1. ““ DISEÑO DE CANALES”DISEÑO DE CANALES”
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONALESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL
DE INGENIERÍA CIVILDE INGENIERÍA CIVIL
ING. HUGO AMADO ROJAS RUBIOING. HUGO AMADO ROJAS RUBIO
2. INTRODUCCIONINTRODUCCION
En un proyecto de irrigación la parte queEn un proyecto de irrigación la parte que
comprende el diseño de los canales ycomprende el diseño de los canales y
obras de arte, así como el caudal, constituyenobras de arte, así como el caudal, constituyen
factores importantes en un proyecto defactores importantes en un proyecto de
riego. Este ultimo es un parámetro que seriego. Este ultimo es un parámetro que se
obtiene sobre la base del tipo de suelo,obtiene sobre la base del tipo de suelo,
cultivo, condiciones climáticas, métodos decultivo, condiciones climáticas, métodos de
riego, etc., es decir mediante la conjunciónriego, etc., es decir mediante la conjunción
de la relación agua - suelo - planta y lade la relación agua - suelo - planta y la
hidrología.hidrología.
3. OBJETIVOSOBJETIVOS
Aplicar la hidráulica y la mecánica de fluidosAplicar la hidráulica y la mecánica de fluidos
para el diseño de los sistemas de flujo apara el diseño de los sistemas de flujo a
superficies libres en canales.superficies libres en canales.
Haciendo el uso de normas, se pretende fijarHaciendo el uso de normas, se pretende fijar
los requisitos mínimos de ingeniería para ellos requisitos mínimos de ingeniería para el
diseño y ejecución de las obras ediseño y ejecución de las obras e
instalaciones hidráulicas .instalaciones hidráulicas .
Analizar y discutir críticamente el diseño yAnalizar y discutir críticamente el diseño y
funcionamiento de canales construidos y enfuncionamiento de canales construidos y en
funcionamiento.funcionamiento.
4. GENERALIDADESGENERALIDADES
Un canal abierto es un conducto en el queUn canal abierto es un conducto en el que
el liquido fluye con unael liquido fluye con una
superficie sometida a la presiónsuperficie sometida a la presión
atmosférica. El flujo se origina por laatmosférica. El flujo se origina por la
pendiente del canal y de la superficie delpendiente del canal y de la superficie del
liquido. La solución exacta de losliquido. La solución exacta de los
problemas de flujo es difícil yproblemas de flujo es difícil y
depende de datos experimentalesdepende de datos experimentales
que debe cumplir una amplia gamaque debe cumplir una amplia gama
de condiciones.de condiciones.
6. Son las obras que permiten derivar elSon las obras que permiten derivar el
agua desde la fuente que alimentaagua desde la fuente que alimenta
el sistema . Esta fuente puede serel sistema . Esta fuente puede ser
una corriente natural , un embalse ouna corriente natural , un embalse o
el agua subterránea de un acuífero. Ael agua subterránea de un acuífero. A
continuación se hace un análisiscontinuación se hace un análisis
de las captaciones en corrientesde las captaciones en corrientes
naturales.naturales.
1.- CAPTACIONES1.- CAPTACIONES
7. La captación consta de la bocatoma, elLa captación consta de la bocatoma, el
canal de aducción y elcanal de aducción y el
tanque sedimentador.tanque sedimentador.
En la figura siguiente seEn la figura siguiente se
muestran esquemáticamente los tipos demuestran esquemáticamente los tipos de
bocatoma más utilizadas.bocatoma más utilizadas.
8.
9. Las magnitudes de los caudales que se captan en lasLas magnitudes de los caudales que se captan en las
bocatomas son función de los niveles debocatomas son función de los niveles de
agua que se presentan inmediatamente arribaagua que se presentan inmediatamente arriba
de la estructura de control. Como los nivelesde la estructura de control. Como los niveles
dependen del caudal Q de la corriente natural, y siendo eldependen del caudal Q de la corriente natural, y siendo el
caudal variable, entonces las bocatomas no captan uncaudal variable, entonces las bocatomas no captan un
caudal constante. Durante los estiajes captan caudalescaudal constante. Durante los estiajes captan caudales
pequeños y durante las crecientes captan excesos quepequeños y durante las crecientes captan excesos que
deben ser devueltos a la corriente lo más prontodeben ser devueltos a la corriente lo más pronto
posible, ya sea desde el canal de aducción o desde elposible, ya sea desde el canal de aducción o desde el
desarenador. desarenador.
La sedimentación que se genera en la corriente naturalLa sedimentación que se genera en la corriente natural
por causa de la obstrucción que se induce por la presenciapor causa de la obstrucción que se induce por la presencia
de la estructura de control es un gran inconveniente en lade la estructura de control es un gran inconveniente en la
operación de las bocatomas laterales.operación de las bocatomas laterales.
10. El canal de aducción conecta la bocatoma conEl canal de aducción conecta la bocatoma con
el desarenador; tiene una transición deel desarenador; tiene una transición de
entrada , una curva horizontal y un tramoentrada , una curva horizontal y un tramo
recto, paralelo a la corriente natural, hasta elrecto, paralelo a la corriente natural, hasta el
desarenador. Es un canal de baja pendiente ydesarenador. Es un canal de baja pendiente y
régimen tranquilo que se diseña para recibirrégimen tranquilo que se diseña para recibir
los caudales de aguas altas que puedenlos caudales de aguas altas que pueden
entrar por la toma. En la práctica es preferibleentrar por la toma. En la práctica es preferible
que sea de corta longitud y en algunos casos,que sea de corta longitud y en algunos casos,
cuando las condiciones topográficas de lacuando las condiciones topográficas de la
zona de captación lo permiten, se elimina elzona de captación lo permiten, se elimina el
canal de aducción y el desarenador se incluyecanal de aducción y el desarenador se incluye
dentro de la estructura de la bocatoma. dentro de la estructura de la bocatoma.
11. 2.- COMPUERTAS Y2.- COMPUERTAS Y
VERTEDEROSVERTEDEROS
Son estructuras de control hidráulico. SuSon estructuras de control hidráulico. Su
función es la de presentar un obstáculo alfunción es la de presentar un obstáculo al
libre flujo del agua , con ellibre flujo del agua , con el
consiguiente represamiento aguasconsiguiente represamiento aguas
arriba de la estructura , y elarriba de la estructura , y el
aumento de la velocidad aguas abajo.aumento de la velocidad aguas abajo.
12.
13. 3.- TRANSICIONES3.- TRANSICIONES
Son estructuras que empalman tramos de canalesSon estructuras que empalman tramos de canales
que tienen secciones transversales diferentes enque tienen secciones transversales diferentes en
forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de secciónforma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección
rectangular con uno de sección trapezoidal , o unrectangular con uno de sección trapezoidal , o un
tramo de sección rectangular de ancho b1 con otrotramo de sección rectangular de ancho b1 con otro
rectangular de ancho b2, etc.rectangular de ancho b2, etc.
Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que seLas transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se
van a empalmar son de baja pendiente, con régimenvan a empalmar son de baja pendiente, con régimen
subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambiosubcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio
de sección son relativamente pequeñas. de sección son relativamente pequeñas.
Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente,Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente,
en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas yen régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y
no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace queno son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que
los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En estalos cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta
circunstancia es recomendable diseñar la transición concircunstancia es recomendable diseñar la transición con
ayuda de un modelo hidráulico.ayuda de un modelo hidráulico.
14. 4.- SIFONES Y4.- SIFONES Y
ACUEDUCTOSACUEDUCTOS
Cuando en la trayectoria de un canalCuando en la trayectoria de un canal
se presenta una depresión en else presenta una depresión en el
terreno natural se hace necesarioterreno natural se hace necesario
superar esa depresión con un sifón osuperar esa depresión con un sifón o
con un puente que se denominacon un puente que se denomina
acueductoacueducto..
15.
16. La decisión que se debe tomar sobre cual deLa decisión que se debe tomar sobre cual de
las dos estructuras usar,las dos estructuras usar,
en un caso determinadoen un caso determinado
depende de consideracionesdepende de consideraciones
del tipo económico y de seguridad.del tipo económico y de seguridad.
17. 5.-5.- TUNELESTUNELES
Cuando en el trazado de un canal se encuentra unaCuando en el trazado de un canal se encuentra una
protuberancia en el terreno, por ejemplo una colina,protuberancia en el terreno, por ejemplo una colina,
se presenta la posibilidad de dar un rodeo parase presenta la posibilidad de dar un rodeo para
evitarla, o atravesarla con un túnel.evitarla, o atravesarla con un túnel.
Antes de construir el túnel es necesario realizar losAntes de construir el túnel es necesario realizar los
diseños geotécnicos, estructurales, hidráulicosdiseños geotécnicos, estructurales, hidráulicos
y ambientales necesarios para garantizar suy ambientales necesarios para garantizar su
estabilidad y su funcionalidad.estabilidad y su funcionalidad.
Un túnel que se emplea como canal funciona comoUn túnel que se emplea como canal funciona como
un conducto cerrado, parcialmente lleno. La sección delun conducto cerrado, parcialmente lleno. La sección del
canal puede ser revestida o excavada y puede conservarcanal puede ser revestida o excavada y puede conservar
la forma geométrica del canal original, o adaptarse a lala forma geométrica del canal original, o adaptarse a la
sección transversal del túnel.sección transversal del túnel.
18. 6.-6.- RAMPAS, ESCALONES YRAMPAS, ESCALONES Y
DISIPADORES DE ENERGÍADISIPADORES DE ENERGÍA
Los canales que se diseñan en tramos deLos canales que se diseñan en tramos de
pendiente fuerte resultan con velocidades dependiente fuerte resultan con velocidades de
flujo muy altas que superan muchas veces lasflujo muy altas que superan muchas veces las
máximas admisibles para los materiales quemáximas admisibles para los materiales que
se utilizan frecuentemente en suse utilizan frecuentemente en su
construcción. construcción.
Para controlar las velocidades en tramos dePara controlar las velocidades en tramos de
alta pendiente se pueden utilizar combinacionesalta pendiente se pueden utilizar combinaciones
de rampas y escalones , siguiendode rampas y escalones , siguiendo
las variaciones del terreno . Laslas variaciones del terreno . Las
rampas son canales cortos de pendienterampas son canales cortos de pendiente
fuerte, con velocidades altas yfuerte, con velocidades altas y
régimen supercrítico; los escalonesrégimen supercrítico; los escalones
se forman cuando se colocan caídas al finalse forman cuando se colocan caídas al final
de tramos de baja pendiente, en régimende tramos de baja pendiente, en régimen
19.
20. Los disipadores de energía son estructuras que seLos disipadores de energía son estructuras que se
diseñan para generar pérdidas hidráulicasdiseñan para generar pérdidas hidráulicas
importantes en los flujos de alta velocidad. Elimportantes en los flujos de alta velocidad. El
objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujoobjetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo
de régimen supercrítico a subcrítico.de régimen supercrítico a subcrítico.
Las pérdidas de energía son ocasionadas porLas pérdidas de energía son ocasionadas por
choque contra una pantalla vertical enchoque contra una pantalla vertical en
disipadores de impacto , por caídasdisipadores de impacto , por caídas
consecutivas en canales escalonados, o por laconsecutivas en canales escalonados, o por la
formación de un resalto hidráulico enformación de un resalto hidráulico en
disipadores de tanque. disipadores de tanque.
21. 7.-7.- ESTRUCTURAS DEESTRUCTURAS DE
ENTREGAENTREGA
El tramo final de un canal entrega suEl tramo final de un canal entrega su
caudal a un tanque, a otro canal o a unacaudal a un tanque, a otro canal o a una
corriente natural. Estas entregas se hacencorriente natural. Estas entregas se hacen
siempre por encima del nivel máximo desiempre por encima del nivel máximo de
aguas de la estructura recolectora.aguas de la estructura recolectora.
Las obras son sencillas cuando la entrega seLas obras son sencillas cuando la entrega se
realiza a un tanque o a un canal porque losrealiza a un tanque o a un canal porque los
niveles de agua en estos últimos sonniveles de agua en estos últimos son
controlados.controlados.
23. Los canales de riego por sus diferentes funcionesLos canales de riego por sus diferentes funciones
adoptan las siguientes denominacionesadoptan las siguientes denominaciones::
Canal de primer orden.-Canal de primer orden.- Llamado también canalLlamado también canal
madre o de derivación y se le traza siempre conmadre o de derivación y se le traza siempre con
pendiente mínima, normalmente es usado por un solopendiente mínima, normalmente es usado por un solo
lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.
Canal de segundo orden.-Canal de segundo orden.- Llamados tambiénLlamados también
laterales, son aquellos que salen del canal madre y ellaterales, son aquellos que salen del canal madre y el
caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub –caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub –
laterales, el área de riego que sirve un lateral selaterales, el área de riego que sirve un lateral se
conoce como unidad de riego.conoce como unidad de riego.
Canal de tercer orden.-Canal de tercer orden.- Llamados también sub –Llamados también sub –
laterales y nacen de los canales laterales, el caudal quelaterales y nacen de los canales laterales, el caudal que
ingresa a ellos es repartido hacia lasingresa a ellos es repartido hacia las
propiedades,: el área de riego que sirve un sub –propiedades,: el área de riego que sirve un sub –
lateral se conoce como unidad parcelaria.lateral se conoce como unidad parcelaria.
25. Trazo de canalesTrazo de canales
Cuando se trata de trazar un canal o un sistemaCuando se trata de trazar un canal o un sistema
de canales es necesario recolectar la siguientede canales es necesario recolectar la siguiente
información básica:información básica:
Fotografías aéreasFotografías aéreas :: Para localizarPara localizar
los poblados, caseríos, áreas de cultivo,los poblados, caseríos, áreas de cultivo,
vías de comunicación, etc.vías de comunicación, etc.
Planos topográficos y catastrales.Planos topográficos y catastrales.
Estudios geológicosEstudios geológicos , salinidad , suelos, salinidad , suelos
y demás información que pueda conjugarse eny demás información que pueda conjugarse en
el trazo de canales.el trazo de canales.
26. a)a) Reconocimiento del terreno:Reconocimiento del terreno:
Se recorre la zona, anotándose todos losSe recorre la zona, anotándose todos los
detalles que influyen en la determinacióndetalles que influyen en la determinación
de un eje probable dede un eje probable de
trazo , determinándose el puntotrazo , determinándose el punto
inicial y el punto final.inicial y el punto final.
27. b)b) Trazo preliminar:Trazo preliminar:
Se procede a levantar la zona con una brigadaSe procede a levantar la zona con una brigada
topográfica, clavando en el terreno las estacas detopográfica, clavando en el terreno las estacas de
la poligonal preliminar y luego ella poligonal preliminar y luego el
levantamiento con teodolito,levantamiento con teodolito,
posteriormente a este levantamiento seposteriormente a este levantamiento se
nivelará la poligonal y se hará elnivelará la poligonal y se hará el
levantamiento de seccioneslevantamiento de secciones
transversales, estas secciones se harán detransversales, estas secciones se harán de
acuerdo a criterio, si es un terreno con una altaacuerdo a criterio, si es un terreno con una alta
distorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 mdistorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 m
, si el terreno no muestra muchas, si el terreno no muestra muchas
variaciones y es uniforme la sección es máximo avariaciones y es uniforme la sección es máximo a
cada 20 m.cada 20 m.
28. c)c) Trazo definitivo:Trazo definitivo:
Con los datos de (b) se procede al trazoCon los datos de (b) se procede al trazo
definitivo , teniendo en cuenta la escala deldefinitivo , teniendo en cuenta la escala del
plano , la cual depende básicamente deplano , la cual depende básicamente de
la topografía de la zona y de la precisión que sela topografía de la zona y de la precisión que se
desea:desea:
Terrenos con pendiente transversal mayor aTerrenos con pendiente transversal mayor a
25%, se recomienda escala de 1:500.25%, se recomienda escala de 1:500.
Terrenos con pendiente transversal menor aTerrenos con pendiente transversal menor a
25%, se recomienda escalas de 1:1000 a25%, se recomienda escalas de 1:1000 a
1:2000.1:2000.
30. Elementos de las sección deElementos de las sección de
un canal :un canal :
T = Ancho superior del canal.
b = Plantilla
z = Valor horizontal de la inclinación
del talud
C = Berma del camino, puede ser:
0,5; 0,75; 1,00 m., según el
canal sea de tercer, segundo o
primer orden respectivamente.
V = Ancho del camino de vigilancia
puede ser: 3; 4 y 6 m.,
H = Altura de caja o profundidad de
rasante del canal.
31. Relaciones geométricas de las secciones transversales masRelaciones geométricas de las secciones transversales mas
Frecuentes :Frecuentes :
32. Tipo de flujos en canales:Tipo de flujos en canales:
Flujo permanente y no permanente :Flujo permanente y no permanente :
El parámetro que se utiliza para su clasificación es el tiempo.El parámetro que se utiliza para su clasificación es el tiempo.
En un flujo permanente, los parámetros hidráulicos ( y, A, v , etc.),En un flujo permanente, los parámetros hidráulicos ( y, A, v , etc.),
no varían con el tiempo, es decir :no varían con el tiempo, es decir : “ La velocidad“ La velocidad
permanece constante en función del tiempo.”permanece constante en función del tiempo.”
dy / dt = 0 , dv / d t = 0 , dA / d t = 0dy / dt = 0 , dv / d t = 0 , dA / d t = 0 ( P( Permanenteermanente))
En un flujo no permanente, los parámetros hidráulicos ( y, A,En un flujo no permanente, los parámetros hidráulicos ( y, A,
v , etc.), varían con el tiempo es decirv , etc.), varían con el tiempo es decir:: ”La velocidad es”La velocidad es
variable y depende del tiempo”variable y depende del tiempo”
dy / dtdy / dt ≠≠ 0 , dv / d t0 , dv / d t ≠≠ 0 , dA / d t0 , dA / d t ≠≠ 00 ( N( No permanenteo permanente))
33. Flujo uniforme y variado:Flujo uniforme y variado:
EEl parámetro que se utiliza para su clasificación es lal parámetro que se utiliza para su clasificación es la
longitud.longitud.
En un flujo uniforme, los parámetros hidráulicos ( y, A,En un flujo uniforme, los parámetros hidráulicos ( y, A,
v, etc.), no varían de una sección a otra, es decir:v, etc.), no varían de una sección a otra, es decir:
““La velocidad media permanece constante”La velocidad media permanece constante”
dy / dt = 0 , dv / d t = 0 , dA / d t = 0 ( uniforme )
34. En un flujo variado,En un flujo variado, los parámetros hidráulicoslos parámetros hidráulicos
(( y, A, v, etc.y, A, v, etc.), varían de una sección a otra, es), varían de una sección a otra, es
decir:decir: “La velocidad varia en“La velocidad varia en
forma gradual en función delforma gradual en función del
espacio y el tiempo”espacio y el tiempo”
dy / dtdy / dt ≠≠ 0 , dv / d t0 , dv / d t ≠≠ 0 , dA / d t0 , dA / d t ≠≠ 00
(( variadovariado ))
35. Flujo laminar, turbulento y de transición:Flujo laminar, turbulento y de transición:
El parámetro que se utiliza para su clasificación es el numero deEl parámetro que se utiliza para su clasificación es el numero de
reynolds.reynolds.
Re = (Re = ( v R ) /v R ) / γγ
Donde:Donde:
Re = numero de reynoldsRe = numero de reynolds
R = radio hidráulico, en m.R = radio hidráulico, en m.
V =V = velocidad media, en m / s.velocidad media, en m / s.
γγ == viscosidadviscosidad cinemática del agua, en m / S2.cinemática del agua, en m / S2.
Y su selección es según el rango en que se encuentra el numero deY su selección es según el rango en que se encuentra el numero de
Reynolds.Reynolds.
Si ReSi Re ∠∠ 580 flujo laminar.580 flujo laminar.
Si 580Si 580 ≤≤ ReRe ≤≤ 750 flujo de transición.750 flujo de transición.
Si ReSi Re ∠∠ 750 flujo turbulento.750 flujo turbulento.
36. Flujo critico, subcrítico, supercrítico:Flujo critico, subcrítico, supercrítico:
El parámetro que se utiliza para su aplicación es el numero deEl parámetro que se utiliza para su aplicación es el numero de
Froude :Froude :
F =F = v /v / ( g y ) ½ =( g y ) ½ = vv / ( g A / T ) ½/ ( g A / T ) ½
DONDE:DONDE:
F = numero de FroudeF = numero de Froude
V =V = velocidad media, en m / s.velocidad media, en m / s.
g = aceleración de la gravedad, 9.81 m / S2.g = aceleración de la gravedad, 9.81 m / S2.
y = tirante medio, en m.y = tirante medio, en m.
A = área hidráulica, en m2.A = área hidráulica, en m2.
T = espejo de agua, en m.T = espejo de agua, en m.
Y su selección es según el rango en que se encuentra el numeroY su selección es según el rango en que se encuentra el numero
de Froude:de Froude:
* si F* si F << 1 flujo subcrítico1 flujo subcrítico
* si F = 1 flujo critico* si F = 1 flujo critico
* si F* si F >> 1 flujo supercrítico1 flujo supercrítico
37. Ecuación de continuidad:Ecuación de continuidad: CCuandouando
el caudal es constante en un tramo, lael caudal es constante en un tramo, la
ecuación que gobierna el flujo desde el punto deecuación que gobierna el flujo desde el punto de
vista de la conservación de la masa, se llamavista de la conservación de la masa, se llama
ecuación de continuidad, la cual se expresa:ecuación de continuidad, la cual se expresa:
Q =Q = v Av A
Para las secciones 1 y 2 ( Fig. 1 ), se tiene:Para las secciones 1 y 2 ( Fig. 1 ), se tiene:
Q = v1 A1 = v2 A2 =Q = v1 A1 = v2 A2 = CteCte..
Donde:Donde:
Q =Q = caudalcaudal
VV == velocidad media de la sección.velocidad media de la sección.
A =A = area hidráulica.area hidráulica.
39. Ecuación de energía :Ecuación de energía :
Ecuación de BernoulliEcuación de Bernoulli
La forma mas conocida de la ecuación deLa forma mas conocida de la ecuación de
bernoulli ( Fig.2), para un fluido perfecto, esbernoulli ( Fig.2), para un fluido perfecto, es
aquella en la que la energía total se expresaaquella en la que la energía total se expresa
por unidad de peso (m- Kg / Kg ):por unidad de peso (m- Kg / Kg ):
E = Z + (E = Z + ( P /P / γγ ) +) + αα ( V2 / 2g ) = Cte.( V2 / 2g ) = Cte.
oo
E = Z +E = Z + Y +Y + αα (V2 / 2g ) = Cte.(V2 / 2g ) = Cte.
41. La ecuación de la energía por unidad de peso, para unLa ecuación de la energía por unidad de peso, para un
fluido real, para el tramo 1 y 2 se representa como:fluido real, para el tramo 1 y 2 se representa como:
Z1+ y1+Z1+ y1+ αα ( V1 2 / 2g ) = Z2+ y2+( V1 2 / 2g ) = Z2+ y2+ αα ( V2 2 / 2g ) + hf 1 – 2( V2 2 / 2g ) + hf 1 – 2
E1 = E2 + h f 1 - 2E1 = E2 + h f 1 - 2
Donde:Donde:
E =E = energía total en la sección.energía total en la sección.
Z =Z = energía de posición.energía de posición.
Y =Y = tirante de la sección.tirante de la sección.
V =V = velocidad media que lleva el flujo en la sección.velocidad media que lleva el flujo en la sección.
α = coeficiente de coriolis.= coeficiente de coriolis.
α αα (( v 2 / 2gv 2 / 2g ) = carga de velocidad.) = carga de velocidad.
h f 1 – 2 = disipación de energía en el tramo 1 – 2.h f 1 – 2 = disipación de energía en el tramo 1 – 2.
43. Formula de chezyFormula de chezy
V =V = C ( RS ) 1/2C ( RS ) 1/2
Donde:Donde:
V =V = velocidad media del canalvelocidad media del canal
C =C = coeficiente de chezy, depende de las característicascoeficiente de chezy, depende de las características
del escurrimiento y de la naturaleza de las paredesdel escurrimiento y de la naturaleza de las paredes
R =R = radio hidráulico, mradio hidráulico, m
S =S = pendiente de las línea de energía, para el flujopendiente de las línea de energía, para el flujo
uniforme, m / muniforme, m / m
44. Por muchos años diferentes investigadores, encaminaron susPor muchos años diferentes investigadores, encaminaron sus
esfuerzos a evaluar el coeficienteesfuerzos a evaluar el coeficiente CC de chezy, de acuerdo ade chezy, de acuerdo a
distintas formulas, de las cuales actualmente la mas usadas es ladistintas formulas, de las cuales actualmente la mas usadas es la
formula de manning ( 1889 ), en la cual:formula de manning ( 1889 ), en la cual:
C = ( R1/6 / n ) y :C = ( R1/6 / n ) y :
V = ( R2/3 S1/2 / n )V = ( R2/3 S1/2 / n )
Q = A ( R2/3 S1/2 / n )Q = A ( R2/3 S1/2 / n )
Donde:Donde:
V =V = velocidad media, m / svelocidad media, m / s
R =R = radio hidráulico, mradio hidráulico, m
S =S = pendiente de las línea de energía, para el flujopendiente de las línea de energía, para el flujo
uniforme, m / m ( decimales)uniforme, m / m ( decimales)
Q =Q = caudal, m3 / scaudal, m3 / s
n =n = coeficiente de rugosidadcoeficiente de rugosidad
La ecuación general para el flujo uniforme, en el sistema ingles es:La ecuación general para el flujo uniforme, en el sistema ingles es:
v = 1.486 ( R2/3 S1/2 / n )v = 1.486 ( R2/3 S1/2 / n )
Q = 1.486 A( R2/3 S1/2 / n )Q = 1.486 A( R2/3 S1/2 / n )
46. A nivel de parcela lo mas generalizado esA nivel de parcela lo mas generalizado es
encontrar canales de tierra de secciónencontrar canales de tierra de sección
trapezoidal , por lo cualtrapezoidal , por lo cual
las recomendaciones que selas recomendaciones que se
proporcionan estarán mas a estos tipos deproporcionan estarán mas a estos tipos de
canales.canales.
El diseño implica en darle valor numérico aEl diseño implica en darle valor numérico a
las siguientes especificaciones técnicas:las siguientes especificaciones técnicas:
47. Donde:
Q = caudal en, m3 / s
V = velocidad media del agua, en m / s
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.
49. El caudal se calcula utilizando al formula deEl caudal se calcula utilizando al formula de
manning:manning:
Q = A ( R2/3 S1/2 / n )Q = A ( R2/3 S1/2 / n )
Donde:Donde:
V =V = velocidad media, m / svelocidad media, m / s
R = radio hidráulico, mR = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía, para elS = pendiente de las línea de energía, para el
flujo uniforme, m / m ( decimales)flujo uniforme, m / m ( decimales)
Q = caudal, m3 / sQ = caudal, m3 / s
n = coeficiente de rugosidadn = coeficiente de rugosidad
50. Para el diseño de un canal a nivel parcelario, el cual tiene que ser unPara 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 riegodato 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( 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.resulte de las perdidas por infiltración durante la conducción.
En el caso de que el canal sirva para evacuar las aguas pluviales, el caudalEn el caso de que el canal sirva para evacuar las aguas pluviales, el caudal
de diseño se calcula tomando en cuenta las consideraciones hidrológicas.de diseño se calcula tomando en cuenta las consideraciones hidrológicas.
En el caso de que el canal sirva como fines hidroelelectricos, el caudalEn 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 caídade diseño se encuentra en función de la potencia a generar y la caída
topográfica.topográfica.
En el caso en el canal sirva como uso poblacional, el caudal de diseñoEn el caso en el canal sirva como uso poblacional, el caudal de diseño
se calcula en función de la población a servir.se calcula en función de la población a servir.
En cualquiera de los casos, por lo general, lo que se busca esEn cualquiera de los casos, por lo general, lo que se busca es
encontrar las dimensiones del canal, para conducir el caudalencontrar las dimensiones del canal, para conducir el caudal
determinado, de acuerdo con las necesidades de uso del proyecto, seadeterminado, de acuerdo con las necesidades de uso del proyecto, sea
para riego, drenaje, hidroeléctrico o uso poblacional.para riego, drenaje, hidroeléctrico o uso poblacional.
52. La velocidad media se puede determinar por medioLa velocidad media se puede determinar por medio
de la formula de manning.de la formula de manning.
V = ( R2/3 S1/2 / n )V = ( R2/3 S1/2 / n )
Donde :Donde :
V =V = velocidad media, m / svelocidad media, m / s
R = radio hidráulico, mR = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía,S = pendiente de las línea de energía,
para el flujo Uniforme, m / mpara el flujo Uniforme, m / m
n = coeficiente de rugosidadn = coeficiente de rugosidad
53. La velocidad en los canales, varían en un rango cuyoLa velocidad en los canales, varían en un rango cuyo
limite son las velocidades mínima que nolimite son las velocidades mínima que no
produzca deposito de materiales sólidos enproduzca deposito de materiales sólidos en
suspensión (sedimentación ) , y la máxima que nosuspensión (sedimentación ) , y la máxima que no
produzca erosión en las paredes y el fondo delproduzca erosión en las paredes y el fondo del
canal. Las velocidades mayores que los valorescanal. Las velocidades mayores que los valores
máximos permisible modifican las rasantes y creanmáximos permisible modifican las rasantes y crean
dificultades al funcionamiento de las estructuras quedificultades al funcionamiento de las estructuras que
tenga el canal . A la inversa, los problemas detenga el canal . A la inversa, los problemas de
sedimentación ocasionado por las bajas velocidadessedimentación ocasionado por las bajas velocidades
demandan mayores gastos de conservación, por quedemandan mayores gastos de conservación, por que
se embarcan y disminuye su capacidad de conducción.se embarcan y disminuye su capacidad de conducción.
Se han encontrado muchos resultados experimentalesSe han encontrado muchos resultados experimentales
sobre estos limites, para canales alojados en tierra, ensobre estos limites, para canales alojados en tierra, en
general están comprendido entre 0.30 y 0.90 m / s.general están comprendido entre 0.30 y 0.90 m / s.
54. La tabla que se muestra, proporciona el rango de velocidadesLa tabla que se muestra, proporciona el rango de velocidades
máximas recomendable, en función de las características delmáximas recomendable, en función de las características del
material en el cual están alojados.material en el cual están alojados.
Características de los suelosCaracterísticas de los suelos Velocidad máximas ( m / s)Velocidad máximas ( m / s)
Canales en tierra francaCanales en tierra franca
Canales en tierra arcillosaCanales en tierra arcillosa
Canales revestidos con piedra yCanales revestidos con piedra y
mezcla simplemezcla simple
Canales con mampostería deCanales con mampostería de
piedra y concretopiedra y concreto
Canales revestidos con concretoCanales revestidos con concreto
CANALES EN ROCACANALES EN ROCA
pizarrapizarra
Areniscas consolidadasAreniscas consolidadas
RocasRocas durasduras,, granito, etc.granito, etc.
0.600.60
0.900.90
1.001.00
2.002.00
3.003.00
1.251.25
1.501.50
3 a 53 a 5
56. La pendiente, en general, debe ser laLa pendiente, en general, debe ser la
mínima que permita dominar lamínima que permita dominar la
mayor superficie posible de tierra ymayor superficie posible de tierra y
que, a la vez , de valores para laque, a la vez , de valores para la
velocidad , que no causen erosión delvelocidad , que no causen erosión del
material en que esta alojado elmaterial en que esta alojado el
canal, ni depósito de azolve.canal, ni depósito de azolve.
La pendiente máxima admisible paraLa pendiente máxima admisible para
canales varia según la textura, en la tablacanales varia según la textura, en la tabla
siguiente se muestran las pendientessiguiente se muestran las pendientes
máximas recomendable en función delmáximas recomendable en función del
tipo de suelo.tipo de suelo.
57. Tipo de suelosTipo de suelos Pendiente S (0/00)Pendiente S (0/00)
Suelo sueltoSuelo suelto
Suelo francosSuelo francos
Suelo arcillosoSuelo arcilloso
0.5 - 1.00.5 - 1.0
1.5 – 2.51.5 – 2.5
3.0 – 4.53.0 – 4.5
Nota: durante el diseño no necesariamente se debe tomar
estos valores máximos.
59. Los taludes se designan, como la reacción de laLos taludes se designan, como la reacción de la
proyección a la vertical, de la inclinación de lasproyección a la vertical, de la inclinación de las
paredes laterales.paredes laterales.
La inclinación de las paredes laterales, depende enLa inclinación de las paredes laterales, depende en
cada caso particular de varios factores, pero muycada caso particular de varios factores, pero muy
particularmente en la clase de terrenos en dondeparticularmente en la clase de terrenos en donde
están alojados.están alojados.
Mientras mas inestable sea el material, menorMientras mas inestable sea el material, menor
será el ángulo de inclinación de los taludes.será el ángulo de inclinación de los taludes.
La siguiente tabla muestra los valores de losLa siguiente tabla muestra los valores de los
taludes recomendados para distintostaludes recomendados para distintos
materiales.materiales.
62. En forma practica , los valoresEn forma practica , los valores
del coeficiente de rugosidad que se usandel coeficiente de rugosidad que se usan
para el diseño de canales alojados enpara el diseño de canales alojados en
tierra están comprendido entre 0.025 ytierra están comprendido entre 0.025 y
0.030 y para canales revestidos de0.030 y para canales revestidos de
concreto entre 0.013 y 0.015 .concreto entre 0.013 y 0.015 .
Para una mejor selección de n, según elPara una mejor selección de n, según el
tipo de rugosidad, se pueden obtener lostipo de rugosidad, se pueden obtener los
valores de rugosidad que se presentevalores de rugosidad que se presente
en tablas y manuales de hidráulica.en tablas y manuales de hidráulica.
64. Resulta muy útil para cálculos posteriores,Resulta muy útil para cálculos posteriores,
fijar de antemano un valorfijar de antemano un valor para el anchopara el ancho
de solera , plantilla o base, con lade solera , plantilla o base, con la
cual, teniendo fijo el valor del talud ycual, teniendo fijo el valor del talud y
ancho de solera, se puede manejar conancho de solera, se puede manejar con
facilidad la formula para calcular el tirante.facilidad la formula para calcular el tirante.
Una recomendación practica de fijar elUna recomendación practica de fijar el
ancho de solera, es en función del caudal,ancho de solera, es en función del caudal,
la cual se muestra en la siguiente tablala cual se muestra en la siguiente tabla
65. Caudal Q ( mCaudal Q ( m33
/ s)/ s) Solera b ( m )Solera b ( m )
Menor de 0.100Menor de 0.100
Entre 0.100 y 1.200Entre 0.100 y 1.200
Entre 2.00 y 4.00Entre 2.00 y 4.00
mayor de 4.00mayor de 4.00
0.300.30
0.500.50
0.750.75
1.001.00
Nota:Nota: Para canales pequeños, el ancho de solera,Para canales pequeños, el ancho de solera,
estará en función del ancho de la pala de la maquinariaestará en función del ancho de la pala de la maquinaria
disponible para la construccióndisponible para la construcción
67. Es recomendable que quede en corte o siempreEs recomendable que quede en corte o siempre
en excavación, aunque puede aceptarse queen excavación, aunque puede aceptarse que
parte de el quede en la la plataforma de relleno.parte de el quede en la la plataforma de relleno.
Para canales en media ladera se buscara que elPara canales en media ladera se buscara que el
tirante sea el máximo posible, a fin que el anchotirante sea el máximo posible, a fin que el ancho
del canal disminuya y el movimiento de tierrasdel canal disminuya y el movimiento de tierras
sea menor. Sin embargo en suelos rocosos porsea menor. Sin embargo en suelos rocosos por
consideración constructiva podría seleccionarseconsideración constructiva podría seleccionarse
tirantes pequeños y utilizar la plataforma detirantes pequeños y utilizar la plataforma de
excavación para el camino de mantenimiento.excavación para el camino de mantenimiento.
En terrenos planos y canales sin revestir seEn terrenos planos y canales sin revestir se
preferirá tirantes pequeños a fin de reducir lospreferirá tirantes pequeños a fin de reducir los
68. Una regla empírica generalmente usada en losUna regla empírica generalmente usada en los
Estados Unidos, establece el valor máximo de laEstados Unidos, establece el valor máximo de la
profundidad de los canales en tierra según laprofundidad de los canales en tierra según la
siguiente relación: (Q > 3 m3/s)siguiente relación: (Q > 3 m3/s)
Y = ( A ) ½ / 2Y = ( A ) ½ / 2
Y para Q < 3 m3/s:Y para Q < 3 m3/s:
Y = ( A ) ½ /3Y = ( A ) ½ /3
Donde:Donde:
Y =Y = Tirante hidráulico, en m.Tirante hidráulico, en m.
A = Área de la sección transversal, en m2A = Área de la sección transversal, en m2
otros autores establecen :otros autores establecen :
y =y =b / 3b / 3
Donde:Donde:
b = ancho de solera o base, en mb = ancho de solera o base, en m
70. Sección de máxima eficiencia hidráulica:Sección de máxima eficiencia hidráulica:
b / y = 2 tg (b / y = 2 tg ( θθ / 2 )/ 2 )
oo
b / y = 2 ((1 + Z2 )1/2 –Z)b / y = 2 ((1 + Z2 )1/2 –Z)
Sección de mínima infiltración:Sección de mínima infiltración:
b / y = 4 tg (b / y = 4 tg ( θθ / 2 )/ 2 )
oo
b / y = 4 ((1 + Z2 )1/2 –Z )b / y = 4 ((1 + Z2 )1/2 –Z )
Valor medio de las dos anteriores:Valor medio de las dos anteriores:
b / y = 3 tg (b / y = 3 tg ( θθ / 2 ) , o/ 2 ) , o
b / y = 3 ((1 + Z2 )1/2 –Z)b / y = 3 ((1 + Z2 )1/2 –Z)
72. Para el caso de una sección trapezoidal,Para el caso de una sección trapezoidal,
una vez calculado el ancho de la solera,una vez calculado el ancho de la solera,
talud y el tirante, se obtiene usando latalud y el tirante, se obtiene usando la
relación geométrica:relación geométrica:
A = ( b + ZA = ( b + Zyy)) yy
También se puede usar la ecuación de laTambién se puede usar la ecuación de la
continuidad, si se conoce el caudal y lacontinuidad, si se conoce el caudal y la
velocidad mediante la siguiente ecuación:velocidad mediante la siguiente ecuación:
A = Q /A = Q / vv
74. En la determinación de la sección transversal deEn la determinación de la sección transversal de
los canales, resulta necesario, dejar ciertolos canales, resulta necesario, dejar cierto
desnivel entre la superficie libre del agua y ladesnivel entre la superficie libre del agua y la
corona de los bordes (B.L o fb) como margen decorona de los bordes (B.L o fb) como margen de
seguridad, a fin de absorber los nivelesseguridad, a fin de absorber los niveles
extraordinarios que puedan presentarse por sobreextraordinarios que puedan presentarse por sobre
el caudal de diseño del canal.el caudal de diseño del canal.
B.L = H -B.L = H - yy
Una practica corriente para canales en tierra, esUna practica corriente para canales en tierra, es
dejar un bordo libre o resguardo igual a un terciodejar un bordo libre o resguardo igual a un tercio
del tirante, es decir:del tirante, es decir:
B.L =B.L = y / 3y / 3
Mientras para canales revestidos, el borde libreMientras para canales revestidos, el borde libre
puede ser la quinta parte del tirante:puede ser la quinta parte del tirante:
B.L =B.L = y / 5y / 5
75. Existen también otros criterios paraExisten también otros criterios para
seleccionar el valor del borde libre:seleccionar el valor del borde libre:
En relación al caudal se tiene:En relación al caudal se tiene:
Caudal ( mCaudal ( m33
/ s)/ s) Borde libreBorde libre
Menores que 0.50Menores que 0.50
Mayores que 0.50Mayores que 0.50
0.300.30
0.400.40
En relación al ancho de solera se tiene:
Ancho de solera ( m )Ancho de solera ( m ) Borde libre ( m )Borde libre ( m )
Hasta 0.80Hasta 0.80
De 0.80 a 1.50De 0.80 a 1.50
De 1.50 a 3.00De 1.50 a 3.00
De 3.00 a 20.00De 3.00 a 20.00
0.400.40
0.500.50
0.600.60
1.001.00
76. En función al caudal, la secretaríaEn función al caudal, la secretaría
de recursos hidráulicos de Méxicode recursos hidráulicos de México
recomiendarecomienda
CaudalCaudal
( m( m33
/ s )/ s )
Canal revestidoCanal revestido
( cm. )( cm. )
Canal sin revestirCanal sin revestir
( cm.)( cm.)
≤≤ 0.050.05
0.05 – 0.250.05 – 0.25
0.25 – 0.500.25 – 0.50
0.50 – 1.000.50 – 1.00
>> 11
7.57.5
1010
2020
250250
3030
1010
2020
4040
5050
6060
78. La profundidad total del canal seLa profundidad total del canal se
encuentra una vez conocida el tirante deencuentra una vez conocida el tirante de
agua y el borde libre, es deciragua y el borde libre, es decir
H =H = y +y + B. LB. L
Por lo general, para el proceso dePor lo general, para el proceso de
construcción, este valor se redondea.construcción, este valor se redondea.
80. El ancho de corona , de los bordos de los canales en suEl ancho de corona , de los bordos de los canales en su
parte superior, depende esencialmente del servicio queparte superior, depende esencialmente del servicio que
estos habrán de prestar.estos habrán de prestar.
En canales grandes se hacen suficientementeEn canales grandes se hacen suficientemente
anchos, 6.50 m como mínimo, para permitir elanchos, 6.50 m como mínimo, para permitir el
transito de vehículos y equipos detransito de vehículos y equipos de
conservación, a fin de facilitar los trabajos deconservación, a fin de facilitar los trabajos de
inspección y distribución de agua.inspección y distribución de agua.
En canales mas pequeños, el ancho superior de laEn canales mas pequeños, el ancho superior de la
corona puede diseñarse aproximadamente igual alcorona puede diseñarse aproximadamente igual al
tirante del canal. En función del caudal, se puedetirante del canal. En función del caudal, se puede
considerar un ancho de corona de 0.60 m. paraconsiderar un ancho de corona de 0.60 m. para
caudales menores de 0.50 m3 / s y 1.00 m paracaudales menores de 0.50 m3 / s y 1.00 m para
caudales mayores.caudales mayores.
82. Radios mínimos enRadios mínimos en
canalescanales
En el diseño de canales, el cambio brusco deEn el diseño de canales, el cambio brusco de
dirección sedirección se
sustituye por una curva cuyo radio no debe sersustituye por una curva cuyo radio no debe ser
muy grande, y debe escogerse un radiomuy grande, y debe escogerse un radio
mínimo, dado que al trazar curvas conmínimo, dado que al trazar curvas con
radios mayores al mínimo no significaradios mayores al mínimo no significa
ningún ahorro de energía, es decir la curvaningún ahorro de energía, es decir la curva
no será hidráulicamente más eficiente, enno será hidráulicamente más eficiente, en
cambio sí será más costoso al darle unacambio sí será más costoso al darle una
mayor longitud o mayor desarrollo.mayor longitud o mayor desarrollo.
83. Las siguientes tablas indican radios mínimos según lasLas siguientes tablas indican radios mínimos según las
normas del ILRI:normas del ILRI:
Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/sRadio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s
Capacidad del canalCapacidad del canal Radio mínimoRadio mínimo
Hasta 10 m3/sHasta 10 m3/s 3 * ancho de la base3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/sDe 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/sDe 14 a 17 m3/s 5 * ancho de la base5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/sDe 17 a 20 m3/s 6 * ancho de la base6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayorDe 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base7 * ancho de la base
Los radios mínimos deben ser redondeados hasta elLos radios mínimos deben ser redondeados hasta el
próximo metro superior.próximo metro superior.
Fuente: “International Institute For Land Reclamation And Improvement”
ILRI, Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The
Netherlands 1978.
84. Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de aguaRadio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua
CANALES DE RIEGOCANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJECANALES DE DRENAJE
TipoTipo RadioRadio TipoTipo RadioRadio
Sub – canalSub – canal 4T4T Colector principalColector principal 5T5T
LateralLateral 3T3T ColectorColector 5T5T
Sub – lateralSub – lateral 3T3T Sub – colectorSub – colector 5T5T
Siendo T el ancho superior del espejo de aguaSiendo 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.
85. Radio mínimo en canales abiertosRadio mínimo en canales abiertos
para Q < 20 m3/spara Q < 20 m3/s
Capacidad del canalCapacidad del canal Radio mínimoRadio mínimo
20 m20 m33
/s/s 100 m100 m
15 m15 m33
/s/s 80 m80 m
10 m10 m33
/s/s 60 m60 m
5 m5 m33
/s/s 20 m20 m
1 m1 m33
/s/s 10 m10 m
0,5 m0,5 m33
/s/s 5 m5 m
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.
87. A = Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m.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 PCC = Cuerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde PC
hasta PT.hasta PT.
ß = Angulo de deflexión, formado en el PI.ß = Angulo de deflexión, formado en el PI.
E = Externa, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.E = Externa, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.
F = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del puntoF = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto
medio de la curva a la cuerda larga.medio de la curva a la cuerda larga.
G = Grado, es el ángulo central.G = Grado, es el ángulo central.
LC = Longitud de curva que une PC con PT.LC = Longitud de curva que une PC con PT.
PC = Principio de una curva.PC = Principio de una curva.
PI = Punto de inflexión.PI = Punto de inflexión.
PT = Punto de tangente.PT = Punto de tangente.
PSC = Punto sobre curva.PSC = Punto sobre curva.
PST = Punto sobre tangente.PST = Punto sobre tangente.
R = Radio de la curva.R = Radio de la curva.
ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.
88. Sección Hidráulica Optima :Sección Hidráulica Optima :
Determinación de Máxima EficienciaDeterminación de Máxima Eficiencia
Hidráulica:Hidráulica: Se dice que un canal es deSe dice que un canal es de
máxima eficiencia hidráulica cuando para lamáxima eficiencia hidráulica cuando para la
misma área y pendiente conduce elmisma área y pendiente conduce el
mayor caudal, ésta condición está referidamayor caudal, ésta condición está referida
a un perímetro húmedo mínimo, laa un perímetro húmedo mínimo, la
ecuación que determina la sección deecuación que determina la sección de
máxima eficiencia hidráulica es:máxima eficiencia hidráulica es:
=
2
*2
θ
tg
y
b
89. Determinación de Mínima Infiltración:Determinación de Mínima Infiltración:
Se aplica cuando se quiereSe aplica cuando se quiere
obtener la menor pérdida posible deobtener la menor pérdida posible de
agua por infiltración en canales deagua por infiltración en canales de
tierra, esta condición depende del tipotierra, esta condición depende del tipo
de suelo y del tirante del canal,de suelo y del tirante del canal,
la ecuación que determina lala ecuación que determina la
mínima infiltración es:mínima infiltración es:
La siguiente tabla presenta estas condiciones, además
del promedio el cual se recomienda.
=
2
*4
θ
tg
y
b
91. De todas las secciones trapezoidales, la másDe todas las secciones trapezoidales, la más
eficiente es aquella donde el ángulo a que forma eleficiente es aquella donde el ángulo a que forma el
talud con la horizontal es 60°, además paratalud con la horizontal es 60°, además para
cualquier sección de máxima eficiencia debecualquier sección de máxima eficiencia debe
cumplirse:cumplirse:
R = y/2R = y/2
Donde:Donde:
R = Radio hidráulicoR = Radio hidráulico
y = Tirante del canaly = Tirante del canal
No siempre se puede diseñar de acuerdo a lasNo siempre se puede diseñar de acuerdo a las
condiciones mencionadas, al final se imponencondiciones mencionadas, al final se imponen
una serie de circunstancias locales que imponen ununa serie de circunstancias locales que imponen un
diseño propio para cada situación.diseño propio para cada situación.
92. Diseño de secciones hidráulicasDiseño de secciones hidráulicas
Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipoSe debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo
de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad,de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad,
velocidad máxima y mínima permitida, pendiente delvelocidad máxima y mínima permitida, pendiente del
canal, taludes, etc.canal, taludes, etc.
La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y suLa ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su
expresión es:expresión es:
Donde:
Q = Caudal (m3/s)
n = Rugosidad
A = Área (m2)
R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda /
Perímetro Húmedo
2/12/31
SAR
n
Q =
94. Se tienen diferentes factores queSe tienen diferentes factores que
se consideran en el diseño de canales, aunquese consideran en el diseño de canales, aunque
el diseño final se hará considerandoel diseño final se hará considerando
las diferentes posibilidades y el resultadolas diferentes posibilidades y el resultado
será siempre una solución de compromiso,será siempre una solución de compromiso,
porque nunca se podrán eliminar todos losporque nunca se podrán eliminar todos los
riesgos y desventajas , únicamente seriesgos y desventajas , únicamente se
asegurarán que la influencia negativa sea laasegurarán que la influencia negativa sea la
mayor posible y que la solución técnicamayor posible y que la solución técnica
propuesta no sea inconveniente debido apropuesta no sea inconveniente debido a
los altos costos.los altos costos.
95. 1.- RUGOSIDAD1.- RUGOSIDAD
Esta depende del cauce y el talud, dado a lasEsta depende del cauce y el talud, dado a las
paredes laterales del mismo, vegetación,paredes laterales del mismo, vegetación,
irregularidad y trazado del canal, radio hidráulicoirregularidad y trazado del canal, radio hidráulico
y obstrucciones en el canal, generalmente cuandoy obstrucciones en el canal, generalmente cuando
se diseña canales en tierra se supone quese diseña canales en tierra se supone que
el canal está recientemente abierto, limpio yel canal está recientemente abierto, limpio y
con un trazado uniforme, sin embargo el valorcon un trazado uniforme, sin embargo el valor
de rugosidad inicialmente asumido difícilmentede rugosidad inicialmente asumido difícilmente
se conservará con el tiempo, lo que quiere decirse conservará con el tiempo, lo que quiere decir
que en la práctica constantemente se hará frente aque en la práctica constantemente se hará frente a
un continuo cambio de la rugosidad. La siguienteun continuo cambio de la rugosidad. La siguiente
tabla nos da valores de “n” estimados, estostabla nos da valores de “n” estimados, estos
valores pueden ser refutados con investigaciones yvalores pueden ser refutados con investigaciones y
manuales, sin embargo no dejan de ser unamanuales, sin embargo no dejan de ser una
referencia para el diseño:
96. Valores de rugosidad “n” deValores de rugosidad “n” de
ManningManning
nn SuperficieSuperficie
0.0100.010 Muy lisa, vidrio, plástico, cobre.Muy lisa, vidrio, plástico, cobre.
0.0110.011 Concreto muy liso.Concreto muy liso.
0.0130.013 Madera suave, metal, concreto frotachado.Madera suave, metal, concreto frotachado.
0.0170.017 Canales de tierra en buenas condiciones.Canales de tierra en buenas condiciones.
0.0200.020 Canales naturales de tierra, libres de vegetación.Canales naturales de tierra, libres de vegetación.
0.0250.025 Canales naturales con alguna vegetación y piedrasCanales naturales con alguna vegetación y piedras
esparcidas en el fondo.esparcidas en el fondo.
0.0350.035 Canales naturales con abundante vegetación.Canales naturales con abundante vegetación.
0.0400.040 Arroyos de montaña con muchas piedras.Arroyos de montaña con muchas piedras.
97. 2.-2.- Talud apropiado según elTalud apropiado según el
tipo de materialtipo de material
La inclinación de las paredes lateralesLa inclinación de las paredes laterales
de un canal, depende de varios factoresde un canal, depende de varios factores
pero en especial de la clase de terrenopero en especial de la clase de terreno
donde están alojados, la U.S.donde están alojados, la U.S.
BUREAU OF RECLAMATIONBUREAU OF RECLAMATION
recomienda un talud único de 1,5:1recomienda un talud único de 1,5:1
para sus canales , a continuación separa sus canales , a continuación se
presenta un cuadro de taludespresenta un cuadro de taludes
apropiados para distintos tipos deapropiados para distintos tipos de
material:material:
98. Taludes apropiados paraTaludes apropiados para
distintos tipos de materialdistintos tipos de material
MATERIALMATERIAL TALUDTALUD
(horizontal : vertical)(horizontal : vertical)
RocaRoca Prácticamente verticalPrácticamente vertical
Suelos de turba y detritosSuelos de turba y detritos 0.25 : 10.25 : 1
Arcilla compacta o tierra con recubrimiento deArcilla compacta o tierra con recubrimiento de
concretoconcreto
0.5 : 1 hasta 1:10.5 : 1 hasta 1:1
Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandesTierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes
canalescanales
1:11:1
Arcilla firma o tierra en canales pequeñosArcilla firma o tierra en canales pequeños 1.5 : 11.5 : 1
Tierra arenosa sueltaTierra arenosa suelta 2:12:1
Greda arenosa o arcilla porosaGreda arenosa o arcilla porosa 3:13:1
Fuente: Aguirre Pe, Julián, “Hidráulica de canales”, centro Interamericano de
Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974
99. Pendientes laterales enPendientes laterales en
canales según tipo de suelocanales según tipo de suelo
MATERIALMATERIAL CANALES POCOCANALES POCO
PROFUNDOSPROFUNDOS
CANALESCANALES
PROFUNDOSPROFUNDOS
Roca en buenas condicionesRoca en buenas condiciones VerticalVertical
0.25 : 10.25 : 1
Arcillas compactas oArcillas compactas o
conglomeradosconglomerados
0.5 : 10.5 : 1 1 : 11 : 1
Limos arcillososLimos arcillosos 1 : 11 : 1 1.5 : 11.5 : 1
Limos arenososLimos arenosos 1.5 : 11.5 : 1 2 : 12 : 1
Arenas sueltasArenas sueltas 2 : 12 : 1 3 : 13 : 1
ConcretoConcreto 1 : 11 : 1 1.5 : 11.5 : 1
Fuente: Aguirre Pe, Julián, “Hidráulica de canales”, Dentro Interamericano de
Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974
100. 3.-3.- Velocidades máxima yVelocidades máxima y
mínima permisiblemínima permisible
La velocidad mínima permisible es aquellaLa velocidad mínima permisible es aquella
velocidad que no permite sedimentación, este valorvelocidad que no permite sedimentación, este valor
es muy variable y no puede ser determinado cones muy variable y no puede ser determinado con
exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valorexactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor
carece de importancia, pero la baja velocidadcarece de importancia, pero la baja velocidad
favorece el crecimiento de las plantas, en canalesfavorece el crecimiento de las plantas, en canales
de tierra, da el valor de 0.762 m / seg. Como lade tierra, da el valor de 0.762 m / seg. Como la
velocidad apropiada que no permite sedimentaciónvelocidad apropiada que no permite sedimentación
y además impide el crecimiento de plantas en ely además impide el crecimiento de plantas en el
canal.canal.
La velocidad máxima permisible, algo bastanteLa velocidad máxima permisible, algo bastante
complejo y generalmente se estima empleando lacomplejo y generalmente se estima empleando la
experiencia local o el juicio del ingeniero; lasexperiencia local o el juicio del ingeniero; las
siguientes tablas nos dan valores sugeridos.siguientes tablas nos dan valores sugeridos.
101. Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetaciónMáxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación
MATERIAL DE LA CAJAMATERIAL DE LA CAJA
DEL CANALDEL CANAL
““n”n”
ManningManning
Velocidad (m/s)Velocidad (m/s)
AguaAgua
limpialimpia
Agua con partículasAgua con partículas
coloidalescoloidales
Agua transportando arena,Agua transportando arena,
grava o fragmentosgrava o fragmentos
Arena fina coloidalArena fina coloidal 0.0200.020 1.451.45 0.750.75 0.450.45
Franco arenoso no coloidalFranco arenoso no coloidal 0.0200.020 0.530.53 0.750.75 0.600.60
Franco limoso no coloidalFranco limoso no coloidal 0.0200.020 0.600.60 0.900.90 0.600.60
Limos aluviales noLimos aluviales no
coloidalescoloidales
0.0200.020 0.600.60 1.051.05 0.600.60
Franco consistente normalFranco consistente normal 0.0200.020 0.750.75 1.051.05 0.680.68
Ceniza volcánicaCeniza volcánica 0.0200.020 0.750.75 1.051.05 0.600.60
Arcilla consistente muyArcilla consistente muy
coloidalcoloidal
0.0250.025 1.131.13 1.501.50 0.900.90
Limo aluvial coloidalLimo aluvial coloidal 0.0250.025 1.131.13 1.501.50 0.900.90
Pizarra y capas durasPizarra y capas duras 0.0250.025 1.801.80 1.801.80 1.501.50
Grava finaGrava fina 0.0200.020 0.750.75 1.501.50 1.131.13
Suelo franco clasificado noSuelo franco clasificado no
coloidalcoloidal
0.0300.030 1.131.13 1.501.50 0.900.90
Suelo franco clasificadoSuelo franco clasificado
coloidalcoloidal
0.0300.030 1.201.20 1.651.65 1.501.50
Grava gruesa no coloidalGrava gruesa no coloidal 0.0250.025 1.201.20 1.801.80 1.951.95
Gravas y guijarrosGravas y guijarros 0.0350.035 1.801.80 1.801.80 1.501.50
Fuente: Krochin Sviatoslav. ”Diseño Hidráulico”, Ed. MIR, Moscú, 1978
102. Para velocidades máximas, en general, los canales viejosPara velocidades máximas, en general, los canales viejos
soportan mayores velocidades que los nuevos; además unsoportan mayores velocidades que los nuevos; además un
canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sincanal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sin
erosión, que otros menos profundos.erosión, que otros menos profundos.
Velocidades máximas en hormigón en función de suVelocidades máximas en hormigón en función de su
resistenciaresistencia::
RESISTENCIA,RESISTENCIA,
en kg/cm2en kg/cm2
PROFUNDIDAD DEL TIRANTE ENPROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN
METROSMETROS
0.50.5 11 33 55 1010
5050 9.69.6 10.610.6 12.312.3 13.013.0 14.114.1
7575 11.211.2 12.412.4 14.314.3 15.215.2 16.416.4
100100 12.712.7 13.813.8 16.016.0 17.017.0 18.318.3
150150 14.014.0 15.615.6 18.018.0 19.119.1 20.620.6
200200 15.615.6 17.317.3 20.020.0 21.221.2 22.922.9
Fuente: Krochin Sviatoslav. ”Diseño Hidráulico”, Ed. MIR, Moscú, 1978
103. 4.-4.- Borde libreBorde libre
Es el espacio entre la cota de la corona y la superficieEs el espacio entre la cota de la corona y la superficie
del agua, no existe ninguna regla fija que se puedadel agua, no existe ninguna regla fija que se pueda
aceptar universalmente para el calculo del borde libre,aceptar universalmente para el calculo del borde libre,
debido a que las fluctuaciones de la superficie del aguadebido a que las fluctuaciones de la superficie del agua
en un canal, se puede originar por causas incontrolables.en un canal, se puede originar por causas incontrolables.
La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomiendaLa U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda
estimar el borde libre con la siguiente formula:estimar el borde libre con la siguiente formula:
CYBordeLibre =
Donde: (Borde libre: en pies.)
C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta 2.5 para
caudales del orden de los 3000 pies3/seg.
Y = Tirante del canal en pies.
La secretaría de Recursos Hidráulicos de México, recomienda
los siguientes valores en función del caudal:
104. Borde libre en función del caudalBorde libre en función del caudal
Caudal m3/seg.Caudal m3/seg. RevestidoRevestido
(cm.)(cm.)
Sin revestirSin revestir
(cm.)(cm.)
≤≤ 0.050.05 7.57.5 10.010.0
0.05 – 0.250.05 – 0.25 10.0010.00 20.020.0
0.25 – 0.500.25 – 0.50 20.020.0 40.040.0
0.50 – 1.000.50 – 1.00 25.025.0 50.050.0
>> 1.001.00 30.030.0 60.060.0
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7
“Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978
105. Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función deMáximo Villón Béjar, sugiere valores en función de
la plantilla del canal.la plantilla del canal.
Borde libre en función de la plantilla del canal:Borde libre en función de la plantilla del canal:
Ancho de la plantilla (m)Ancho de la plantilla (m) Borde libre (m)Borde libre (m)
Hasta 0.8Hasta 0.8 0.40.4
0.8 – 1.50.8 – 1.5 0.50.5
1.5 – 3.01.5 – 3.0 0.60.6
3.0 – 20.03.0 – 20.0 1.01.0
Fuente: Villón Béjar, Máximo; “Hidráulica de canales”, Depto. De Ingeniería Agrícola –
Instituto Tecnológico de Costa Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981
