tipos de flujos y diseño de canales

1. LOGRO N°3
TIPOS DE FLUJO Y DISEÑO DE CANALES
PROFESORA: Ing. JANSEY MENDOZA GASTELO
INTEGRANTES:
 SUEMY KAROLINA YHA MARUKO 2015018453
 HUAMAN HUILLCAS EFRAIN EDUARDO 2017013973
 ALVAREZ MENDOZA CARLOS 2017001092
 CAUTE ROBLES NAYDU AREL 2018026785
 MAMANI LEON GIANELLA
LIMA – PERU
2022

2. INTRO DUCCIO N
En el diseño de canales se tienen comportamiento del flujo de acuerdo al tipo
de canal. En esta monografía se tratará sobre canales erosionables y canales
no erosionables, además de los factores de diseño importantes como el método
de la velocidad máxima permitida y método fuerza tractiva para el diseño de
este tipo de canales.
La mayoría de las corrientes naturales se caracterizan por algún transporte de
sedimentos, también los canales artificiales no revestidos con lechos en grava,
arena o finos. Es por esta razón que es importante conocer la influencia del
transporte de tales sedimentos sobre el canal, que debido a este fenómeno
tendrá una rugosidad, una forma y dimensiones de lecho variables para las
cuales por supuesto, nuestro diseño debe estar preparado de tal manera que
se logre cierta estabilidad y que la sección que escojamos tenga capacidad
para la tasa de transporte de sedimentos que en el habrá además del caudal
de agua. Para canales revestidos y artificiales y que pueden soportar erosión,
es decir aquellos que no son erosionables, que pueden transportar mínima
cantidad de sedimento existen factores como velocidad permisible máxima y
fuerza tractiva permisible en este diseño de canal no erosionable es posible
despreciarlas. Estos canales se deben diseñar en base a un material de
revestimiento del canal. Así como concreto, mampostería, hierro fundido, vidrio,
etc.
Para tal fin se nos hace indispensable conocer las diferentes formas que puede
adoptar el canal, y los criterios a tener en cuenta para el diseño de canales
erosionables con transporte de sedimentos.

3. TIPOS DE FLUJO EN CANALES ABIERTOS
El flujo en canales abiertos puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de
diferentesmaneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en
la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio (Rodríguez Ruiz, 2008).
FLUJO PERMANENTE Y FLUJO NO PERMANENTE
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 la profundidad de flujo cambia con respecto al tiempo
en consideración.
Además de la posibilidad de variar respecto al espacio, el flujo a superficie libre puede
también cambiar respecto al tiempo. La mayoría de las deducciones de los numera les
pasados se hacen suponiendo que las condiciones permanecen constantes sin importar el
intervalo del tiempo en el que se está trabajando. Únicamente el concepto de onda
elemental tiene en cuenta la variabilidad temporal; sin embargo, esta es tan solo un
pequeñoejemplo de lo que es el flujo no permanente. En alcantarillados este tipo de flujo
es de vital importancia, debido a que cuando llega un fenómeno pluvial se invalidan los
análisis de flujo permanente. Para estos casos se requieren estudios más profundos, que
tengan en cuenta los distintos aportes que puede recibir una red a través de las distintas
rejillas, y que pueden ir cambiando dependiendo de la intensidad de la lluvia en distintos
periodos.
Para el análisis de flujo no permanente, también llamado tránsito hidráulico, se
deben resolver en conjunto las ecuaciones de continuidad y conservación del
momentum lineal; este sistema de ecuaciones, más conocido como de Saint-
Venant, debe ser resuelto por algún método numérico. Antes de presentar las
fórmulas se deben tener presentes laslimitaciones que exige la aplicabilidad de las
mismas1. A pesar que son numerosas, es fácil encontrar ejemplos en la vida real
que las cumplen a cabalidad o que lo hacen lo suficiente para no incurrir en errores
considerables.

4. Flujo unidimensional. Es decir que las variaciones en la
velocidad en las otrasdirecciones debe ser despreciable.
A partir de esta suposición básica se deducen otras limitaciones.
1. La superficie de flujo debe permanecer horizontal en sentido
perpendicular a las líneas de corriente.
2. El eje longitudinal del conducto debe ser aproximadamente recto.
3. Se debe garantizar distribución hidrostática de presiones. Es
decir pendientes bajas,menores al 10%.
4. El agua se considera incompresible y homogénea. Densidad constante.
5. El flujo debe variar gradualmente de tal manera que no haya
aceleraciones verticales yla distribución de presiones siga siendo
hidrostática.
6. Se deben poder aplicar las ecuaciones de resistencia fluida para
el cálculo de laspérdidas por fricción.
7. El fondo del canal no debe ser erosionable.
A continuación se presenta el desarrollo de las ecuaciones de Saint-Venant;
Ecuación 3.28 – Ecuación de Continuidad en el sistema Saint Venant.
donde M= masa, Q=caudal, q=caudal lateral, A=Área, = Intervalo
de tiempo de análisis, dx= diferencial en la dirección de flujo.

5. Ecuación 3.29– Ecuación de conservación del momentum en el sistema Saint
Venant.
La Ecuación 3.29 puede ser modificada en algunos casos de tal manera que se eliminen
lostérminos de caudal lateral y de influencia del viento; además de esto puede ser
simplificada y dejarla únicamente en términos de las fuerzas gravitacionales y de
fricción para el caso dela onda cinemática.
Esta última representa el caso más simple de tránsito hidráulico de crecientes; en él, las
aceleraciones locales, convectivas y las fuerzas de presión son irrelevantes.
Esto se da frecuentemente, a menos que la profundidad del fondo del canal seamuy
pequeña. A continuación se presenta la forma simplificada de conservación del
momentum para la onda cinemática:
Ecuación 3.30 – Ecuación de conservación del momentum para el caso de la
onda cinemática.

6. 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 comono permanente, 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.
FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO
Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad de 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 establecimientode un flujo uniformeno permanente requeriría que la superficie del aguafluctuara
de un tiempo a otro, pero permaneciendo paralela al fondo del canal.
EL FLUJO ES VARIADO: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal Este
último tipo de flujo puede ser clasificado también como:
Flujo rápidamente variado o gradualmente variado: si la profundidad del agua cambia de manera
abrupta en distancias comparativamente cortas, sino de otro modo se comporta gradualmente
variado. Los diferentes tipos de flujo se muestran en la figura 2-4.
Figura 2-4. Diferentes tipos de flujo en canales abiertos F.G.V = flujo gradualmente
variado. F.R.V =flujo rápidamente Variado.

8. ESTADOS DE FLUJO
El estado o comportamiento del flujo en canales abiertos está gobernado básicamente por
los efectos de la viscosidad y gravedad en relación con las fuerzas inerciales del flujo
(Chow, 1994).
I. Efecto de la viscosidad: el flujo puede ser laminar, turbulento o transicional según
el efecto de la viscosidad en relación con la inercia.
II. El flujo es laminar: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las
fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel importante para
determinar el comportamiento de flujo.
III. El flujo es turbulento: si las fuerzas son débiles en relación con las fuerzas
inerciales.
El efecto de la viscosidad en relación con la inercia, puede representarse mediante el
número de Reynolds definido por (Chow, 1994):
𝑅 =
𝑣𝐿
𝑉
Donde,
𝑣 Velocidad de flujo, en pies/s o en metros/s.
𝐿 Longitud, en pies o en metros.
𝑉 Viscosidad cinemática, en pies2/s o metros2/s.
NOTA: como el flujo en la mayor parte de los canales es turbulento, un modelo empleado
para simular un canal prototipo debe ser diseñado de tal manera que el número Reynolds
del flujo en el canal modelo este en el rango turbulento.
El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación entre las
fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. La relación antes mencionada está dada
por el número de Froude.

9. DISEÑO DE CANALES NO EROSIONABLES
DEFINICION DE CANAL NO EROSIONABLE
En general un canal no erosionable es aquel que se encuentra revestido y
construido de manera que resiste a la erosión de manera satisfactoria. Los
canales revestidos por lo general son erosionables, excepto aquellos
excavados en cimentaciones firmes, como un lecho de roca.
FACTORES DE DISEÑO
✓ Clase de material que conforma el cuerpo del canal.
✓ Velocidad mínima permisible.
✓ Pendiente delfondo del canal y pendientes laterales.
✓ Borde Libre y Sección eficiente.
Materia Y Revestimiento No Erosionable
Los materiales no erosionables utilizados para formar el revestimiento de un
canal o el cuerpo de un canal desarmable, incluyen concreto, mampostería,
acero, hierro fundido, madera, vidrio, plástico, etc. La selección de material
depende sobre todo de la
disponibilidad y el costo de este, el método de construcción y el propósito para
el cual se utilizará el canal.
El propósito del revestimiento de un canal artificial, en la mayor parte de los
casos, es prevenir la erosión, pero ocasionalmente puede ser de evitar las
pérdidas de agua por infiltración. En canales artificiales revestidos, la velocidad
máxima permisible, es decir, la velocidad máxima que no causara erosión,
puede no considerarse siempre y cuando el agua no transporta arena,grava o
piedras. Si van a existir velocidades muy altas sobre el revestimiento, sin
embargo,debe recordarse que existe una tendencia en el agua que se mueve
muy rápidamente de mover los bloques del revestimiento y empujarlospor fuera
de su posición.Por consiguiente, el revestimiento debe diseñarse contra estas
posibilidades.

10.  VELOCIDAD MINIMA PERMISIBLE
La velocidad mínima permisible o velocidad no sedimentarte es la menor
velocidad que no permite el inicio de la sedimentación y no induce el
crecimiento de plantas acuáticas y de musgo (Rocha 1975). Esta velocidad es
muy incierta y su valor exacto no puede determinarse con facilidad, Para aguas
que no tengan carga de limos o para flujos previamente decantados, este factor
tiene una pequeña importancia excepto por su efecto en el crecimiento de
plantas. En general puede adoptarse una velocidad media de
0.61 a 0.91 m/s cuando el porcentaje de limos presente en el canal es pequeño,
y una velocidad media no inferior a 0.76 m/s prevendrá el crecimiento de
vegetación que disminuirá seriamente la capacidad de transporte del canal.
 PENDIENTES DEL CANAL
La pendiente longitudinal (So) del fondo de un canal por lo general está dada
por la topografía y por la altura de energía requerida para el flujo. La pendiente
también depende del propósito del canal; por ejemplo, los canales utilizados
para la distribución de agua, como los utilizados en la irrigación,
abastecimientos de agua, minería hidráulica y proyectos hidroeléctricos
requieren un alto nivel en el punto de entrega. Por tanto, es conveniente una
pendiente pequeña para mantener en el mínimo posible las pérdidas en
elevación.
Los taludes o pendientes laterales (m) de un canal dependen principalmente
de la clase de material. La Tabla 9 da una idea general de las pendientes
apropiadas para ser utilizadas con diferentes clases de material. Otros factores
que deben considerarse para determinar las pendientes laterales son el método
de construcción, la condición de pérdidas por infiltración, los cambios
climáticos, el tamaño del canal, etc.

11. Tabla. Taludes recomendados en canales construidos en varias clases
de materiales.
MATERIAL TALUD
VALOR DEL
TALUD
M
VALOR
DE Phi
Roca sana no alterada 0: 0.25 m=0/0.25= 0 90º
Roca estratificada
ligeramente alterada
0.25:0.
5
m=.25/0.5=0.50 63º 43’
Rocas alteradas, tepetate
duro
1:1 m=1/1= 1 45º
Arcilla densa o tierra con
revestimiento de concreto 0.5:1
m=.5/1= 0.50 63º 43’
Suelo limoso-arenoso con
grava gruesa
1:1.5 m=1/1.5= 0.67 56º 58’
Arenisca blanda 1.5:2.0 m=1.5/2= 0.75 53º 13’
Limo arcilloso
0.75:1.
0
m=.75/1= 0.75 53º 13’
Limo arenoso 1.5:2.0 m=1.5/2= 0.75 53º 13’
Material
arena y
poco estable,
tierra arenosa
2:1 m=2/1= 2 26º56’
Mampostería 0.4:1 m=0.4/1= 0.40 68º 19’
1:1 45º
m=1/1= 1
Concreto m=1.25/1=1.25
1.25:1 38º 65’
Tierra algo arcillosa,
tepetate blando
1.5:1 m=1.5/1= 1.5 33º 69’

12.  BORDE LIBRE.
El borde libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del
canal hasta la superficie del agua en la condición de diseño. Esta distancia debe
ser lo suficientemente grande para prevenir que ondas o fluctuaciones en la
superficie del agua causen reboses por encima de los lados. Este factor se
vuelve muy importante en especial en el diseño de canaletas elevadas, debido
a que la subestructura de estos puede ponerse en peligro por cualquierrebose.
No existe una regla universalmente aceptada para el cálculo del borde libre,
debido a que la acción de las ondas o fluctuaciones en la superficie del agua
en un canal puede crearse
por muchas causas incontrolables como el movimiento del viento y la acción de
las
mareas, también pueden inducir ondas altas que requieren una consideración
especial en el diseño. Una práctica corriente para canales en tierra, es dejar un
borde libre o resguardo igual a un tercio del tirante, es decir: B.L. = d/3.
Mientras que,para canales revestidos,el borde libre puede ser la quinta parte
del tirante:
B.L. = d/5
Existen también otros criterios para designar el valor del borde libre:
En relación al caudal se tiene:
(Fuente M. Villón)
En relación al ancho de solera se tiene:

13. En función alcaudal, se recomienda:
(Fuente M. Villón)
Para canales o laterales de riego revestidos, la altura del revestimiento por
encima de la superficie del agua dependerá de cierto número de factores:
tamaño del canal,velocidad del agua, curvatura del alineamiento, condiciones
del caudal de entrada de aguas lluvias o aguas de drenaje,fluctuaciones en el
nivel del agua debido a la operación de estructuras reguladoras de flujo y acción
del viento. De una manera más o menos similar, la altura de revestimiento por
encima de la superficie del agua variara con el tamaño y la localización del
canal, el tipo de suelo, la cantidad de agua lluvia o agua de drenaje
interceptada, etc.
Figura Bordo libre y altura de revestimiento, recomendado en canales
revestidos

14.  SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA
Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal el
volumen por excavar; este a su vez depende de la sección transversal.
Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar
la menor excavación para conducir un gasto dado,conocida la pendiente. La
forma que conviene dar a una sección de magnitud dada, para que escurra el
mayor caudal posible, es lo que se ha llamado “sección de máxima eficiencia
hidráulica”.
Considerando un canal de sección constante por elque debe pasar un caudal
máximo, bajo las condiciones impuestas por la pendiente y la rugosidad;de
la ecuación del caudal:
Donde: n, A y S son constantes.
El diseño de canales revestidos desde el punto de vista de la ingeniería
hidráulica es un proceso sencillo para la cual deberá aplicarse la condición de
máxima eficiencia hidráulica que consiste en encontrar los valores óptimos
de la plantilla y el tirante de agua en el canal.
n

15. ELEMENTOS GEOMETRICOS DE SECCION DE CANAL
La profundidad de flujo o tirante (y): Es la distancia vertical desde el punto más bajo de una
sección del canal hasta la superficie libre, la profundidad de flujo de la sección es la
profundidad de flujo perpendicular a la dirección de éste, o la altura de la sección del canal
que contiene el agua.
El nivel: Es la elevación o distancia vertical desde un nivel de referencia o “datum” hasta la
superficie libre, no obstante, si el punto más bajo de la sección de canal se escoge comoel
nivel de referencia, el nivel es idéntico a la profundidad de flujo.
El ancho superficial (T): Es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.
El área mojada (A): Es el área de la seccióntransversaldel flujo perpendicular a la dirección
de flujo.
El perímetro mojado (P): es la longitud de la línea de intersección de la superficie de canal
mojada y de un plano transversal perpendicular a la dirección de flujo.
El radio hidráulico (R): Es la relación del área mojada con respecto a su perímetro mojado
La profundidad hidráulica o tirante hidráulico (D): Es la relación entre el área mojada y el
ancho en la superficie.
𝐷 =
𝐴
𝑇
El factor de sección para el cálculo de flujo critico (Z): Es el producto del área mojada y laraíz
cuadrada de la profundidad hidráulica.
𝑍 = 𝐴√𝐷

17. DISEÑO DE CANAL EROSIONABLE
DEFINICIÓN DE CANAL EROSIONABLE.
Un canal erosionable es todo canal que no se encuentra revestido de algún
material en todo su perímetro mojado. Este tipo de canales pueden diseñarse
bajo dos condiciones: aquella en la que se toma como premisa que el canal
se socavara mas no se sedimentara,y aquella en la que se acepta que haya
transporte de sedimentos.
Canales erosionables con transporte de sedimentos en el lecho.
Los canales en que se da transporte de sedimentos, conocidos como canales
aluviales, el lecho cambia constantemente de forma y el movimiento de
partículas de este puede generar erosión o acreción. La mayoría de corrientes
naturales presentan transporte de sedimentos, y si el hombre desea
intervenirlos debe predecir y controlar este de tal manera que pueda cumplir
con las funciones requeridas.
FORMAS Y MOVIMIENTOS DEL LECHO.
La pendiente del lecho, la profundidad y la velocidad de flujo, el tamaño del
sedimento y la velocidad de asentamiento de las partículas influyen sobre la
forma del lecho del canal. El parámetro principal para suponer que tipo de
forma tomara el lecho es el número de Froude. Las diferentes formas que
pueden tomar el lecho dependiendo de este son:
 Lecho plano: Se puede presentar en dos casos; cuando no hay flujo o
cuando el número de Froude es menor o igual que uno que es una
transición entre la forma de lecho de dunas y de ondas estacionarias.
En este caso no hay movimiento de la forma del lecho.
 Rizos: Se presenta cuando el número de Froude es mucho menor que
uno y la forma del lecho migra hacia aguas abajo. Se dan en la
presencia de una capa limite laminar y su tamaño es independiente de
la profundidad.

18.  Dunas: Se presenta en flujo subcritico y la forma del lecho se mueve
hacia aguas abajo. A diferencia de los rizos la capa limite es turbulenta
y su tamaño es proporcional a la profundidad.
 Ondas estacionarias: Ocurren cuando el flujo es crítico o muy cercano a
este. En estas no hay movimiento de la forma dellecho, es decir que el
perfil de la superficie está en fase con la forma del canal.
 Antidunas: Ocurren para flujos supercríticos. El perfil de la superficie
está en fase con el fondo del canal y se presentan resaltos hidráulicos.
 Rápidas: Se presentan para flujos supercríticos y el lecho migra aguas
arriba. Soy antidunas muy activas.
 Cuencos: Sucesión de escalones y piscinas. Se presentan en flujo
supercrítico y migran en dirección aguas arriba.
PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL SEDIMENTO.
Los sedimentos pueden ser de dos tipos: material cohesivo o no cohesivo.El
primer grupo lo constituyen básicamente arcillas y limos, y el último grupo de
gravas, arenas y cantos rodados.
La propiedad más importante de la partícula de sedimento es su tamaño. Esto
se debe a la manera en que este influye en que haya o no transporte de
sedimentos puesto que a mayor tamaño es más difícil desplazarlo. Como la
mayoría de las partículas no son perfectamente esféricas para definir el
tamaño de la partícula se usa: el diámetro del tamiz que es el tamaño de la
partícula que pasa a través de un tamiz de tamaño dado pero que no pasa a
través del siguiente; el diámetro de sedimentación que es el tamaño de una
esfera de cuarzo que cae con una velocidad de asentamiento iguala la de la
partícula de sedimento real y el diámetro nominal que es el de una esfera de
la misma densidad y masa que la partícula real.

19. f
Otra característica del sedimento a tener en cuenta es el ángulo de reposo, el
cual es el ángulo crítico para el cual ocurre el movimiento y se denomina
∅S . Este es función de la forma de la partícula.
Inicio del movimiento de sedimentos, movimiento de carga de lecho.
Para prevenir la erosión dellecho del canal es esencial conocer con exactitud
el momento en el cual iniciara el movimiento de sedimentos.
Ocurre que la mayoría de los canales en los que se da el transporte de
sedimentos se comportan como flujos permanentes, acercándose a si a las
condiciones de flujo uniforme. Es por esta razón que es útil la fórmula de la
velocidad media en flujo uniforme hallada a partir de la ecuación de
momentum:
V =
√8 g
√ Rsenθ (1)
Donde f es el coeficiente de fricción de Darcy, R el radio hidráulico y ϴ la
pendiente del lecho.

20. 2
=
√
=
Pero con tener la velocidad del flujo no debemos conformarnos. Además, es
necesario que conozcamos el perfil de la velocidad y siendo más específicos
la velocidad en el fondo del canal.
Esta velocidad se conoce como velocidad de corte y es función del esfuerzo
cortante de frontera. El esfuerzo cortante de frontera, por su parte, es el
esfuerzo promedio sobre el área mojada y se define como:
τ0 =Cd
1
ρV2
(2)
Donde Cd es elcoeficiente de arrastre y V es la velocidad media del flujo. Este
coeficiente de arrastre habitualmente se le da el valor de un cuarto del
coeficiente de fricción de Darcy, siendo ahora el esfuerzo cortante de frontera,
lo siguiente:
τ
f
0
8
ρV2
(3)
La velocidad de corte (Vc) es una medida del esfuerzo cortante y del gradiente
de velocidad cerca de la frontera sólida, es decir, para el caso de canales
cerca del fondo. Esta fue definida por Henderson como:
V
τ0
c
ρ (4)
Es importante resaltar que en base a esta velocidad definimos un nuevo
número adimensional utilizado para la clasificación de flujos: El número de
Reynolds de corte. A partir de este los flujos pueden ser turbulento liso,
turbulento en transición o turbulento completamente rugoso.
ℜ =
V ∙K S
c
v
Donde Ks es la rugosidad superficial promedio y v es la viscosidad cinemática
del agua. En canales, los flujos turbulentos lisos tienen número de Reynolds
de corte menores que 4, de transición entre 4 y 100, y turbulento

21. s
completamente rugoso mayores que 100. La rugosidad superficial promedio
puede hallarse a partir de la fórmula de Colebrook-White.
TIPOS DE MOVIMIENTOS DE PARTÍCULAS DE SEDIMENTO.
El material transportado recibe el nombre de carga de sedimentos. Este,
puede moverse a través del canal de dos formas:como carga de lecho o como
carga en suspensión. La carga de lecho son granos que ruedan a lo largo del
lecho, cuyo movimiento inicia cuando el esfuerzo cortante del lechoexcede un
valor crítico. Un sedimento en suspensión se mueve rodeado de fluido.
El movimiento en suspensión se da cuando las partículas que van a lo largo
del lecho (carga de lecho) van chocando entre si y rebotan hasta que la nube
de partículas entra en suspensión.
PARAMETRO DE SHIELDS.
Haciendo un análisis estático de la partícula de sedimento, nos podemos dar
cuenta que en ella intervienen principalmente cuatro fuerzas: la gravedad, la
fuerza de flotación (ambas verticales y en sentidos opuestos), la fuerza de
arrastre que actua en dirección al movimiento y la fuerza de sustentación
perpendicular a esta última. El movimiento de la partícula inicia cuando los
momentos que generan la fuerza de arrastre, flotación y sustentación son
mayores que el momento generado por el peso de la partícula.
Shields, introdujo un parámetro de estabilidad ( τ¿ ¿ a través de observació n
experimentales, que se define como:
τ =
τ0
¿
ρ(s−1) gd (6)
Donde s es la densidad relativa de los sólidos y ds diámetro nominal de las
partículas de sedimento. El movimiento de carga de lecho ocurre cuando el
parámetro de estabilidad de Shields excede un valor crítico, definido de la
siguiente manera dependiendo del número de Reynolds de corte:

22. ✓ Flujo turbulento liso ( ℜc ∈ 4a 5¿; (τ¿)c >0.035
✓ Flujo de transición ( 4 a 5∈ℜc∈75 a 100) ; 0.03∈( τ¿)c >0.04
✓ Flujo turbulento completamente rugoso (75a100∈ ℜc) ;0.03∈(τ¿)c >0.06
Para estimar el parámetro de Shields critico debe recurrirse al diagrama de
Shields o reemplazar en las formulas propuestas por Julien [2] , que están en
función del ángulo de reposo del material y del diámetro y densidad relativa
de este.
Figura. Diagrama de Shields.
Aplicabilidad de los conceptos de transporte de sedimentos al diseño de
canales erosionables.
Para el diseño de canales aluviales,es decir, aquellos donde es inevitable el
transporte de sedimentos, las variables más importantes son el caudal de
agua, la tasa de transporte de sedimentos y el tamaño de estos.

23. Para empezar, el ingeniero determina las características del canal, es decir, la
pendiente del lecho, la forma de la sección transversal, el ancho del canal, las
propiedades del lecho móvil (porosidad, densidad de sólidos, tamaño de
partículas) y las formas que el lecho ha adquirido anteriormente.
Posteriormente, se escoge el caudal de diseño y la tasa de transporte de
sedimentos que se manejara en el canal. Para calcular la velocidad de flujo se
supone un flujo uniforme y lecho plano haciendo uso de la ecuación (1) y para
el esfuerzo de corte del fondo del canal la ecuación (2). Para medir el tipo de
forma del lecho se usa el diagrama de Engelund y Hasen. Ya con estos datos es
posible calcular el esfuerzo cortante por fricción superficial:
fρ V 2
τ '0 =
8 (7)
Y el esfuerzo cortante de forma de lecho:
ρV 2 h2
τ ' '0 =
8ld (8)

24. Donde h y l son la altura y longitud del lecho. Se hacen cálculos
iterativos hasta que la suma del esfuerzo cortante por fricción
superficial más el esfuerzo cortante de forma de lecho sean
iguales al esfuerzo cortante del fondo del canal de tal forma que
se satisfaga la ecuación de momentum. Porúltimo, se hace una
revisión de la capacidad de transporte de sedimentos para ver si
habrá erosión o acreción en el fondo del canal.
METODO DE LA FUERZA TRACTIVA
En el diseño de canales artificiales no erosionables, factores como la
velocidad máxima permitida y la fuerza tractiva máxima permisible no
hacen parte del criterio de debe ser considerado (Ven Te Chow,
1983).Por ello este factor es importante para el diseño de canales
erosionables.
Cuando el agua fluye en un canal, se desarrolla una fuerza que
actúa sobreel lecho de este en la dirección del flujo.
Esta fuerza, la cual es simplemente el empuje del agua sobre el área
mojada, se conoce con el nombre de fuerza tractiva o esfuerzo
tangencial. (Chereque, 1987)
En un flujo uniforme la fuerza tractiva en apariencia es igual a la
componente efectiva de la fuerza gravitacional que actúa sobre el
cuerpo de agua, paralelo al fondo del canal es igual a:

25. Luego el valor promedio de la fuerza tractiva por unidad de área
hidráulica, conocido como la fuerza tractiva unitaria , es igual a:
Con excepción de los canales muy anchos, se ha comprobado que el
esfuerzo tangencial no se distribuye uniformemente sobre las
paredes, sino como se indica en la figura siguiente:
Fig 1.1 Distribución del esfuerzo tangencial producido por el flujo
sobre las paredes de un canal trapecial.
Como resultado de estos estudios, en las dos figuras siguientes se
muestran valores máximos del esfuerzo tangencial de arrastre, tanto
en los taludes como en la plantilla del canal trapecial en función del
valor medio de:

26. fig. Esfuerzo tangencial que la corriente produce sobre
lostaludes
Fig. Esfuerzo tangencial que la corriente produce
en elfondo

27. Relacion De Fuerza Tractiva
Sobre una partícula de suelo que descansa en la pendiente lateral de
una sección de canal (fig. 1.4) en la cual se encuentra fluyendo agua,
actúa dos fuerzas: la fuerza tractiva y la componente de la fuerza
gravitacional la cual hace que la partícula ruede a lo largo de la
pendiente lateral.

28. fig. Análisis de las fuerzas que actúan en una partícula que
reposa en lasuperficie del lecho de un
canal
La partícula en estas condiciones está equilibrada por las
fuerzas de fricción ejercidas sobre ella, y que es igual al producto
de la componente normal al talud correspondiente
al peso de la partícula multiplicadapor
el coeficiente de fricción interna.En el caso limite, cuando la
partícula está a punto de rodar, se establece el siguiente equilibrio:
Esta relación es función solo de la inclinación del lado inclinado y del
ángulo de reposo del material.

29. El ángulo de reposo necesita ser considerado solo para materiales
gruesos no cohesivos. De acuerdo con la investigación del U. S. Bureau
of Reclamation se encontró que en general el ángulo de reposo se
incrementa tanto con el tamaño como con la angularidad del material.
Para propósitos de diseño, el Bureau preparó curvas que muestran los
valores del ángulo de reposo para materiales no cohesivos con
diámetros superiores a 0.2 pulgadas. Para variosgrados de rugosidad.
El diámetro referido es el diámetro de partícula para el cual el 25% (en
peso) del material es mayor.
fig. ángulo de reposo de un suelo no cohesivo en función del
diámetro desus partículas.

30. EL METODO TRACTIVO en sí consiste en seleccionar una sección del
canal aproximada mediante experiencia o utilizando tablas de diseño,
recolectar muestras del material que forma el lecho del canal y
determinar utilizando estas muestras, las propiedades requeridas (Ven
Te Chow, 1983).
Mediante estos datos, el que diseña investiga la sección mediante el
análisis de lafuerza tractiva para asegurar una estabilidad probable por
tramos y para probar lasección minima que aparece estable.
METODO DE LA VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE
La velocidad máxima permisible o velocidad no erosionante es la mayor
velocidadpromedio que no causará erosión en el cuerpo del canal
(Chereque, 1987). Las velocidad no son definidas en los canales por
lo cual solo a base de experiencia y
Criterio se pueden estimar, donde se puede apreciar que los canales
que tienen mayor tiempo brindan una mayor velocidad que los canales
recientes, debido a que el canal de mayor tiempo se encuentra más
estabilizado y ya no provee una constante de sedimentos.
Según la siguiente tabla se muestra una tabla de acuerdo a valores de
“n” apropiados de diferentes materiales, para diferentes velocidades
máximas permisibles por encima de las cuales se producirá socavación
en los materiales no cohesivos con un alto rango de tamaño de
partículas y diferentes clases de sueloscohesivos.

31. EL METODO DE LA VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE, como criterio
para el procedimiento de diseño de una sección de un canal
consiste en los siguientes pasos:
✓ Para un material dado, estime el coeficiente de rugosidad de Manning,
el talud y la velocidad máxima permisible.
✓ Calcular el radio hidráulico por la fórmula de Manning.
✓ Calcular el área de la sección transversal como A = Q / V.
✓ Calcular el perímetro mojado, p = A / R.
✓ Utilizando las expresiones para A y p, resolver
simultáneamente para elancho delfondo delcanal, b, y
profundidad de flujo, y Adicionar un bordelibre, y modifique la
sección para que sea práctica.

32. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
 El revestimiento de un canal no tiene ninguna función estructural, sino que
solo impermeabiliza el canal para que la pérdida 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 fundamentaly de gran ayuda
en el diseño de secciones hidráulicas, por la rapidez con que se obtienen
los resultados.
 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.
 Para el diseño de canales erosionables con transporte de sedimentos el parámetro
de Shields es esencial puesto que nos define un valor critico en el que el canal deja
de ser estable e inicia con la determinación de las características del canal y la
selección de caudal de agua y tasa de transporte de sedimentos, y posteriormente
se calcula la velocidad media y el esfuerzo cortante del fondo del canal.
 La idea es que el canal cumpla con la ecuación de momentum de tal forma que el
esfuerzo cortante por fricción superficial y de forma de lecho sean iguales al
esfuerzo cortante de fondo. También, el transporte de sedimentos no debe exceder
la capacidaddel canal.