canales

1. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL
DE INGENIERÍA CIVIL
“ DISEÑO DE CANALES”
ING. HUGO AMADO ROJAS RUBIO

2. INTRODUCCION

En un proyecto de irrigación la parte que
comprende el diseño de los canales y
obras de arte, así como el caudal, constituyen
factores importantes en un proyecto de
riego. Este ultimo es un parámetro que se
obtiene sobre la base del tipo de suelo,
cultivo, condiciones climáticas, métodos de
riego, etc., es decir mediante la conjunción
de la relación agua - suelo - planta y la
hidrología.

3. OBJETIVOS



Aplicar la hidráulica y la mecánica de fluidos
para el diseño de los
sistemas de flujo a
superficies libres en canales.
Haciendo el uso de normas, se pretende fijar
los requisitos mínimos de ingeniería para el
diseño y ejecución de las obras
e
instalaciones hidráulicas .
Analizar y discutir críticamente el diseño y
funcionamiento de canales construidos y en
funcionamiento.

4. GENERALIDADES
 Un canal abierto es un conducto en el que
el liquido
fluye
con
una
superficie sometida
a la presión
atmosférica. El flujo se origina por la
pendiente del canal y de la superficie del
liquido. La solución exacta de los
problemas de flujo es
difícil y
depende de datos experimentales
que debe cumplir una amplia gama
de condiciones.

5. ESTRUCTURAS QUE
SE CONSTRUYEN EN
LOS CANALES

6. 1.- CAPTACIONES
 Son
las obras que permiten derivar el
agua desde la
fuente que alimenta
el sistema . Esta fuente puede ser
una corriente natural , un embalse o
el agua subterránea de un acuífero. A
continuación se hace
un
análisis
de las captaciones en corrientes
naturales.

7.  La
captación consta de la bocatoma, el
canal
de
aducción
y
el
tanque sedimentador.
 En
la
figura
siguiente se
muestran esquemáticamente los tipos de
bocatoma más utilizadas.

9. 
Las magnitudes de los caudales que se captan en las
bocatomas son
función
de
los
niveles de
agua que se presentan inmediatamente arriba
de
la estructura de control. Como los niveles
dependen del caudal Q de la corriente natural, y siendo el
caudal variable, entonces las bocatomas no captan un
caudal constante. Durante los estiajes captan caudales
pequeños y durante las crecientes captan excesos que
deben ser devueltos a la corriente lo más pronto
posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el
desarenador.

La sedimentación que se genera en la corriente natural
por causa de la obstrucción que se induce por la presencia
de la estructura de control es un gran inconveniente en la
operación de las bocatomas laterales.

10. 
El canal de aducción conecta la bocatoma con
el desarenador; tiene una transición de
entrada , una curva horizontal y un tramo
recto, paralelo a la corriente natural, hasta el
desarenador. Es un canal de baja pendiente y
régimen tranquilo que se diseña para recibir
los caudales de aguas altas que pueden
entrar por la toma. En la práctica es preferible
que sea de corta longitud y en algunos casos,
cuando las condiciones topográficas de la
zona de captación lo permiten, se elimina el
canal de aducción y el desarenador se incluye
dentro de la estructura de la bocatoma.

11. 2.- COMPUERTAS Y
VERTEDEROS
 Son estructuras
de control hidráulico. Su
función es la de presentar un obstáculo al
libre
flujo del agua , con
el
consiguiente
represamiento
aguas
arriba
de
la
estructura , y el
aumento de la velocidad aguas abajo.

13. 3.- TRANSICIONES



Son estructuras que empalman tramos de canales
que tienen secciones transversales diferentes en
forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección
rectangular con uno de sección
trapezoidal , o un
tramo de
sección rectangular de ancho b1 con otro
rectangular de ancho b2, etc.
Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se
van a empalmar son de baja pendiente, con régimen
subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio
de sección son relativamente pequeñas.
Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente,
en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y
no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que
los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta
circunstancia es recomendable diseñar la transición con
ayuda de un modelo hidráulico.

14. 4.- SIFONES Y
ACUEDUCTOS
 Cuando
en la trayectoria de un canal
se presenta una depresión en el
terreno natural se hace necesario
superar esa depresión con un sifón o
con un puente que se denomina
acueducto.

16.  La decisión que se debe tomar sobre
cual de
las
dos
estructuras usar,
en
un
caso
determinado
depende
de consideraciones
del tipo económico y de seguridad.

17. 5.- TUNELES



Cuando en el trazado de un canal se encuentra una
protuberancia en el terreno, por ejemplo una colina,
se presenta la posibilidad de dar un rodeo para
evitarla, o atravesarla con un túnel.
Antes de construir el túnel es necesario realizar los
diseños
geotécnicos,
estructurales, hidráulicos
y ambientales necesarios para garantizar su
estabilidad y su funcionalidad.
Un túnel que se emplea como canal funciona como
un conducto cerrado, parcialmente lleno. La sección del
canal puede ser revestida o excavada y puede conservar
la forma geométrica del canal original, o adaptarse a la
sección transversal del túnel.

18. 6.- RAMPAS, ESCALONES Y
DISIPADORES DE ENERGÍA


Los canales que se diseñan en tramos de
pendiente fuerte resultan con velocidades de
flujo muy altas que superan muchas veces las
máximas admisibles para los materiales que
se utilizan frecuentemente en su
construcción.
Para controlar las velocidades en tramos de
alta pendiente se pueden utilizar combinaciones
de
rampas y
escalones ,
siguiendo
las variaciones del terreno . Las
rampas son canales cortos de pendiente
fuerte, con
velocidades
altas
y
régimen
supercrítico; los escalones
se forman cuando se colocan caídas al final
de tramos de baja pendiente, en régimen

20. 
Los disipadores de energía son estructuras que se
diseñan para generar pérdidas hidráulicas
importantes en los flujos de alta velocidad. El
objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo
de régimen supercrítico a subcrítico.

Las pérdidas de energía son ocasionadas por
choque contra
una
pantalla
vertical
en
disipadores
de
impacto ,
por
caídas
consecutivas en canales escalonados, o por la
formación de
un
resalto hidráulico en
disipadores de tanque.

21. 7.- ESTRUCTURAS DE
ENTREGA

El tramo final de un canal entrega su
caudal a un tanque, a otro canal o a una
corriente natural. Estas entregas se hacen
siempre por encima del nivel máximo de
aguas de la estructura recolectora.

Las obras son sencillas cuando la entrega se
realiza a un tanque o a un canal porque los
niveles de agua en estos últimos son
controlados.

22. CANALES DE
RIEGO POR SU
FUNCIÓN

23. 


Los canales de riego por sus diferentes funciones
adoptan las siguientes denominaciones:
Canal de primer orden.- Llamado también canal
madre o de derivación
y se le traza siempre con
pendiente mínima, normalmente es usado por un solo
lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.
Canal de segundo orden.Llamados también
laterales, son aquellos que salen del canal madre y el
caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub –
laterales, el área de riego que sirve un lateral se
conoce como unidad de riego.
Canal de tercer orden.- Llamados también sub –
laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que
ingresa a ellos
es repartido hacia las
propiedades,: el área de riego que sirve un sub –
lateral se conoce como unidad parcelaria.

24. ELEMENTOS
BÁSICOS EN EL
DISEÑO DE
CANALES

25. Trazo de canales



Cuando se trata de trazar un canal o un sistema
de canales es necesario recolectar la siguiente
información básica:
Fotografías aéreas : Para localizar
los poblados, caseríos, áreas de cultivo,
vías de comunicación, etc.
Planos topográficos y catastrales.
Estudios geológicos , salinidad , suelos
y demás información que pueda conjugarse en
el trazo de canales.

26. a)
Reconocimiento del terreno:
Se recorre la zona, anotándose todos los
detalles que influyen en la determinación
de
un
eje
probable
de
trazo , determinándose
el
punto
inicial y el punto final.

27. b) Trazo preliminar:
Se procede a levantar la zona con una brigada
topográfica, clavando en el terreno las estacas de
la poligonal
preliminar
y
luego el
levantamiento
con
teodolito,
posteriormente a este
levantamiento se
nivelará la poligonal y se hará
el
levantamiento
de
secciones
transversales, estas secciones se harán de
acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta
distorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 m
, si
el terreno
no
muestra muchas
variaciones y es uniforme la sección es máximo a
cada 20 m.

28. c) Trazo definitivo:


Con
los
datos de (b) se procede al
trazo definitivo , teniendo en cuenta la
escala
del plano , la
cual
depende
básicamente de la topografía de la zona y
de la precisión que se desea:
Terrenos con pendiente transversal mayor
a 25%, se recomienda escala de 1:500.
Terrenos con pendiente transversal menor
a 25%, se recomienda escalas de 1:1000
a 1:2000.

29. PRINCIPIOS
BÁSICOS

30. Elementos de las sección de
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 mas
Frecuentes :

32. Tipo de flujos en canales:


Flujo permanente y no
El parámetro que se
En un flujo permanente,
no varían con el
permanece constante
permanente :
utiliza para su clasificación es el tiempo.
los parámetros hidráulicos ( y, A, v , etc.),
tiempo, es decir : “ La velocidad
en función del tiempo.”
dy / dt = 0 , dv / d t = 0 , dA / d t = 0

( Permanente)
En un flujo no permanente, los parámetros hidráulicos ( y, A,
v , etc.), varían con el tiempo es decir: ”La velocidad es
variable y depende del tiempo”
dy / dt ≠ 0 , dv / d t ≠ 0 , dA / d t ≠ 0 ( No permanente)

33. Flujo uniforme y variado:


E l parámetro que se utiliza para su clasificación es la
longitud.
En un flujo uniforme, los parámetros hidráulicos ( y, A,
v, etc.), no varían de una sección a otra, es decir:
“ La velocidad media permanece constante”
dy / dt = 0 , dv / d t = 0 , dA / d t = 0
( uniforme )

34. En un flujo variado, los parámetros hidráulicos
( y, A, v, etc.), varían de una sección a otra, es
decir: “La
velocidad
varia en
forma gradual
en
función
del
espacio y el tiempo”
dy / dt ≠ 0 , dv / d t ≠ 0 , dA / d t ≠ 0
( variado )

35. Flujo laminar, turbulento y de transición:
El parámetro que se utiliza para su clasificación es el numero de
reynolds.
Re = ( v R ) / γ
Donde:
Re = numero de reynolds
R = radio hidráulico, en m.
V = velocidad media, en m / s.
γ = viscosidad cinemática del agua, en m / S2.
Y su selección es según el rango en que se encuentra el numero de
Reynolds.
Si
Si
Si
Re ∠ 580
flujo laminar.
580 ≤ Re ≤ 750 flujo de transición.
Re ∠ 750
flujo turbulento.

36. Flujo critico, subcrítico, supercrítico:
El parámetro que se utiliza para su aplicación es el numero de
Froude :
DONDE:
F = v / ( g y ) ½
= v / ( g A / T ) ½
F = numero de Froude
V = velocidad media, en m / s.
g = aceleración de la gravedad, 9.81 m / S2.
y = tirante medio, en m.
A = área hidráulica, en m2.
T = espejo de agua, en m.
Y su selección es según el rango en que se encuentra el numero
de Froude:
* si F < 1
flujo subcrítico
* si
F =1
flujo critico
* si
F >1
flujo supercrítico

37.  Ecuación
de
continuidad:
C uando
el caudal es constante en un tramo, la
ecuación que gobierna el flujo desde el punto de
vista de la conservación de la masa, se llama
ecuación de continuidad, la cual se expresa:
Q = v A
Para las secciones 1 y 2 ( Fig. 1 ), se tiene:
Q = v1 A1 = v2 A2 = Cte.
Donde:
Q = caudal
V = velocidad media de la sección.
A = area hidráulica.

38. ( Fig. 1 )

39. Ecuación de energía :
Ecuación de Bernoulli
La forma mas conocida de la ecuación de
bernoulli ( Fig.2), para un fluido perfecto, es
aquella en la que la energía total se expresa
por unidad de peso (m- Kg / Kg ):
E = Z + ( P / γ ) + α ( V2 / 2g ) = Cte.
o
E = Z + Y + α (V2 / 2g ) = Cte.

40. α ( V1* V1 / 2g )
α ( V2* V 2 / 2g )
( Fig. 2 )

41. 
La ecuación de la energía por unidad de peso, para un
fluido real, para el tramo 1 y 2 se representa como:
Z1+ y1+ α ( V1 2 / 2g ) = Z2+ y2+ α ( V2 2 / 2g ) + hf 1 – 2
E1 = E2 + h f 1 - 2
Donde:
E = energía total en la sección.
Z = energía de posición.
Y = tirante de la sección.
V = velocidad media que lleva el flujo en la sección.
α = coeficiente de coriolis.
α α ( v 2 / 2g ) = carga de velocidad.
h f 1 – 2 = disipación de energía en el tramo 1 – 2.

42. FORMULAS USUALES
EN CANALES PARA EL
FLUJO
UNIFORME:

43. Formula de chezy
V = C ( RS ) 1/2
Donde:
V = velocidad media del canal
C = coeficiente de chezy, depende de las características
del escurrimiento y de la naturaleza de las paredes
R = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía, para el flujo
uniforme, m / m

44. 
Por muchos años diferentes investigadores, encaminaron sus
esfuerzos a evaluar el coeficiente C de chezy, de acuerdo a
distintas formulas, de las cuales actualmente la mas usadas es la
formula de manning ( 1889 ), en la cual:
C =
( R1/6 / n )
y :
V = ( R2/3 S1/2 / n )
Q = A ( R2/3 S1/2 / n )
Donde:
V = velocidad media, m / s
R = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía, para el flujo
uniforme, m / m ( decimales)
Q = caudal, m3 / s
n = coeficiente de rugosidad
La ecuación general para el flujo uniforme, en el sistema ingles es:
v = 1.486 ( R2/3 S1/2 / n )
Q = 1.486 A( R2/3 S1/2 / n )

45. CONSIDERACIONES
PRACTICAS PARA EL
DISEÑO DE
CANALES SEGÚN
NORMAS:

46. 
A nivel de parcela lo mas generalizado es
encontrar canales de tierra de sección
trapezoidal ,
por
lo
cual
las
recomendaciones
que
se
proporcionan estarán mas a estos tipos de
canales.

El diseño implica en darle valor numérico a
las siguientes especificaciones técnicas:

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.

48. 1.- CAUDAL (Q)

49. El caudal se calcula utilizando al formula de
manning:
Q = A ( R2/3 S1/2 / n )
Donde:
V = velocidad media, m / s
R = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía, para el
flujo uniforme, m / m ( decimales)
Q = caudal, m3 / s
n = coeficiente de rugosidad

50. 
Para el diseño de un canal a nivel parcelario, el cual tiene que ser un
dato de partida, que se puede calcular con base al modulo de riego
( l.p.s. / Ha), la superficie que se va a regar ( Ha ) y el caudal que
resulte de las perdidas por infiltración durante la conducción.

En el caso de que el canal sirva para evacuar las aguas pluviales, el caudal
de diseño se calcula tomando en cuenta las consideraciones hidrológicas.

En el caso de que el canal sirva como fines hidroelelectricos, el caudal
de diseño se encuentra en función de la potencia a generar y la caída
topográfica.

En el caso en el canal sirva como uso poblacional, el caudal de diseño
se calcula en función de la población a servir.

En cualquiera de los casos, por lo general, lo que se busca es
encontrar las dimensiones del canal, para conducir el caudal
determinado, de acuerdo con las necesidades de uso del proyecto, sea
para riego, drenaje, hidroeléctrico o uso poblacional.

51. 2.- Velocidad
Media en los
Canales ( V )

52. 
La velocidad media se puede determinar por medio
de la formula de manning.
V = ( R2/3 S1/2 / n )
Donde :
V = velocidad media, m / s
R = radio hidráulico, m
S = pendiente de las línea de energía,
para el flujo Uniforme, m / m
n = coeficiente de rugosidad

53. 
La velocidad en los canales, varían en un rango cuyo
limite son las velocidades mínima que no
produzca deposito
de materiales
sólidos en
suspensión (sedimentación ) , y la máxima que no
produzca erosión en las paredes y el fondo del
canal. Las velocidades mayores que los valores
máximos permisible modifican las rasantes y crean
dificultades al funcionamiento de las estructuras que
tenga el canal . A la inversa, los problemas de
sedimentación ocasionado por las bajas velocidades
demandan mayores gastos de conservación, por que
se embarcan y disminuye su capacidad de conducción.

Se han encontrado muchos resultados experimentales
sobre estos limites, para canales alojados en tierra, en
general están comprendido entre 0.30 y 0.90 m / s.

54. 
La tabla que se muestra, proporciona el rango de velocidades
máximas recomendable, en función de las características del
material en el cual están alojados.
Características de los suelos
Canales en tierra franca
Canales en tierra arcillosa
Canales revestidos con piedra y
mezcla simple
Canales con mampostería de
piedra y concreto
Canales revestidos con concreto
CANALES EN ROCA
pizarra
Areniscas consolidadas
Rocas duras, granito, etc.
Velocidad máximas ( m / s)
0.60
0.90
1.00
2.00
3.00
1.25
1.50
3a5

55. 3.- Pendiente
Admisible en Canales
de tierra ( S )

56. La pendiente, en general, debe ser la
mínima
que permita dominar la
mayor superficie posible de tierra y
que, a la vez , de valores para la
velocidad , que no causen erosión del
material en que esta alojado el
canal, ni depósito de azolve.
 La pendiente máxima admisible para
canales varia según la textura, en la tabla
siguiente se muestran las pendientes
máximas recomendable en función del
tipo de suelo.


57. Tipo de suelos
Pendiente S (0/00)
Suelo suelto
0.5 - 1.0
Suelo francos
1.5 – 2.5
Suelo arcilloso
3.0 – 4.5
Nota: durante el diseño no necesariamente se debe tomar
estos valores máximos.

58. 4.- Taludes ( Z )

59. 
Los taludes se designan, como la reacción de la
proyección a la vertical, de la inclinación de las
paredes laterales.

La inclinación de las paredes laterales, depende en
cada caso particular de varios factores, pero muy
particularmente en la clase de terrenos en donde
están alojados.

Mientras mas inestable sea el material, menor
será el ángulo de inclinación de los taludes.

La siguiente tabla muestra los valores de los
taludes recomendados
para
distintos
materiales.

60. Características de
los suelos
Canales pocos
profundos
 Roca en buenas
Vertical
0.25 : 1
 Arcilla compacta
0.5 : 1
1:1
 Limos arcillosos
1:1
1.5 : 1
 Limos arenosos
1.5 : 1
condiciones
o conglomerado
 Arenas sueltas
2:1
Canales
profundos
2:1
1

61. 5.- Coeficiente
Rugosidad( n
de
)

62.  En
forma
practica , los valores
del coeficiente de rugosidad que se usan
para el diseño de canales alojados en
tierra están comprendido entre 0.025 y
0.030 y para canales revestidos de
concreto entre 0.013 y 0.015 .
 Para una mejor selección de n, según
el
tipo de rugosidad, se pueden obtener los
valores de rugosidad que se presente
en tablas y manuales de hidráulica.

63. 6.- Ancho de Soleras
( b )

64.  Resulta muy útil para cálculos posteriores,
fijar de antemano un valor para el ancho
de solera , plantilla o base, con la
cual, teniendo fijo el valor del talud y
ancho de solera, se puede manejar con
facilidad la formula para calcular el tirante.
 Una
recomendación practica de fijar el
ancho de solera, es en función del caudal,
la cual se muestra en la siguiente tabla

65. Caudal Q ( m3 / s)
Menor de 0.100
0.30
Entre 0.100 y 1.200
0.50
Entre 2.00 y 4.00
0.75
mayor de 4.00

Solera b ( m )
1.00
Nota: Para canales pequeños, el ancho de solera,
estará en función del ancho de la pala de la maquinaria
disponible para la construcción

66. 7.- Tirante( y ):

67. 
Es recomendable que quede en corte o siempre
en excavación, aunque puede aceptarse que
parte de el quede en la la plataforma de relleno.

Para canales en media ladera se buscara que el
tirante sea el máximo posible, a fin que el ancho
del canal disminuya y el movimiento de tierras
sea menor. Sin embargo en suelos rocosos por
consideración constructiva podría seleccionarse
tirantes pequeños y utilizar la plataforma de
excavación para el camino de mantenimiento.

En terrenos planos y canales sin revestir se
preferirá tirantes pequeños a fin de reducir los

68. 
Una regla empírica generalmente usada en los
Estados Unidos, establece el valor máximo de la
profundidad de los canales en tierra según la
siguiente relación: (Q > 3 m3/s)
Y = ( A ) ½ / 2
Y para Q < 3 m3/s:
Y = ( A ) ½ /3
Donde:
Y = Tirante hidráulico, en m.
A = Área de la sección transversal, en m2
otros autores establecen :
y =b / 3
Donde:
b = ancho de solera o base, en m

69. θ

70. Sección de máxima eficiencia hidráulica:
b / y = 2 tg ( θ / 2 )
o
b / y = 2 ((1 + Z2 )1/2 –Z)
Sección de mínima infiltración:
b / y = 4 tg ( θ / 2 )
o
b / y = 4 ((1 + Z2 )1/2 –Z )
Valor medio de las dos anteriores:
b / y = 3 tg ( θ / 2 ) ,
o
b / y = 3 ((1 + Z2 )1/2 –Z)

71. 8.- Area Hidráulica
(A):

72.  Para
el caso de una sección trapezoidal,
una vez calculado el ancho de la solera,
talud y el tirante, se obtiene usando la
relación geométrica:
A = ( b + Zy) y
 También
se puede usar la ecuación de la
continuidad, si se conoce el caudal y la
velocidad mediante la siguiente ecuación:
A = Q / v

73. 9.- Borde Libre.

74. 


En la determinación de la sección transversal de
los canales, resulta necesario, dejar cierto
desnivel entre la superficie libre del agua y la
corona de los bordes (B.L o fb) como margen de
seguridad, a fin de absorber los niveles
extraordinarios que puedan presentarse por sobre
el caudal de diseño del canal.
B.L = H - y
Una practica corriente para canales en tierra, es
dejar un bordo libre o resguardo igual a un tercio
del tirante, es decir:
B.L = y / 3
Mientras para canales revestidos, el borde libre
puede ser la quinta parte del tirante:
B.L = y / 5

75. Existen también otros criterios para
seleccionar el valor del borde libre:
En relación al caudal se tiene:
Caudal ( m3 / s)
Borde libre
Menores que 0.50
0.30
Mayores que 0.50
0.40
En relación al ancho de solera se tiene:
Ancho de solera ( m )
Borde libre ( m )
Hasta 0.80
0.40
De 0.80 a 1.50
0.50
De 1.50 a 3.00
0.60
De 3.00 a 20.00
1.00

76. En función al caudal, la secretaría
de recursos hidráulicos de México
recomienda
Caudal
( m3 / s )
Canal revestido
( cm. )
Canal sin revestir
( cm.)
≤ 0.05
0.05 – 0.25
0.25 – 0.50
0.50 – 1.00
>1
7.5
10
20
250
30
10
20
40
50
60

77. 10.- Profundidad
Total ( H )

78.  La
profundidad total del canal se
encuentra una vez conocida el tirante de
agua y el borde libre, es decir
H = y + B. L
 Por
lo general, para el proceso de
construcción, este valor se redondea.

79. 11.- Ancho
corona ( C
de
)

80. 
El ancho de corona , de los bordos de los canales en su
parte superior, depende esencialmente del servicio que
estos habrán de prestar.

En canales grandes se hacen suficientemente
anchos, 6.50 m como mínimo, para permitir el
transito de vehículos y equipos de
conservación, a fin de facilitar los trabajos de
inspección y distribución de agua.

En canales mas pequeños, el ancho superior de la
corona puede diseñarse aproximadamente igual al
tirante del canal. En función del caudal, se puede
considerar un ancho de corona de 0.60 m. para
caudales menores de 0.50 m3 / s y 1.00 m para
caudales mayores.

81. OTRAS
CONSIDERACIONES
PARA EL DISEÑO DE
CANALES
SEGÚN LAS NORMAS

82. Radios mínimos en
canales

En el diseño de canales, el cambio brusco de
dirección se
sustituye por una curva cuyo radio no debe ser
muy grande, y debe escogerse un radio
mínimo, dado que al trazar curvas con
radios mayores al mínimo no significa
ningún ahorro de energía, es decir la curva
no será hidráulicamente más eficiente, en
cambio sí será más costoso al darle una
mayor longitud o mayor desarrollo.

83. 
Las siguientes tablas indican radios mínimos según las
normas del ILRI:
Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s
Capacidad del canal
Radio mínimo
Hasta 10 m3/s
3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/s
4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/s
5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/s
6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayor
7 * ancho de la base
Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el
próximo metro superior.
Fuente: “International Institute For Land Reclamation And Improvement”
ILRI, Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The
Netherlands 1978.

84. Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua
CANALES DE DRENAJE
CANALES DE RIEGO
Tipo
Radio
Tipo
Radio
Sub – canal
4T
Colector principal
5T
Lateral
3T
Colector
5T
Sub – lateral
3T
Sub – colector
5T
Siendo T el ancho superior del espejo de agua
Fuente: Salzgitter Consult GMBH “Planificación de Canales, Zona Piloto
Ferreñafe” Tomo II/ 1- Proyecto Tinajones – Chiclayo 1984.

85. Radio mínimo en canales abiertos
para Q < 20 m3/s
Capacidad del canal
Radio mínimo
20 m3/s
100 m
15 m3/s
80 m
10 m3/s
60 m
5 m3/s
20 m
1 m3/s
10 m
0,5 m3/s
5m
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7
“Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978.
Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mínimo que más se
ajuste a nuestro criterio.

86. Elementos de una Curva

87. 













A = Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m.
C = Cuerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde PC
hasta PT.
ß = Angulo de deflexión, formado en el PI.
E = Externa, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.
F = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto
medio de la curva a la cuerda larga.
G = Grado, es el ángulo central.
LC = Longitud de curva que une PC con PT.
PC = Principio de una curva.
PI = Punto de inflexión.
PT = Punto de tangente.
PSC = Punto sobre curva.
PST = Punto sobre tangente.
R = Radio de la curva.
ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.

88. Sección Hidráulica Optima :
Determinación
de Máxima
Eficiencia
Hidráulica: Se dice que un canal es de
máxima eficiencia hidráulica cuando para la
misma área y pendiente conduce el
mayor caudal, ésta condición está referida
a un perímetro húmedo mínimo, la
ecuación que determina la sección de
b
 es:
máxima eficiencia hidráulica θ 
= 2 * tg  
y
2

89. Determinación de Mínima Infiltración:
Se
aplica
cuando
se quiere
obtener la menor pérdida posible de
agua por infiltración en canales de
tierra, esta condición depende del tipo
de suelo y del tirante del canal,
la ecuación que determina la
mínima infiltración es:
b
θ 
= 4 * tg  
y
2
La siguiente tabla presenta estas condiciones, además
del promedio el cual se recomienda.

90. Relación plantilla vs. tirante para, máxima
eficiencia, mínima infiltración y el promedio
de ambas .
Talud
Angulo
Máxima
Eficiencia
Mínima
Infiltración
Promedio
Vertical
90°00´
2.0000
4.0000
3.0000
1/4:1
75°58´
1.5616
3.1231
2.3423
1/2:1
63°26´
1.2361
2.4721
1.8541
4/7:1
60°15´
1.1606
2.3213
1.7410
3/4:1
53°08´
1.0000
2.0000
1.5000
1:1
45°00´
0.8284
1.6569
1.2426
1¼:1
38°40´
0.7016
1.4031
1.0523
1½:1
33°41´
0.6056
1.2111
0.9083
2:1
26°34´
0.4721
0.9443
0.7082
3:1
18°26´
0.3246
0.6491
0.4868

91. 
De todas las secciones trapezoidales, la más
eficiente es aquella donde el ángulo a que forma el
talud con la horizontal es 60°, además para
cualquier sección de máxima eficiencia debe
cumplirse:
R = y/2
Donde:
R = Radio hidráulico
y = Tirante del canal

No siempre se puede diseñar de acuerdo a las
condiciones mencionadas, al final se imponen
una serie de circunstancias locales que imponen un
diseño propio para cada situación.

92. Diseño de secciones hidráulicas

Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo
de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad,
velocidad máxima y mínima permitida, pendiente del
canal, taludes, etc.

La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su
expresión es:
1
Q = AR 2/3 S 1/ 2
n
Donde:
Q = Caudal (m3/s)
n = Rugosidad
A = Área (m2)
R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda /
Perímetro Húmedo

93. Criterios para el
diseño de un canal

94. 
Se tienen diferentes factores
que
se consideran en el diseño de canales, aunque
el diseño final se hará considerando
las diferentes posibilidades y el resultado
será siempre una solución de compromiso,
porque nunca se podrán eliminar todos los
riesgos y desventajas , únicamente
se
asegurarán que la influencia negativa sea la
mayor posible y que la solución técnica
propuesta no sea inconveniente debido a
los altos costos.

95. 
1.- RUGOSIDAD
Esta depende del cauce y el talud, dado a las
paredes
laterales del mismo, vegetación,
irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico
y obstrucciones en el canal, generalmente cuando
se diseña canales en
tierra
se supone que
el canal está recientemente abierto, limpio y
con un trazado uniforme, sin embargo el
valor
de rugosidad inicialmente asumido difícilmente
se conservará con el tiempo, lo que quiere decir
que en la práctica constantemente se hará frente a
un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente
tabla nos da valores de “n” estimados, estos
valores pueden ser refutados con investigaciones y
manuales, sin embargo no dejan de ser una
referencia para el diseño:

96. Valores de rugosidad “n” de
Manning
n
Superficie
0.010 Muy lisa, vidrio, plástico, cobre.
0.011 Concreto muy liso.
0.013 Madera suave, metal, concreto frotachado.
0.017 Canales de tierra en buenas condiciones.
0.020 Canales naturales de tierra, libres de vegetación.
0.025 Canales naturales con alguna vegetación y piedras
esparcidas en el fondo.
0.035 Canales naturales con abundante vegetación.
0.040 Arroyos de montaña con muchas piedras.

97. 2.- Talud apropiado según el
tipo de material
 La
inclinación de las paredes laterales
de un canal, depende de varios factores
pero en especial de la clase de terreno
donde están alojados, la U.S.
BUREAU OF RECLAMATION
recomienda un talud único de 1,5:1
para sus canales , a continuación se
presenta un cuadro de taludes
apropiados para distintos tipos de
material:

98. Taludes apropiados para
distintos tipos de material
MATERIAL
TALUD
(horizontal : vertical)
Roca
Prácticamente vertical
Suelos de turba y detritos
Arcilla compacta o tierra con recubrimiento de
concreto
Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes
canales
Arcilla firma o tierra en canales pequeños
0.25 : 1
0.5 : 1 hasta 1:1
1:1
1.5 : 1
Tierra arenosa suelta
2:1
Greda arenosa o arcilla porosa
3:1
Fuente: Aguirre Pe, Julián, “Hidráulica de canales”, centro Interamericano de
Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974

99. Pendientes laterales en
canales según tipo de suelo
MATERIAL
Roca en buenas condiciones
CANALES POCO
PROFUNDOS
Vertical
CANALES
PROFUNDOS
0.25 : 1
0.5 : 1
1:1
Limos arcillosos
1:1
1.5 : 1
Limos arenosos
1.5 : 1
2:1
Arenas sueltas
2:1
3:1
Concreto
1:1
1.5 : 1
Arcillas compactas o
conglomerados
Fuente: Aguirre Pe, Julián, “Hidráulica de canales”, Dentro Interamericano de
Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974

100. 3.- Velocidades máxima y
mínima permisible


La velocidad mínima permisible es aquella
velocidad que no permite sedimentación, este valor
es muy variable y no puede ser determinado con
exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor
carece de importancia, pero la baja velocidad
favorece el crecimiento de las plantas, en canales
de tierra, da el valor de 0.762 m / seg. Como la
velocidad apropiada que no permite sedimentación
y además impide el crecimiento de plantas en el
canal.
La velocidad máxima permisible, algo bastante
complejo y generalmente se estima empleando la
experiencia local o el juicio del ingeniero; las
siguientes tablas nos dan valores sugeridos.

101. Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación
MATERIAL DE LA CAJA
DEL CANAL
“n”
Manning
Velocidad (m/s)
Agua
limpia
Agua con partículas
coloidales
Agua transportando arena,
grava o fragmentos
Arena fina coloidal
0.020
1.45
0.75
0.45
Franco arenoso no coloidal
0.020
0.53
0.75
0.60
Franco limoso no coloidal
0.020
0.60
0.90
0.60
Limos aluviales no
coloidales
0.020
0.60
1.05
0.60
Franco consistente normal
0.020
0.75
1.05
0.68
Ceniza volcánica
0.020
0.75
1.05
0.60
Arcilla consistente muy
coloidal
0.025
1.13
1.50
0.90
Limo aluvial coloidal
0.025
1.13
1.50
0.90
Pizarra y capas duras
0.025
1.80
1.80
1.50
Grava fina
0.020
0.75
1.50
1.13
Suelo franco clasificado no
coloidal
0.030
1.13
1.50
0.90
Suelo franco clasificado
coloidal
0.030
1.20
1.65
1.50
Grava gruesa no coloidal
0.025
1.20
1.80
1.95
Gravas y guijarros
0.035
1.80
1.80
1.50
Fuente: Krochin Sviatoslav. ”Diseño Hidráulico”, Ed. MIR, Moscú, 1978

102. 
Para velocidades máximas, en general, los canales viejos
soportan mayores velocidades que los nuevos; además un
canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sin
erosión, que otros menos profundos.
Velocidades máximas en hormigón en función de su
resistencia :
RESISTENCIA,
en kg/cm2
PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN
METROS
0.5
1
3
5
10
50
9.6
10.6
12.3
13.0
14.1
75
11.2
12.4
14.3
15.2
16.4
100
12.7
13.8
16.0
17.0
18.3
150
14.0
15.6
18.0
19.1
20.6
15.6
17.3
20.0
21.2
22.9
Fuente: 200
Krochin Sviatoslav. ”Diseño Hidráulico”, Ed. MIR, Moscú, 1978

103. 4.- Borde libre


Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie
del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda
aceptar universalmente para el calculo del borde libre,
debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua
en un canal, se puede originar por causas incontrolables.
La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda
estimar el borde libre con la siguiente formula:
BordeLibre = CY
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 caudal
Caudal m3/seg.
Revestido
(cm.)
Sin revestir
(cm.)
≤ 0.05
7.5
10.0
0.05 – 0.25
10.00
20.0
0.25 – 0.50
20.0
40.0
0.50 – 1.00
25.0
50.0
> 1.00
30.0
60.0
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico
“Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales” Lima 1978
N-
7

105. 
Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función de
la plantilla del canal.
Borde libre en función de la plantilla del canal:
Ancho de la plantilla (m)
Borde libre (m)
Hasta 0.8
0.4
0.8 – 1.5
0.5
1.5 – 3.0
0.6
3.0 – 20.0
1.0
Fuente: Villón Béjar, Máximo; “Hidráulica de canales”, Depto. De Ingeniería Agrícola –
Instituto Tecnológico de Costa Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981

106. EJEMPLO DE
APLICACION

107. …FIN DE EXPOSICION
Ing. Hugo Rojas Rubio