excavado Material Cm Franco Arcilloso 0.08 0.3 Franco Arenoso 0.3 0.45 Arena sucia 0.45 0.55 Arena / Grava 0.55 0.8 Cemento 1
  • 71. 71 Calculo del Área hidráulica del canal A = (b + zy) y A = (3)(3) + (1)(3)2 A = 18 m 2 P = 0.0375 (0.38)(18)0.5 P = 0.06 m 3/seg x km Luego:
  • 72. 72 Finalmente calculamos la perdida con un promedio: P = (0.039 + 0.075+ 0.09 + 0.06) /4 P = 0.066 m 3/seg x km En todo el canal se tiene entonces: P = 60 x 0.066 m 3/seg x km P = 3.96 m 3/seg x km Equivale a 26.4% del caudal El caudal final será: Q = 15 – 3.96 = 11.04 m3/s
  • 80. EJEMPLOS Calcular el Tirante Normal Irrigaciones y Drenaje 80
  • 81. Se desea construir un canal revestido con concreto (n = 0.014) de sección trapezoidal con talud Z = 1 y ancho de solera 0.50 m. El caudal de diseño es de 0.5 m3/s y está trazado con una pendiente del 1 ‰. Calcular el tirante normal. EJEMPLO 01 Irrigaciones y Drenaje 81
  • 83. Un canal de sección rectangular, con un ancho de solera 1.5 m, se traza con una pendiente del 0.8 ‰, y se construirá revestido de concreto (n = 0.014). Calcular el tirante normal, para que pueda transportar un caudal de 2 m3/s. EJEMPLO 02 Irrigaciones y Drenaje 83
  • 85. EJEMPLO 03 Se desea construir un canal trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica, para conducir un caudal de 3 m3/s, que tenga un talud de 1, coeficiente de rugosidad 0.014 y pendiente del 1 ‰. Calcular las dimensiones del canal (tirante y ancho de solera). Irrigaciones y Drenaje 85
  • 87. Calcular el Flujo Critico Irrigaciones y Drenaje 87
  • 88. Un canal trapezoidal, con talud 1.5, ancho de solera de 2m, conduce un caudal de 2.5 m3/s. Determinar el tirante crítico. EJEMPLO 04 Irrigaciones y Drenaje 88
  • 90. Se tiene un canal rectangular que tiene una base de solera de 10m , que conduce un caudal de 1600 m3/s, con una pendiente de 0.64 , y una rugosidad de 0.0229. calcula y. EJEMPLO 05 Irrigaciones y Drenaje 90
  • 91. Se tiene un canal rectangular que tiene una base de solera de 10m , que conduce un caudal de 1600 m3/s, con una pendiente de 0.64 , con un tirante de 3 metros. Calcula la rugosidad EJEMPLO 06 Irrigaciones y Drenaje 91
  • 92. En un proyecto se tiene un canal trapezoidal de 9 km de longitud, con un talud de 1, ancho de solera 1m,pendiente de 0.8 0/00 y conduce un caudal de 2 m3/s. Sabiendo que el terreno donde esta construido el canal es franco arcilloso, calcular: • Perdidas en el canal por kilometro • Caudal Final • Pérdidas si el canal se reviste con hormigón de un espesor de 10 cm, que tiene un coeficiente K=2x10-6 cm/s. EJEMPLO 07 DATOS: L=9km; S=0.0008; Z=1, b=1m; Q=2m3/s, canal en tierra n=0.025, canal revestido n= 0,014, e=0.10 m. Irrigaciones y Drenaje 92
  • 99. ESTUDIOS DE AGROLOGIA Este trabajo deberá permitir identificar las áreas actualmente cultivadas y la áreas por incorporar. Se considera ubicación y extensión, rasgos ecológicos, fisiografía, uso de tierra, clasificación de tierras, etc. Irrigaciones y Drenaje 99
  • 100. ESTUDIOS DE SUELOS Estudios que permitirán establecer las características físico mecánicas del terreno natural donde se va a desarrollar la obra. Determinar la agresividad de lo suelos a elementos como el concreto, fierro, etc. Incluyendo un análisis de la calidad físico química del suelo donde se ubicaran las instalaciones proyectadas, las consideraciones necesarias para la protección e instalación de tuberías, accesorio y demás estructuras, también determinar la capacidad portante de los suelos a diferentes profundidades y consideraciones para la cimentación y diseño de las estructuras necesarias. Irrigaciones y Drenaje 10
  • 101. ESTUDIOS DE CANTERAS Las canteras deberán ubicarse y delimitarse indicando su calidad, potencia, rendimiento accesibilidad y estado de las vías de acceso y su situación legal. Se deberá determinar al ubicación de las fuentes de agua y su caudal, así como realizar un análisis físico químico y determinar la calidad para ser utilizada. Se deberá considerar un plano de canteras y fuentes de agua , en la cual indique de manera concreta y resumida los resultados de las investigaciones de campo y una memoria descriptiva. Irrigaciones y Drenaje 10
  • 102. ESTUDIOS DE RIESGOS Evaluación del riesgo es el conjunto de acciones y procedimientos para la identificación de los peligros y análisis de la vulnerabilidad de una población con fines de evaluar los riesgos (probabilidad de daños: perdidas de vidas humanas e infraestructura), en función de ello, recomendar medidas de prevención (medidas estructurales y no estructurales) y/o mitigación para reducir los efectos de los desastres. Irrigaciones y Drenaje 10
  • 103. CONSIDERAR EN LOS PROYECTOS Irrigaciones y Drenaje 10