Canales 2012

CONDUCCIÓN DE AGUA PORCONDUCCIÓN DE AGUA PORCONDUCCIÓN DE AGUA PORCONDUCCIÓN DE AGUA POR
CANALESCANALES
Curso de Riego y Drenaje 2012

• CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos.
McGraw-Hill. 1994. 667pp.
• Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones
del riego.
Bibliografía
del riego.

INTRODUCCIÓN
• Definiciones y nomenclatura
• Canales de riego, drenaje y terrazas
DISEÑO HIDRAULICO
• Principios del movimiento del agua en canales
• Radio hidráulico y pendiente
• Fórmulas de velocidad• Fórmulas de velocidad
• Velocidad de diseño y velocidad crítica
• Pautas de diseño:
• Máxima eficiencia hidráulica
• Mínima infiltración
• Condicionado a la pendiente
• Tirante prefijado

CONSTRUCCIÓN
• Borde libre y ancho de bordos
• Diseño del trazado y replanteo
• Profundidad de corte
• Maquinaria utilizada
• Control de la obra
MANTENIMIENTO
• Aterramiento
• Pérdida de conformación• Pérdida de conformación
• Malezas
OBRAS DE ARTE
• Compuertas de control y toma-granjas
• Pases de agua de escurrimiento
• Saltos y protecciones

Introducción
• Algunos antecedentes

Introducción
• Canal
– De riego– De riego
– De drenaje

Dpto. Artigas

Dpto. Treinta y Tres

Dpto. Río Negro, Colonia Tomas Berreta
Long.: 6 km (aprox.)

Dpto.Durazno

Dpto.Durazno
Long.:16km (aprox)

Definiciones y Nomenclatura:
b
Borde libre →
coronamiento
solera
c
Carga = h
a
plantilla
talud
zh
α
Carga = h

Forma de la sección
• Trapezoidal
• Rectangular
• Triangular
• Parabólica• Parabólica

Diseño hidráulico

B
L
h
A’
C’
B’
Principios del movimiento del agua en canales
C A
h
FUERZA DE AVANCE F = C’ B’
por triángulos semejantes resulta:
C’ B’ = C B donde C B = h A B = L CB/AB = h/L = s (pendiente del canal)
A’ B’ A B
A’B’ = Peso del prisma de agua Peso = Volumen x Densidad Vol. = Area x L
entonces FUERZA DE AVANCE es: F = s x A x L x D

sxAxD
V =
y la FUERZA DE ROCE es: F’ = f x P x L x V2 (P x L = sup. de roce)
f = factor de rozamiento
cuando F = F’ ⇒ el flujo se estabiliza
f x P x L x V2 = s x A x L x D
fxP
V =
P
A
xsx
f
D
V = Radio hidráulico R = A/P
Chezy (1769) llamó
C= factor de resistencia al flujo
RxsCv
f
D
C =⇒⇒⇒⇒= Probablemente es
la primer ecuación
de flujo uniforme

Manning (1889) determinó que C depende de R
C = R1/6 n = Coeficiente de rugosidad de canales
n
RxsCv =
V = 1 R 2/3 S 1/2
n

Superficie Condición de las paredes
Buena Regular Mala
En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 *
En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035
En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045
Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030
Valores de “n” fórmulas de MANNING Y KUTTER
(Seleccionados de King, H.W., 1954)
Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030
Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033
Lecho pedregoso, bordes tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040
Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035
•Valores corrientemente usados en la práctica

n = 0.012 – 0.014 n = 0.033 – 0.035
n = 0.040 – 0.043
n = 0.045 – 0.050

Diseño del canal
• Caudal – Siempre debe ser conocido
• Velocidad – Se prefija tentativamente

TIPO DE SUELO VELOCIDAD m/s
Suelos sueltos 0.20
VELOCIDAD
ALTA ⇒⇒⇒⇒ EROSION
BAJA ⇒⇒⇒⇒ SEDIMENTACION
Criterios para prefijar la velocidad del agua en función del tipo de suelo
del canal
Suelos sueltos 0.20
Suelos de textura media 0.30
Suelos arcillosos 0.50
Suelos pedregosos 0.80 - 0.90
Desagües empastados 0.80 - 1.20
Factor asentamiento
Factor profundidad
Malezas

VELOCIDAD CRITICA
Moritz Vo = C x h1/2
C depende del material en suspensión
En nuestras condiciones C = 0.464
RANGO CRITICO 0.8 V < V < 1.2 VRANGO CRITICO 0.8 Vo < V < 1.2 Vo

FORMA DE LA SECCIÓN
Inclinación de taludes Z depende de:
•Textura
•Tipo de maquinaria
•Desagües (alta pendiente)
•Riego (baja pendiente)
MATERIAL Z
Roca firme 0.25
Arcilla 0.75
Suelo franco 1
Franco arenoso 2
Arenoso 3
Desagüe empastado 4

PAUTAS DE DISEÑO
Cálculo de plantilla y tirante

DISEÑOS:
• MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN
• CONDICIONADO A LA PENDIENTE (desagües)
• CUANDO h (carga) ESTA PREFIJADA

1Zht 2
+=
SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
A = ( a + b ) h
2
b
A
a
h
zh
t= talud
b = a + 2Zh A = ( a + a + 2Zh) h
2
A = (a + Zh) h
12 2
++−= ZhZh
h
AP
Perímetro de mojado: P = a + 2t
A = (a + Zh)h ⇒⇒⇒⇒ a = A/h – Zh Plantilla
A = (a + Zh) h

⇒1Z2Z-A0 2
++=
SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
Derivamos e igualamos a cero para hallar el mínimo perímetro de roce para un área
dada:
12 2
++−= ZhZh
h
AP
⇒1Z2Z-
h
A0 2
2 ++=
Con esta forma, también se cumple que:
R = h/2 a/h = 2 tg αααα/2
12Z2-Z
A
h
++
=
Tirante←

Ejemplo:
Dados:
Q = 0.1 m3/s Prefijamos V = 0.28 m/s
Z = 1
n = 0.025
Q = A x V A = Q / V = 0.1 / 0.28 = 0.36 m2
Resulta que la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es:
A
h =
VELOCIDAD CRITICA
Moritz Vo = C x h1/2
En nuestras condiciones C = 0.464
Vo= 0.464 x 0.441/2= 0.31
RANGO CRITICO 0.25 < V < 0.37 m/s
mh 44.0
36.0
==
1Z2Z-
A
h
2
++
=
Se verifica que R = h/2 0.44/2 = 0.22
h = 0.44 m a = A/h – Zh = 0.37 m t = 0.63 m
P = 1.63 m R = 0.22 m s = (0.28 x 0.025) 2 = 0.00037 = 0.037%
0.222/3
mh 44.0
11*21
36.0
2
=
++−
=

b= 1.25m
h= 0.44m t= 0.63m
a= 0.37
Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/s
Z = 1
n = 0.025
Q = A x V A = 0.36 m2
a= 0.37
Perímetro de mojado= 1.63m
Pendiente= 0.037%

SECCION DE MINIMA INFILTRACION
Z2)4tgα(
A
h
+
=
También se cumple que:
a/h = 4 tg αααα/2 si Z = 1 ⇒⇒⇒⇒ αααα = 45º
h = 0.37 m a = 0.61 m t = 0.52 m
P = 1.64 m R = 0.217 m s = 0.00038

b= 1.35m
h= 0.37m t= 0.52m
a= 0.61
Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/s
Z = 1
n = 0.025
Q = A x V A = 0.36 m2
a= 0.61
Perímetro de mojado= 1.64m
Pendiente= 0.038%

Se debe lograr una velocidad prefijada ajustando R
V = 1/n R2/3 s1/2 ⇒⇒⇒⇒
2
3








=
2
1
s
Vxn
R
DISEÑO CONDICIONADO A LA PENDIENTE
1Z2ha
Zhah
R
2
2
++
+
=
{ 0=+−−+
32144 344 21
C
RxAhx
B
Ahx)
A
Z1ZR(2 22
R = A/P A = ah + Zh2
como a = (A – Zh2)/h Sustituimos
Llegamos a la siguiente ecuación de 2º grado:
12 2
++++++++==== ZhaP

m164.0
2
3
=








=
2
1
0.01
1x0.03
R
Ejemplo: Desagüe de un tajamar
Q = 2 m3/s s = 0.01 m/m n = 0.03 V = 1 m/s Z = 4
A = Q/V= 2 / 1 = 2 m2
{ 0=+−−+ RxAhxAhx)Z1ZR(2 22
B = -2
C = 2 x 0.164 = 0.328
0.698=4)-170.164(2=A
2A
4ACBB
h
2
−±−
=
{ 0=+−−+
32144 344 21
C
RxAhx
B
Ahx)
A
Z1ZR(2 22

Con h1 a = 2 – 4 x 2.69 2 = -10.02 m ⇒⇒⇒⇒ Se descarta
2.69
Con h a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m
mh
mh
175.0
69.2
→
0.698x2
0.328x0.698x4-22±2
=h
2
1
=
=
=
Con h2 a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m
0.175
a = (A – Zh2)/h
12,1m
10.73m

Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.03
s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1
Otra metodología…2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
11.1E=0.21
0.17

Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.03
s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1
2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
11.1
E=0.21
0.17 1.0

CUANDO h ESTA PREFIJADO
Vo = 0.464 h1/2 A = Q / Vo a = A/h – Zh
P = a + 2t R = A / P
2
3
2
R
Vxn
s










=
1+= 2
Zht
3
R





Borde libre
• Aumento de rugosidad
• Curvas
• Aumento de caudal
CONSTRUCCIÓN
• Aumento de caudal
⇒ Canales grandes d = 0.3 + 0.25 x h
⇒⇒⇒⇒Canales chicos d = 1/3 h

Ancho de coronamientoAncho de coronamiento
C >= h

•Replanteo directo
•Trazado tentativo sobre plano de curvas
•Tramos rectos y acordamientos
Trazado del canal

Trazado del canal
αααα
•Se calculan y marcan las tangentes de entrada y salida
•Con una cinta se ubica el centro y se marca el trazado de la curva
T = R x tg αααα/2
CAUDAL (m3/s) RADIO MINIMO
10 60
5 20
1 10
0.5 5
T
R αααα/2
0.5 5

Profundidad de corte (r)
H
r
H-r
a(H-r) z2 C (H-r) z1 r z1

Área excavada = (a + a + z1k + z1k) r
2
Area terraplén = [c + c + z1 (H – r) + z2 ( H – r) ] (H -r)
2
Area exc. = ar + r2 z1
Area terr. = c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2
Como son dos terraplenes
Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)
A. excavada = A. terraplén
r2z2 . r (a/2 + c + z1 H + z2 H) + 2 (2 C + z1H + z2H)
A B C
resolvemos rcomo ecuación de 2º grado

CONSTRUCCIÓN

OBRAS DE ARTE
•Compuertas de control y toma-granjas
•Pases de agua de escurrimiento
•Saltos y protecciones•Saltos y protecciones

OBRAS DE ARTE
•Compuertas de
control y toma-
granjas

Salida del agua hacia el canal
Represa de India Muerta

OBRAS DE ARTE
•Saltos de agua y protecciones

Saltos y protecciones

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