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Diseño hidráulico de un canal de llamada
1
Diseño hidráulico de un canal de llamada
2
Introducción
Los canales de llamada son estructuras para la
captación de agua pluvial, que se excavan de
manera transversal a la pendiente de una ladera
natural, con diversas dimensiones para
alimentar a un jagüey u olla de agua, es decir,
se asocian con obras de almacenamiento que
carecen de una fuente de agua constante como
un manantial o de una corriente de agua o
cuando el gasto que las alimenta no satisface la
demanda de agua.
Estas estructuras, tienen por objeto conducir los
escurrimientos superficiales de las laderas
naturales a fin de incrementar el volumen
captado y poder almacenar la mayor cantidad
posible.
Se recomienda construir el canal sin revestir
para evitar altos costos de construcción en
comparación con canales revestidos por sus
altos costos en inversión inicial, salvo la mejor
opción que sea justificada, dadas las
posibilidades de financiamiento y las
condiciones del sitio.
Definición
Un canal de llamada es un conducto natural o
artificial por donde fluye el agua captada por
acción de la acción de la fuerza de gravedad. Se
caracteriza por presentar una superficie libre
expuesta a presión atmosférica (5).
Objetivo
• Interceptar y transportar el agua del
escurrimiento superficial proveniente de
zonas altas y aguas arriba de la obra de
almacenamiento.
• Interceptar el escurrimiento superficial y
subsuperficial en zonas de ladera.
• Aumentar el área de captación que aporta
agua a obras de almacenamiento.
Ventajas
• Si se construyen sin revestimiento, son
de bajo costo debido a que solo
emplearía herramienta menor,
comparado con un canal de llamada con
revestimiento de concreto.
• Permiten incrementar el volumen del
almacenamiento de la obra principal al
incrementar el área de captación.
• Se aprovecha el agua de lluvia evitando
que se pierda escurrimiento superficial.
• Son de fácil mantenimiento, ya que su
limpieza se lleva a cabo con un afine de
taludes.
• Sirve como brecha cortafuego y
disminuye los efectos de la erosión
hídrica.
Condiciones para establecer un canal de
llamada y elementos básicos a considerar
El canal de llamada se diseña con base la
cantidad de agua captada en su área de
drenaje, esta área puede variar desde una
pequeña ladera, microcuenca hasta grandes
cuencas. La cantidad de agua está en función
de la precipitación, condiciones fisiográficas, uso
y características físicas del suelo, y geología al
interior del área de drenaje, por lo que será
necesario realizar el estudio hidrológico e
hidráulico correspondiente.
La selección de las fuentes de información
depende de la delimitación de la zona de
estudio, en este caso, es necesario conocer la
superficie que aporta escurrimiento, el tipo y uso
Diseño hidráulico de un canal de llamada
3
de suelo presente, la pendiente, longitud de la
ladera o del cauce principal si se trata de una
cuenca, el desnivel y precipitación máxima en
24 horas para un periodo de retorno de 10 años.
Cabe mencionar que la sección transversal a
elegir va depender de las condiciones propias
del lugar, del tipo de material que se disponga.
Se diseñan usualmente con formas geométricas
regulares, de esta manera se tienen que las
secciones trapecial y rectangular son común en
canales revestidos, la triangular en canales
pequeños y cunetas de carreteras, la parabólica
se usa como aproximación de secciones en
canales naturales, la circular es utilizada en
alcantarilla, colectores y túneles (2).
Condiciones hidrológicas
Estimación del gasto de diseño por el
método racional modificado
El método racional utiliza la lluvia máxima en 24
horas, para diferentes periodos de retorno, en
lugar de la intensidad de lluvia. El método
permite estimar gastos máximos en cuencas de
drenaje natural con áreas menores de 770 km2
y
con tiempos de concentración (Tc) entre 0.25 y
24 horas utilizando las siguientes ecuaciones:
𝑞! =
! ! !
!"#
………….……………………………. (1)
Dónde:
qp = Escurrimiento máximo instantáneo (m3
s-1
)
C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional)
L = Lluvia máxima en 24 horas para el período
de retorno deseado (mm h-1
)
A = Área de drenaje (ha)
El tiempo de concentración (tc) se estima con la
ecuación (2):
𝑡! =
!.!" !!.!!
!!.!"#
…………………………………. (2)
Donde:
tc = Tiempo de concentración (min)
L = Longitud del área de drenaje (m)
H = Desnivel del área de drenaje (m)
Este método considera que para un periodo
crítico, la lluvia reportada en 24 horas puede
presentarse en una hora, por tal razón este valor
se debe expresar en mm h-1
(2), ecuación 2.
Este método puede utilizar las curvas de
intensidad duración de la lluvia para un periodo
de retorno de 10 años1
,
El tiempo de concentración se iguala al tiempo
de duración de la tormenta en el caso de utilizar
la lluvia máxima en 24 horas y cuando se
utilizan las curvas de intensidad duración para
un periodo de retorno de 10 años se obtiene la
intensidad de la lluvia que se puede utilizar en
lugar de la lluvia máxima en 24 horas de la
ecuación (1).
Lluvia máxima en 24 horas y
precipitación media anual
Recopilar la información de precipitación media
anual y máxima en 24 horas de la zona de por lo
menos 15 años anteriores y si existen más de
30 es mejor, apoyarse con las normales
climatológicas. La información histórica
registrada por estas estaciones se encuentra en
una base de datos llamada CLICOM y se
pueden consultar a través del sitio de Internet
1
	 Para	 obtener	 la	 intensidad	 de	 la	 lluvia	 revise	 la	 página	 web	
http://www.sct.gob.mx/carreteras/direccion-general-de-
servicios-tecnicos/isoyetas/.	 Las	 intensidades	 de	 lluvia	 en									
mm	h
-1
	para	cada	estado	de	la	República	Mexicana	se	reportan	
para	 periodos	 de	 retorno	 de	 10,	 20,	 25,	 50	 y	 50	 años	 y	 para
Diseño hidráulico de un canal de llamada
4
del Servicio Meteorológico Nacional en la
siguiente liga:
http://smn.cna.gob.mx/es/climatologia/informacio
n-climatologica. Posteriormente, elegir la
estación más cercana al sitio de estudio. Es
recomendable eliminar los años que no cuenten
con datos completos, principalmente si estos se
ubican en los meses de Junio a Octubre. Con
esta información se calcula la precipitación
máxima en 24 h para un periodo de retorno de
10 años y la precipitación media del área de
drenaje.
Elementos geométricos de un canal
Para diseñar canales es necesario conocer la
forma, área, radio hidráulico y ancho superficial,
elementos geométricos de diseño que
conforman una sección transversal de cualquier
tipo. En el Cuadro 1 se muestran estos
elementos para las secciones transversales más
comunes.
Cuadro 1. Elementos geométricos de las secciones transversales
SECCION AREA
PERÍMETRO
MOJADO
RADIO HIDRÁULICO
ANCHO
SUPERFICIAL
zy
2
12 2
+zy 12 2
2
+zy
zy
2zy
by b + 2y
yb
by
2+
b
(b+zy)y 12 2
++ zyb
12
)(
2
++
+
zyb
yzyb
b+2zy
(2/3)yB
B
yB
3
8 2
+
22
2
83
2
yB
yB
+ y
B
3
3
Los elementos geométricos son propiedades
que definen la sección del canal. A continuación
se describen.
1
z
y
zy
1
z
zy
y
(z²+1)
y
b
1
z
zy zy
b
y
1
z
B
yv(z²+1)
B
y
Diseño hidráulico de un canal de llamada
5
Tirante (y). Es la distancia vertical desde el
punto más bajo de la sección del canal hasta la
superficie libre.
Ancho de la superficie libre del agua (T). Es
la longitud horizontal del espejo libre del agua,
medido desde donde toca el agua al canal hasta
el otro extremo.
Área hidráulica (A). Es el área de la sección
transversal perpendicular a la dirección del flujo.
Perímetro de mojado (P). Es la longitud de la
línea de intersección de la superficie de canal
mojada y de un plano transversal perpendicular
a la dirección de flujo.
Radio Hidráulico (Rh). Es la relación del área
mojada con respecto a su perímetro de mojado.
𝑅! =
!
!
……………………………………..…… (3)
Plantilla (b). Es el ancho del canal en la base,
es decir, es la distancia horizontal del canal en
su base.
Talud (z). Es la inclinación de los lados del
canal, se expresa por las unidades de distancia
horizontal que hay por una vertical.
Bordo libre (e). Es la altura desde la superficie
libre del agua a su tirante de diseño hasta donde
termina el canal. El bordo libre sirve para
disponer de un área hidráulica mayor a la de
diseño para que el canal tenga capacidad de
amortiguar ciertos incrementos de gasto por
operación o por efecto del escurrimiento durante
una tormenta, Cuadro 2 y 3.
Corona (C). Es el terraplén que se construye a
ambos lados del canal para protección del
mismo.
Cuadro 2. Valores de bordo libre y ancho de
corona en canales de tierra
Gasto
(m3
s-1
)
Bordo
Libre (m)
Ancho de corona en
bordo (m)
Con
camino
Sin
camino
0 - 0.5 0.35 4.0 1.5
0.5 - 1.0 0.40 4.0 1.5
1.0 - 2.0 0.50 4.0 2.0
2.0 - 3.0 0.55 4.0 2.0
3.0 - 4.0 0.60 4.0 2.0
4.0 - 10.0 0.70 4.0 2.0
10.0 - 20.0 0.80 4.0 3.0
20.0 - 40.0 1.00 5.0 3.0
Fuente: Arteaga, 2009.
Cuadro 3. Valores de bordo libre y ancho de
corona en canales revestidos
Gasto
(m3
/s)
Bordo
Libre
(cm)
Ancho de corona en
bordo (m)
Con
camino
Sin
camino
0 - 0.5 15 4.0 2.5
0.5 - 1.0 20 4.0 2.5
1.0 - 2.0 25 4.0 2.5
2.0 - 3.0 25 4.0 2.5
3.0 - 4.0 30 4.0 2.5
4.0 - 10.0 30 4.0 2.5
10.0 - 20.0 35 4.0 3.0
20.0 - 40.0 40 6.0 4.0
Fuente: Arteaga, 2009.
Velocidades mínimas y máximas permisibles
Para que no exista depósito de sedimentos en el
canal, la velocidad mínima será de 0.40 m s-1
.
La velocidad máxima dependerá del tipo de
suelo en el que se encuentre alojado el canal.
Diseño hidráulico de un canal de llamada
6
Cuadro 4. Velocidades permisibles en canales sin revestir
Autor Material
Velocidades permisibles (m s
-1
)
Mínima Máxima
ASCE
Arcilla 0.45 0.75
Arena 0.75 1.25
Grava 1.25 2.0
Etcheverry
Conglomerado o grava cementada 2.0 2.5
Esquistos o pizarras 2.0 2.5
Roca sedimentaria suave 2.0 2.5
Roca sedimentaria dura 3.0 4.5
Fortier y Scobey
Arena fina, no coloidal - 0.76
Franco arenoso, no coloidal - 0.76
Franco limoso, no coloidal - 0.91
Limos aluviales, no coloidales - 1.07
Tierra negra firme común - 1.07
Ceniza volcánica - 1.07
Arcilla dura, muy coloidal - 1.52
Limos aluviales, coloidales - 1.52
Pizarra y tepetate - 1.83
Grava fina - 1.52
Tierra negra graduada a piedritas cuando no es
coloidal
- 1.52
Limos graduados a piedritas cuando no es
coloidal
- 1.68
Grava gruesa no coloidal - 1.83
Piedritas y ripio - 1.68
Bureau of reclamation
Canales laterales 0.45 0.75
Canales principales 0.60 1.35
Fuente: Espinosa, 2001.
Cuadro 5. Velocidades permisibles en canales revestidos
Tipo de
revestimiento
Material Condición
Velocidad permisible (m s
-1
)
Mínima Máxima
Rígido
Concreto
Juntas suaves y superficie lisa 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉!
Alojado en suelo de partículas
finas y sin cohesión
1 1.5
Alojado en terreno sano 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉!
Reforzado 1.2*Vc 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 10
Lanzado neumáticamente 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉!
Canales pequeños y rectos 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉!
Mampostería 3ª clase Alojada en cualquier terreno 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉!
Flexible
Concreto asfáltico Alojados en cualquier terreno 1 1 ≤ 𝑉 ≤ 1.5
Arcilla compactadas 1 0.6 ≤ 𝑉 ≤ 1.25
* Vc= Velocidad crítica (m/s). Fuente: Espinosa, 2001
Diseño hidráulico de un canal de llamada
7
Talud. El talud define la inclinación de las
paredes laterales del canal, depende
principalmente de las propiedades mecánicas
del tipo de material en que se construya a fin de
evitar derrumbes.
En el Cuadro 6 se recomiendan valores del talud
en función del material en que se construyan los
canales.
Cuadro 6. Valores de talud (z:1) para canales
Material Talud
Roca sana no estratificada 0 a 0.25
Roca estratificada ligeramente alterada 0.25 a 0.5
Rocas alteradas, tepetate duro 1
Grava angulosa 1
Tierra con revestimiento de piedra 1
Arcilla dura o tierra con revestimiento de
concreto
0.5 a 1
Arcilla firme o tierra para pequeñas zanjas 1.25
Suelo limo-arenoso con grava gruesa 1 a 1.5
Areniscas blandas 1.5 a 2
Limo arcilloso 0.75 a 1
Limo arenoso 1.5 a 2
Material poco estable, arena, etc. 2
Limos arenosos o arcilla porosa 3
Concreto 1.0 a 1.25
Fuente: Arteaga, 2009 y Espinosa, 2001.
Coeficiente de rugosidad
La selección del coeficiente de rugosidad es un
factor importante en el diseño de canales. Este
coeficiente depende de diversos factores y varía
con el tiempo (tipo y degradación del material,
acumulación de azolves, presencia y
crecimiento de maleza en la sección, etc.).
Depende del tipo del tipo de material en el cual
se construya el canal o se revista la sección.
Cuadro 7. Valores del coeficiente de
rugosidad n de Manning
Material del canal Mínimo Medio Máximo
Rocas salientes
sinuosas
0.035 0.040 0.050
Tepetate liso y
uniforme
0.025 0.035 0.040
Tierra alineada y
uniforme
0.017 0.020 0.025
Tierra construida con
draga
0.025 0.028 0.038
Mampostería seca 0.025 0.030 0.033
Mampostería con
concreto
0.017 0.020 0.025
Concreto 0.013 0.015 0.020
Asbesto-cemento 0.009 0.10 0.011
PVC y polietileno 0.007 0.008 0.009
Fierro fundido 0.011 0.014 0.016
Acero remachado 0.013 0.015 0.017
Fuente: Arteaga, 2009.
Sección óptima
El criterio de diseño de la sección óptima es
obtener la menor área hidráulica y perímetro
mojado pero con capacidad para conducir el
gasto máximo. El diseño con la menor área
hidráulica implica menor excavación, el menor
perímetro mojado y menor revestimiento, esto
es, se realizan menores inversiones.
Obras asociadas a un canal de llamada
Unas de las obras que rigurosamente se deben
considerar en el diseño y construcción son los
desarenadores en canales de llamada antes de
que el agua y sedimentos lleguen a la fuente de
almacenamiento, se puede construir en tierra o
revestidos (Figura 1 y 2). Su ubicación puede
ser antes y cercana a la fuente de
almacenamiento (Figura 1), o al inicio de la
captación cuando se trata de aprovechar el agua
de algún escurrimiento intermitente (Figura 2).
Diseño hidráulico de un canal de llamada
8
Figura 1 . Desarenador antes de llegar a la obra
de almacenamiento
Figura 2. Desarenador al inicio de la captación
del escurrimiento
Volumen escurrido promedio anual a captar
Para determinar el volumen de captación factible
por aprovechar se sigue el procedimiento que se
menciona a continuación (3):
1. Obtener la precipitación anual promedio
según la NMX-AA-164-SCFI-2013, con la
siguiente expresión, o en su caso
emplear el promedio anual de las
normales climatológicas.
𝑝 =
!!
!
!
!!! ……………………………….. (4)
Donde:
𝑝 = Precipitación promedio anual, en mm.
𝑝𝑖 = Precipitación en el año “i”, en mm.
n = número de años.
2. Después de la obtención de las láminas
promedio anuales, se obtiene el volumen
anual promedio de captación (Ve). Éste
volumen se obtiene con la siguiente
expresión:
𝑉! =
!∙!∙!!
!"""
……………………………………. (5)
Donde:
𝑉e = Volumen promedio de captación anual, en
m3
.
𝑝 = Precipitación promedio anual, en mm.
A = Área de captación, en m2
.
C 𝑒 = Coeficiente de escurrimiento, adimensional.
Para su estimación se empleará la NORMA
Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000.
1000 = factor de conversión de unidades.
Área de captación
El área drenada de una superficie de captación
es la extensión del terreno aguas arriba del
Diseño hidráulico de un canal de llamada
9
canal que alimentará al mismo, puede ser una
ladera o una cuenca (Figura 3). Se obtiene
principalmente de plano topográficos, mapas o
fotografías áreas. Otra herramienta son los
Modelos de Elevación Digital (MED), junto con
los sistemas de Información Geográfica (SIG)
son útiles y precisos. Los levantamientos
topográficos en campo se recomiendan
especialmente para microcuencas, ya que
generalmente no se cuentan con mapas
topográficos o información suficiente a pequeña
escala.
Figura 3. Área de captación, canal de llamada y
olla de agua.
Fuente: Elaboración e imagen propia
Coeficiente de escurrimiento
De a acuerdo con la NOM-011-CNA-2000 de la
Comisión Nacional del Agua, el valor del
coeficiente de escurrimiento va a depender del
tipo y uso de suelo y de la precipitación anual de
la zona en estudio. Para esto hay una
clasificación de suelos en tres diferentes tipos: A
(suelos permeables); B (suelos medianamente
permeables); y C (suelos casi impermeables).
Con el tipo de suelo y el uso actual del suelo, se
obtiene el valor del parámetro K (Cuadro 8).
Cuadro 8. Valores de K, en función del tipo y
uso de suelo
TIPO DE SUELO CARACTERÍSTICAS
A
Suelos permeables, tales como
arenas profundas y loess poco
compactos
B
Suelos medianamente
permeables, tales como arenas
de mediana profundidad: loess
algo más compactados que los
correspondientes a los suelos
A; terrenos migajosos
C
Suelos casi permeables, tales
como arenas o loess muy
delgados sobre una capa
impermeable, o bien arcillas
USO DEL SUELO
TIPO DE SUELO
A B C
Barbecho, áreas incultas y
desnudas
0.26 0.28 0.30
Cultivos:
En hilera 0.24 0.27 0.30
Legumbres o
rotación de
praderas
0.24 0.27 0.30
Granos
pequeños
0.24 0.27 0.30
Pastizales:
% del
suelo
cubierto o
pastoreo
Más del 75% -
poco-
0.14 0.20 0.28
Del 50 al 75% -
regular-
0.20 0.24 0.30
Menos del 50% -
excesivo-
0.24 0.28 0.30
Bosque:
Cubierto más
del 75%
0.07 0.16 0.24
Cubierto del 50
al 75%
0.12 0.22 0.26
Cubierto del 25
al 50%
0.17 0.26 0.28
Cubierto menos
del 25%
0.22 0.28 0.30
Zonas urbanas 0.26 0.29 0.32
Caminos 0.27 0.30 0.33
Praderas permanentes 0.18 0.24 0.30
Fuente: NOM-011-CNA-2000.
Diseño hidráulico de un canal de llamada
10
Si en la cuenca de estudio existen diferentes
tipos y usos de suelo, el valor de K se calcula
como la resultante de subdividir la cuenca en
zonas homogéneas y obtener el promedio
ponderado de todas ellas.
Una vez obtenido el valor de K, el coeficiente de
escurrimiento anual (Ce), se calcula mediante
las formulas mostradas en el Cuadro 9.
Cuadro 9. Criterios para estimar el valor del
coeficiente de escurrimiento de acuerdo con
la precipitación
K: PARÁMETRO QUE
DEPENDE DEL TIPO Y
USO DEL SUELO
COEFICIENTE DE
ESCURRIMIENTO MEDIO
ANUAL (Ce)
Si K resulta menor o igual a
0.15 𝐶𝑒 =
𝐾(𝑃 − 250)
2000
Si K es mayor que 0.15 𝐶𝑒 =
𝐾(𝑃 − 250)
2000
+
(𝐾 − 0.15)
1.5
P = precipitación media anual, en mm.
El rango donde las fórmulas se consideran
validas es para precipitaciones anuales entre
350 y 2150 mm.
Diseño hidráulico del canal
El diseño hidráulico del canal está basado en el
método de máxima eficiencia, el cual busca que
la sección transversal seleccionada en canales
sin revestir, la filtración sea mínima; y en
canales revestidos, sea la más eficiente.
• Información disponible.
! El gasto a conducir. Este dato se obtiene
del análisis hidrológico.
! Tipo de material de construcción del canal,
el cual definirá el coeficiente de rugosidad
(n), Talud (z), Velocidad máxima y mínima
permisible.
! La pendiente (S0) del fondo del canal se
define con base en el estudio topográfico, los
valores propuestos de pendientes máximas
permisibles para no causar erosión en
canales sin revestir (Cuadro 10).
Cuadro 10 . Pendientes máximas permisibles
en los canales sin revestir
Longitud del terreno
(m)
Pendiente en %
Suelo
erosionable
Suelo
resistente
Mayor de 150 0.35 0.5
60 – 150 0.5 0.65
30 – 60 1 1.5
Menor de 30 2 2.5
• Condiciones que se deben cumplir.
! Que la velocidad sea menor que la
permisible para que no cause erosión, pero
mayor que 0.4 m s-1
para que no provoque
sedimentación.
! En canales de sección rectangular y
trapecial, la relación entre la plantilla y el
tirante normal para los valores mínimos y
máximo en canales revestidos y no
revestidos deben cumplir las relaciones que
se muestran en el Cuadro 11.
El valor de alfa (α) se calcula con la siguiente
expresión:
𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛
!
!
………………………………... (6)
! Donde: z valor del talud, adimensional. Para
z=0, 𝛼=90
! Una vez definidos los datos, se inicia con el
proceso de diseño hidráulico del canal.
Diseño hidráulico de un canal de llamada
11
Cuadro 11. Relación b/yn para máxima
eficiencia canales revestidos y no revestidos
Caso de aplicación diseño hidráulico del
canal de llamada sin revestir
Una olla de agua se localiza en San Juan de las
Joyas, Guerrero, tiene una superficie de
captación de 36.5 ha y se requiere construir dos
canales de llamada de sección trapecial con
longitud de 100 m. La textura del terreno es
media (limo arenoso) y la pendiente de la ladera
es de 5.09 %, Figura 3.
El procedimiento para el diseño de los canales
de llamada se presenta a continuación:
Procedimiento de cálculo
El escurrimiento máximo esperado para un
período de retorno de 10 años se calcula
utilizando la lluvia máxima en 24 h. Para ello, se
utilizó los datos de precipitación diaria de 25
años de la estación meteorológica 12154
Zicapa, estado de Guerrero, a cargo del Servicio
Meteorológico La precipitación media anual de
acuerdo a las normales climatológicas es de
752.7 mm. Para cada año se obtuvo la lluvia
máxima en 24 h, posteriormente dicho valor se
ordenó de mayor a menor y se le asignó un
número de orden para obtener la probabilidad
de excedencia y el periodo de retorno utilizando
las siguientes relaciones:
𝑇𝑟 =
!!!
!
………………………….………….… (7)
𝑃𝑒 =
!
!!!
………………………………………. (8)
Donde:
Tr = Periodo de retorno, en años.
n = Número de años de registro.
m = Número de orden de mayor a menor.
Pe = Probabilidad de excedencia.
Con esta información se obtuvo la lluvia máxima
en 24 h para diferentes periodos de retorno
(Cuadro 12).
Cuadro 12. Lluvia máxima en 24 h para
diferentes periodos de retorno
Datos en orden
cronológico
Lluvia máxima ordenada de mayor a
menor
Año
Lluvia
máxima en
24 h (mm)
Número
de
orden
(m)
Lluvia
máxima
en 24 h
(mm)
Pe
Tr
(años)
1989 48 1	 80.00	 0.038	 26.000	
1991 35.4 2	 77.00	 0.077	 13.000	
1992 37 3	 69.00	 0.115	 8.667	
1993 50 4	 68.00	 0.154	 6.500	
1994 40 5	 67.00	 0.192	 5.200	
1995 53 6	 65.00	 0.231	 4.333	
1996 50 7	 64.00	 0.269	 3.714	
1997 53 8	 60.00	 0.308	 3.250	
1998 64 9	 60.00	 0.346	 2.889	
1999 50 10	 60.00	 0.385	 2.600	
2000 65 11	 53.00	 0.423	 2.364	
2001 40 12	 53.00	 0.462	 2.167	
2002 80 13	 50.00	 0.500	 2.000	
2003 68 14	 50.00	 0.538	 1.857	
2004 49 15	 50.00	 0.577	 1.733	
2005 29 16	 49.00	 0.615	 1.625	
2006 60 17	 48.00	 0.654	 1.529	
2007 25 18	 42.00	 0.692	 1.444	
2008 69 19	 42.00	 0.731	 1.368	
2009 60 20	 40.00	 0.769	 1.300	
2010 60 21	 40.00	 0.808	 1.238	
2011 42 22	 37.00	 0.846	 1.182	
2012 42 23	 35.40	 0.885	 1.130	
2013 67 24	 29.00	 0.923	 1.083	
2014 77 25	 25.00	 0.96	 1.040	
Valor mínimo Valor máximo Valor mínimo Valor máximo
Revestidos No revestidos
Diseño hidráulico de un canal de llamada
12
Como se requiere la lluvia máxima en 24 h para
un periodo de retorno de Tr = 10 años, del
Cuadro 12 se buscó la lluvia correspondiente a
10 años, para ello, se interpolo de 13 y 8.667
años con lluvias máximas en 24 h de 69 y 77
mm, respectivamente y es encontró un valor de
71.47 mm 2
.
Utilizando la NOM-011-CNA-2000 del Cuadro 8,
se obtuvo el valor de K, para un bosque con una
cobertura entre el 50 al 75% y un tipo de suelo
de textura media (B) y se seleccionó un valor de
0.22. Debido a que el valor de K=0.22 > 0.15, de
acuerdo al Cuadro 9 el valor del coeficiente de
escurrimiento (Ce) se calcula con la siguiente
expresión, para una precipitación media anual
de 752.7 mm:
𝐶𝑒 =
!(!!!"#)
!"""
+
(!!!.!")
!.!
=
!.!!(!"#.!!!"#)
!"""
+
(!.!!!!.!")
!.!
=0.102
El gasto máximo se calculó aplicando la
ecuación 1 para una superficie de 36.5/2=18.25
ha ya que en ambas márgenes de la olla se
construirán canales de llamada.
𝑞! =
𝐶𝐿𝐴
360
=
0.102 ∗ 71.47 ∗ 18.25
360
= 0.37 𝑚!
𝑠!!
De esta manera se obtiene un gasto máximo de
0.37 m3
s-1
que equivale a 370 lps.
Con el gasto obtenido para un periodo de
retorno de 10 años qp=0.37 m3
s-1
, se realiza el
diseño hidráulico del canal de tierra de sección
trapezoidal en un suelo limo arenoso.
2
	Se	asume	que	la	lluvia	máxima	en	24	h	de	71.47	mm	para	un	
periodo	 de	 retorno	 de	 10	 años	 se	 presentó	 en	 una	 hora,	
entonces	I=	71.47	mm	h
-1
.	También	se	puede	estimar	el	tiempo	
de	concentración	con	la	ecuación	2	y	transfórmala	a	horas.	Al	
dividir	la	precipitación	en	24	h	entre	el	tiempo	de	concentración	
se	obtiene	la	intensidad	de	la	lluvia	en	mm	h
-1
.		
La velocidad máxima permisible para canales en
tierra o sin revestir de 1.07 m s-1
, y la velocidad
mínima permisible de v=0.45 m s-1
se
seleccionaron del Cuadro 4 y el talud para el
canal de acuerdo con el tipo de material es de
Z=2.0 (Cuadro 6) y el coeficiente de rugosidad
n=0.020 para tierra alineada y uniforme (Cuadro
7).
El proceso de diseño es el siguiente.
1. El gasto a conducir es qp=0.37 m3
s-1
, z=2,
n=0.020.
2. La relación entre la plantilla y el tirante
normal para cumplir con la condición de
mínima infiltración para un valor de
α=arctan(1/2)=26.56° se calcula con el valor
mínimo y máximo de la relación b/yn (Cuadro
13).
Cuadro 13. Relación b/yn para mínima
filtración en canal de tierra
Valor mínimo
Valor
medio
Valor máximo
𝒃
𝒚 𝒏
= 𝟑𝒕𝒂𝒏
𝟐𝟔. 𝟓𝟔
𝟐
= 𝟎. 𝟕𝟎𝟖𝟎
𝒃
𝒚 𝒏
= 𝟎. 𝟖𝟐𝟔
𝒃
𝒚 𝒏
= 𝟒𝒕𝒂𝒏
𝟐𝟔. 𝟓𝟔
𝟐
= 𝟎. 𝟗𝟒𝟒𝟎
3. Se propone una pendiente del fondo del
canal de S0=0.001, la cual debe ser menor a
la pendiente máxima permisible de acuerdo
al tipo de terreno (Cuadro 10). Cabe aclarar
que el valor de la pendiente puede variar
hasta que velocidad del flujo se encuentre
entre el rango permisible establecido, en este
caso la velocidad debe estar entre 0.45 y
1.07 m s-1
.
4. Se proponen valores de plantilla b en metros,
se calcula el tirante normal yn.
Posteriormente se calcula la relación b/yn, se
aceptará el valor de b que cumpla con los
límites de la relación establecidos en el paso
2. Se busca un valor de la relación b/yn
Diseño hidráulico de un canal de llamada
13
cercano a la media. Para este caso, resulto
un valor de plantilla b = 0.377 m (para fines
constructivos se puede adoptar el valor de
0.40 m) y tirante normal yn = 0.46 m.
b yn b/yn
Criterio
Plantilla (m)
Tirante
(m)
b/d
0.360 0.43 0.84 No se acepta
0.370 0.44 0.84 No se acepta
0.377 0.46 0.82 Se acepta
0.385 0.46 0.84 No se acepta
0.390 0.47 0.83 No se acepta
0.400 0.48 0.83 No se acepta
0.500 0.49 1.02 No se acepta
5. Se calcula el área hidráulica (An), Perímetro
de mojado (Pn) y Radio hidráulico (Rhn) para
el tirante normal yn.
𝐴! = 0.377 ∗ 0.46 + (2 ∗ 0.46!
) = 0.596 𝑚!
𝑃! = 0.377 + 2 ∗ 0.46 5 = 2.434 𝑚
𝑅ℎ! =
0.596
2.434
= 0.245 𝑚
6. Se calcula la velocidad de flujo con la
ecuación de continuidad.
𝑣 =
0.37
0.596
= 0.62 𝑚 𝑠!!
7. Se verificar que se cumpla la condición de
velocidad. La velocidad del flujo es menor a
la velocidad máxima permisible (1.07 m s-1
) y
mayor a la mínima (0.4 m s-1
), por lo tanto se
acepta la pendiente S0 propuesta.
0.45 ≤ 𝑣 ≤ 1.07 = 0.45 ≤ 0.62 ≤ 1.07
8. Se calcula la velocidad media con la
ecuación de Manning y se compara con la
velocidad calculada con la ecuación de
continuidad. La diferencia entre ambas es
menor al 0.5%, por lo tanto se acepta el
diseño hidráulico.
𝑣! =
1
𝑛
𝑅ℎ!
!/!
𝑆!
!/!
=
1
0.020
∙ 0.245
!
! ∙ 0.001
= 0.619 𝑚 𝑠!!
9. Se verifica que el valor del tirante normal sea
mayor que el tirante crítico para que el flujo
se encuentre en régimen subcrítico.
10.Se elige el valor del bordo libre (e=yn/3) y
ancho de corona (C) del canal, se propone
e= 15.3 cm y C= 1.5 m.
Finalmente se obtienen las dimensiones
geométricas del diseño hidráulico del canal de
llamada. En el Cuadro 14, se resumen sus
características y en la Figura 4.
Cuadro 14. Características geométricas del
canal no revestido
Concepto Cantidad Unidad
qp 0.37 m
3
s
-1
n 0.020 Adim.
z 2:1 Adim.
S0 0.001 Adim.
b 0.40 m
yn 0.46 m
A 0.596 m
2
P 2.43 m
Rh 0.245 m
v 0.62 m s
-1
e 0.15 m
C 1.5 m
Diseño hidráulico de un canal de llamada
14
Figura 4. Sección trapezoidal del canal de llamada
Figura 5. Plantilla para el cálculo de canales de sección trapecial
Como sugerencia para el cálculo de los valores
de las variables que intervienen en el diseño de
un canal de llamada se propone la elaboración
de una plantilla en Excel como la que se
muestra en la Figura 5 que facilite los cálculos
previos mencionados en este ejemplo, lo cual
facilita cambiar la pendiente de acuerdo a las
condiciones del terreno y que se cumpla la
relación plantilla-tirante normal y velocidades
permisibles.
Volumen medio anual escurrido
El volumen aprovechable o factible a captar de
acuerdo a la superficie (36.5 ha), precipitación
(752.7 mm promedio anuales) y coeficiente de
escurrimiento (0.102) es:
𝑉! =
!∙!∙!!
!"""
=
!"#.!∗!"#,!!!∗!.!"#
!"""
=
28,023.021𝑚!
𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠
Este volumen es la cantidad de agua que se
puede aprovechar o captar en una superficie de
36.5 ha en un año, con esta información se
recomienda realizar un balance de masas a
nivel mensual para determinar las dimensiones
adecuadas de la obra de almacenamiento.
Trazo
En virtud que los canales de llamada se trazan
transversalmente a la pendiente dominante de la
B. L. = 0.15 m
Ancho de la SLA = 2.24 m
Z= 2
Plantilla b = 0.40 m
Yn = 0.46 m
2.84 m
Pendiente	(s) 0.001
Material	(n) 0.02 Tierra
Z 2
Gasto	diseño 0.37 m3
/s
b yn b/yn A P Rh V	continuidad V	manning Criterio Q	manning
Plantilla	(m) Tirante	(m) b/d Área	(m2)
Perímetro	
mojado	(m)
Radio	hidráulico	
(A/P)
Velocidad	(m/s) Velocidad	(m/s)
Tolerancia	
en	velocidad
Gasto	(m3
/s)
0.360 0.43000 0.84 No	se	acepta 0.525 2.283 0.230 0.705 0.593 11.2% 0.31
0.370 0.44000 0.84 No	se	acepta 0.550 2.338 0.235 0.673 0.603 7.0% 0.33
0.377 0.45976 0.82 Se	acepta 0.596 2.433 0.245 0.621 0.619 0.2% 0.37
0.385 0.46000 0.84 No	se	acepta 0.600 2.442 0.246 0.616 0.620 -0.4% 0.37
0.390 0.47000 0.83 No	se	acepta 0.625 2.492 0.251 0.592 0.629 -3.7% 0.39
0.400 0.48000 0.83 No	se	acepta 0.653 2.547 0.256 0.567 0.638 -7.1% 0.42
0.500 0.49000 1.02 No	se	acepta 0.725 2.691 0.269 0.510 0.660 -14.9% 0.48
DATOS	DE	PROYECTO
Criterio
Diseño hidráulico de un canal de llamada
15
ladera, la cimentación del terraplén debe
banquearse como se muestra en la Figura 6.
La distancia AB varía de 4 a 5 veces el tirante
para suelos de grava de primera clase con
arcilla suficiente para asegurar cohesión, y de 8
a 10 veces para suelos más ligeros o arcillosos.
En cualquier caso, el terraplén debe ser
suficientemente grande para prevenir fugas
excesivas y tubificación o bien, tener un corazón
impermeable o un revestimiento. En el cálculo
del libre bordo del canal debe preverse el
asentamiento que va a sufrir el terraplén.
Sobre las laderas, el trazo del canal debe seguir
en lo posible las curvas de nivel del terreno, con
pendientes longitudinales que varíen entre 0.001
y 0.002. De este modo, las curvas horizontales,
para cambiar la dirección del canal, afectan las
cantidades de corte y relleno. Por otra parte, los
contornos resultantes de las curvas de nivel, en
terrenos accidentados, pueden ser demasiado
irregulares para ser seguidos por un canal de
tamaño apreciable. En éste último caso, la
profundidad del corte debe variar, pero
buscando la compensación entre los tramos de
corte en exceso con los de relleno en déficit.
Esto implica que debe analizarse la curva masa
para mantener las distancias de acarreo en
márgenes económicamente viables.
Figura 6. Corte y relleno en ladera
Es necesario considerar las condiciones
geológicas del terreno, ya que influyen en forma
decisiva sobre la ubicación del canal y la
determinación de sus secciones transversales.
Por ello se debe explorar las formaciones
geológicas, disposiciones de los estratos, fallas,
calidad de la roca (grado de fisuramiento,
permeabilidad, resistencia, tendencia al
intemperismo, etc.) en cortes y rellenos,
tomando en cuenta su profundidad o altura, la
cimentación de los muros del canal y del relleno,
así como la extensión y calidad del
revestimiento.
Recomendaciones para el trazo del canal
Cuando se trata de trazar un canal de llamada
es necesario recolectar la información que
pueda conjugarse para su buen trazo:
• Fotografías aéreas para localizar el área
de estudio.
• Planos topográficos y catastrales
• Estudios geológicos, suelos y vegetación.
Una vez obtenida la información cartográfica
necesaria, en escala 1:50,000 o más precisa, se
procede en gabinete a identificar un trazo
preliminar, el que se replantea en campo y se le
hacen los ajustes necesarios para identificar el
trazo definitivo.
En el caso de no existir información topográfica
básica se procede a levantar el relieve por
donde pasará el canal, procediendo con los
siguientes pasos:
• Reconocimiento del terreno
Se recorre la zona anotando todos los detalles
que influyen en la determinación de un eje
probable de trazo, estableciendo el punto inicial
y punto final.
• Trazo preliminar
A B
Terreno natural
Diseño hidráulico de un canal de llamada
16
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 equipo topográfico.
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, máximo
cada 20 m.
• Trazo definitivo
Con los datos del trazo preliminar 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. El proyectista se puede auxiliar del
software de Civilcad ®, para el trazo bajo las
condiciones de frontera establecido, con la
finalidad de cuantificar los volúmenes de cortes
y rellenos, se buscará que la relación
corte:relleno sea 1:1 para no sobreelevar los
costos de la obra.
Bibliografía
1. Arteaga, E. et,al. 2009. Hidráulica de los sistemas de conducción. Universidad Autónoma
Chapingo. Chapingo, México.
2. Campos, A. 1977. Recopilación de fórmulas empíricas para el cálculo del tiempo de
concentración y de pico. Subdirección Regional Noroeste de Obras hidráulicas. S.A.R.H.,
México.
3. CONAGUA. 2016. Comisión Nacional del Agua. Lineamientos técnicos: sistema de captación
de agua de lluvia con fines de abasto de agua potable a nivel vivienda. Programas de agua
potable. Programa Nacional para Captación de Agua de lluvia y Ecotecnias en zonas rurales
(PROCAPTAR). Abastecimiento de agua por captación de agua de lluvia. México.
4. Espinosa, R. 2001. Diseño hidráulico de estructuras en canales. Tesis profesional. Programa
de Maestría y Doctorado en Ingeniería. FI. Universidad Nacional Autónoma de México.
5. Sotelo A. G. 2002. Hidráulica de canales. México. UNAM. Facultad de Ingeniería. 836 p.
Diseño hidráulico de un canal de llamada
17
“DISEÑO HIDRÁULICO DE UN
CANAL DE LLAMADA”
Segunda Edición
México, Noviembre 2017
Secretaría de Agricultura,
Ganadería, Desarrollo Rural,
Pesca y Alimentación
Subsecretaría de Desarrollo Rural,
Dirección General de Producción
Rural Sustentable en Zonas
Prioritarias
Responsables de la Ficha
Dr. Mario R. Martínez Menes
(mmario@colpos.mx)
Dr. Demetrio Fernández Reynoso
(demetrio@colpos.mx)
M. C. Hilario Ramírez Cruz
(ramirezcruzhi@gmail.com)
Ing. Ma. Clara Elena Mendoza
González
Ing. Rodiberto Salas Martínez
Colegio de Postgraduados
Carretera México-Texcoco, km 36.5
Montecillo, Edo. de México 56230
Tel. 01 (595) 95 2 02 00 (ext. 1213)

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  • 1. Diseño hidráulico de un canal de llamada 1
  • 2. Diseño hidráulico de un canal de llamada 2 Introducción Los canales de llamada son estructuras para la captación de agua pluvial, que se excavan de manera transversal a la pendiente de una ladera natural, con diversas dimensiones para alimentar a un jagüey u olla de agua, es decir, se asocian con obras de almacenamiento que carecen de una fuente de agua constante como un manantial o de una corriente de agua o cuando el gasto que las alimenta no satisface la demanda de agua. Estas estructuras, tienen por objeto conducir los escurrimientos superficiales de las laderas naturales a fin de incrementar el volumen captado y poder almacenar la mayor cantidad posible. Se recomienda construir el canal sin revestir para evitar altos costos de construcción en comparación con canales revestidos por sus altos costos en inversión inicial, salvo la mejor opción que sea justificada, dadas las posibilidades de financiamiento y las condiciones del sitio. Definición Un canal de llamada es un conducto natural o artificial por donde fluye el agua captada por acción de la acción de la fuerza de gravedad. Se caracteriza por presentar una superficie libre expuesta a presión atmosférica (5). Objetivo • Interceptar y transportar el agua del escurrimiento superficial proveniente de zonas altas y aguas arriba de la obra de almacenamiento. • Interceptar el escurrimiento superficial y subsuperficial en zonas de ladera. • Aumentar el área de captación que aporta agua a obras de almacenamiento. Ventajas • Si se construyen sin revestimiento, son de bajo costo debido a que solo emplearía herramienta menor, comparado con un canal de llamada con revestimiento de concreto. • Permiten incrementar el volumen del almacenamiento de la obra principal al incrementar el área de captación. • Se aprovecha el agua de lluvia evitando que se pierda escurrimiento superficial. • Son de fácil mantenimiento, ya que su limpieza se lleva a cabo con un afine de taludes. • Sirve como brecha cortafuego y disminuye los efectos de la erosión hídrica. Condiciones para establecer un canal de llamada y elementos básicos a considerar El canal de llamada se diseña con base la cantidad de agua captada en su área de drenaje, esta área puede variar desde una pequeña ladera, microcuenca hasta grandes cuencas. La cantidad de agua está en función de la precipitación, condiciones fisiográficas, uso y características físicas del suelo, y geología al interior del área de drenaje, por lo que será necesario realizar el estudio hidrológico e hidráulico correspondiente. La selección de las fuentes de información depende de la delimitación de la zona de estudio, en este caso, es necesario conocer la superficie que aporta escurrimiento, el tipo y uso
  • 3. Diseño hidráulico de un canal de llamada 3 de suelo presente, la pendiente, longitud de la ladera o del cauce principal si se trata de una cuenca, el desnivel y precipitación máxima en 24 horas para un periodo de retorno de 10 años. Cabe mencionar que la sección transversal a elegir va depender de las condiciones propias del lugar, del tipo de material que se disponga. Se diseñan usualmente con formas geométricas regulares, de esta manera se tienen que las secciones trapecial y rectangular son común en canales revestidos, la triangular en canales pequeños y cunetas de carreteras, la parabólica se usa como aproximación de secciones en canales naturales, la circular es utilizada en alcantarilla, colectores y túneles (2). Condiciones hidrológicas Estimación del gasto de diseño por el método racional modificado El método racional utiliza la lluvia máxima en 24 horas, para diferentes periodos de retorno, en lugar de la intensidad de lluvia. El método permite estimar gastos máximos en cuencas de drenaje natural con áreas menores de 770 km2 y con tiempos de concentración (Tc) entre 0.25 y 24 horas utilizando las siguientes ecuaciones: 𝑞! = ! ! ! !"# ………….……………………………. (1) Dónde: qp = Escurrimiento máximo instantáneo (m3 s-1 ) C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional) L = Lluvia máxima en 24 horas para el período de retorno deseado (mm h-1 ) A = Área de drenaje (ha) El tiempo de concentración (tc) se estima con la ecuación (2): 𝑡! = !.!" !!.!! !!.!"# …………………………………. (2) Donde: tc = Tiempo de concentración (min) L = Longitud del área de drenaje (m) H = Desnivel del área de drenaje (m) Este método considera que para un periodo crítico, la lluvia reportada en 24 horas puede presentarse en una hora, por tal razón este valor se debe expresar en mm h-1 (2), ecuación 2. Este método puede utilizar las curvas de intensidad duración de la lluvia para un periodo de retorno de 10 años1 , El tiempo de concentración se iguala al tiempo de duración de la tormenta en el caso de utilizar la lluvia máxima en 24 horas y cuando se utilizan las curvas de intensidad duración para un periodo de retorno de 10 años se obtiene la intensidad de la lluvia que se puede utilizar en lugar de la lluvia máxima en 24 horas de la ecuación (1). Lluvia máxima en 24 horas y precipitación media anual Recopilar la información de precipitación media anual y máxima en 24 horas de la zona de por lo menos 15 años anteriores y si existen más de 30 es mejor, apoyarse con las normales climatológicas. La información histórica registrada por estas estaciones se encuentra en una base de datos llamada CLICOM y se pueden consultar a través del sitio de Internet 1 Para obtener la intensidad de la lluvia revise la página web http://www.sct.gob.mx/carreteras/direccion-general-de- servicios-tecnicos/isoyetas/. Las intensidades de lluvia en mm h -1 para cada estado de la República Mexicana se reportan para periodos de retorno de 10, 20, 25, 50 y 50 años y para
  • 4. Diseño hidráulico de un canal de llamada 4 del Servicio Meteorológico Nacional en la siguiente liga: http://smn.cna.gob.mx/es/climatologia/informacio n-climatologica. Posteriormente, elegir la estación más cercana al sitio de estudio. Es recomendable eliminar los años que no cuenten con datos completos, principalmente si estos se ubican en los meses de Junio a Octubre. Con esta información se calcula la precipitación máxima en 24 h para un periodo de retorno de 10 años y la precipitación media del área de drenaje. Elementos geométricos de un canal Para diseñar canales es necesario conocer la forma, área, radio hidráulico y ancho superficial, elementos geométricos de diseño que conforman una sección transversal de cualquier tipo. En el Cuadro 1 se muestran estos elementos para las secciones transversales más comunes. Cuadro 1. Elementos geométricos de las secciones transversales SECCION AREA PERÍMETRO MOJADO RADIO HIDRÁULICO ANCHO SUPERFICIAL zy 2 12 2 +zy 12 2 2 +zy zy 2zy by b + 2y yb by 2+ b (b+zy)y 12 2 ++ zyb 12 )( 2 ++ + zyb yzyb b+2zy (2/3)yB B yB 3 8 2 + 22 2 83 2 yB yB + y B 3 3 Los elementos geométricos son propiedades que definen la sección del canal. A continuación se describen. 1 z y zy 1 z zy y (z²+1) y b 1 z zy zy b y 1 z B yv(z²+1) B y
  • 5. Diseño hidráulico de un canal de llamada 5 Tirante (y). Es la distancia vertical desde el punto más bajo de la sección del canal hasta la superficie libre. Ancho de la superficie libre del agua (T). Es la longitud horizontal del espejo libre del agua, medido desde donde toca el agua al canal hasta el otro extremo. Área hidráulica (A). Es el área de la sección transversal perpendicular a la dirección del flujo. Perímetro de mojado (P). Es la longitud de la línea de intersección de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la dirección de flujo. Radio Hidráulico (Rh). Es la relación del área mojada con respecto a su perímetro de mojado. 𝑅! = ! ! ……………………………………..…… (3) Plantilla (b). Es el ancho del canal en la base, es decir, es la distancia horizontal del canal en su base. Talud (z). Es la inclinación de los lados del canal, se expresa por las unidades de distancia horizontal que hay por una vertical. Bordo libre (e). Es la altura desde la superficie libre del agua a su tirante de diseño hasta donde termina el canal. El bordo libre sirve para disponer de un área hidráulica mayor a la de diseño para que el canal tenga capacidad de amortiguar ciertos incrementos de gasto por operación o por efecto del escurrimiento durante una tormenta, Cuadro 2 y 3. Corona (C). Es el terraplén que se construye a ambos lados del canal para protección del mismo. Cuadro 2. Valores de bordo libre y ancho de corona en canales de tierra Gasto (m3 s-1 ) Bordo Libre (m) Ancho de corona en bordo (m) Con camino Sin camino 0 - 0.5 0.35 4.0 1.5 0.5 - 1.0 0.40 4.0 1.5 1.0 - 2.0 0.50 4.0 2.0 2.0 - 3.0 0.55 4.0 2.0 3.0 - 4.0 0.60 4.0 2.0 4.0 - 10.0 0.70 4.0 2.0 10.0 - 20.0 0.80 4.0 3.0 20.0 - 40.0 1.00 5.0 3.0 Fuente: Arteaga, 2009. Cuadro 3. Valores de bordo libre y ancho de corona en canales revestidos Gasto (m3 /s) Bordo Libre (cm) Ancho de corona en bordo (m) Con camino Sin camino 0 - 0.5 15 4.0 2.5 0.5 - 1.0 20 4.0 2.5 1.0 - 2.0 25 4.0 2.5 2.0 - 3.0 25 4.0 2.5 3.0 - 4.0 30 4.0 2.5 4.0 - 10.0 30 4.0 2.5 10.0 - 20.0 35 4.0 3.0 20.0 - 40.0 40 6.0 4.0 Fuente: Arteaga, 2009. Velocidades mínimas y máximas permisibles Para que no exista depósito de sedimentos en el canal, la velocidad mínima será de 0.40 m s-1 . La velocidad máxima dependerá del tipo de suelo en el que se encuentre alojado el canal.
  • 6. Diseño hidráulico de un canal de llamada 6 Cuadro 4. Velocidades permisibles en canales sin revestir Autor Material Velocidades permisibles (m s -1 ) Mínima Máxima ASCE Arcilla 0.45 0.75 Arena 0.75 1.25 Grava 1.25 2.0 Etcheverry Conglomerado o grava cementada 2.0 2.5 Esquistos o pizarras 2.0 2.5 Roca sedimentaria suave 2.0 2.5 Roca sedimentaria dura 3.0 4.5 Fortier y Scobey Arena fina, no coloidal - 0.76 Franco arenoso, no coloidal - 0.76 Franco limoso, no coloidal - 0.91 Limos aluviales, no coloidales - 1.07 Tierra negra firme común - 1.07 Ceniza volcánica - 1.07 Arcilla dura, muy coloidal - 1.52 Limos aluviales, coloidales - 1.52 Pizarra y tepetate - 1.83 Grava fina - 1.52 Tierra negra graduada a piedritas cuando no es coloidal - 1.52 Limos graduados a piedritas cuando no es coloidal - 1.68 Grava gruesa no coloidal - 1.83 Piedritas y ripio - 1.68 Bureau of reclamation Canales laterales 0.45 0.75 Canales principales 0.60 1.35 Fuente: Espinosa, 2001. Cuadro 5. Velocidades permisibles en canales revestidos Tipo de revestimiento Material Condición Velocidad permisible (m s -1 ) Mínima Máxima Rígido Concreto Juntas suaves y superficie lisa 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉! Alojado en suelo de partículas finas y sin cohesión 1 1.5 Alojado en terreno sano 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉! Reforzado 1.2*Vc 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 10 Lanzado neumáticamente 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉! Canales pequeños y rectos 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉! Mampostería 3ª clase Alojada en cualquier terreno 1 2.5 ≥ 𝑉 ≤ 0.8𝑉! Flexible Concreto asfáltico Alojados en cualquier terreno 1 1 ≤ 𝑉 ≤ 1.5 Arcilla compactadas 1 0.6 ≤ 𝑉 ≤ 1.25 * Vc= Velocidad crítica (m/s). Fuente: Espinosa, 2001
  • 7. Diseño hidráulico de un canal de llamada 7 Talud. El talud define la inclinación de las paredes laterales del canal, depende principalmente de las propiedades mecánicas del tipo de material en que se construya a fin de evitar derrumbes. En el Cuadro 6 se recomiendan valores del talud en función del material en que se construyan los canales. Cuadro 6. Valores de talud (z:1) para canales Material Talud Roca sana no estratificada 0 a 0.25 Roca estratificada ligeramente alterada 0.25 a 0.5 Rocas alteradas, tepetate duro 1 Grava angulosa 1 Tierra con revestimiento de piedra 1 Arcilla dura o tierra con revestimiento de concreto 0.5 a 1 Arcilla firme o tierra para pequeñas zanjas 1.25 Suelo limo-arenoso con grava gruesa 1 a 1.5 Areniscas blandas 1.5 a 2 Limo arcilloso 0.75 a 1 Limo arenoso 1.5 a 2 Material poco estable, arena, etc. 2 Limos arenosos o arcilla porosa 3 Concreto 1.0 a 1.25 Fuente: Arteaga, 2009 y Espinosa, 2001. Coeficiente de rugosidad La selección del coeficiente de rugosidad es un factor importante en el diseño de canales. Este coeficiente depende de diversos factores y varía con el tiempo (tipo y degradación del material, acumulación de azolves, presencia y crecimiento de maleza en la sección, etc.). Depende del tipo del tipo de material en el cual se construya el canal o se revista la sección. Cuadro 7. Valores del coeficiente de rugosidad n de Manning Material del canal Mínimo Medio Máximo Rocas salientes sinuosas 0.035 0.040 0.050 Tepetate liso y uniforme 0.025 0.035 0.040 Tierra alineada y uniforme 0.017 0.020 0.025 Tierra construida con draga 0.025 0.028 0.038 Mampostería seca 0.025 0.030 0.033 Mampostería con concreto 0.017 0.020 0.025 Concreto 0.013 0.015 0.020 Asbesto-cemento 0.009 0.10 0.011 PVC y polietileno 0.007 0.008 0.009 Fierro fundido 0.011 0.014 0.016 Acero remachado 0.013 0.015 0.017 Fuente: Arteaga, 2009. Sección óptima El criterio de diseño de la sección óptima es obtener la menor área hidráulica y perímetro mojado pero con capacidad para conducir el gasto máximo. El diseño con la menor área hidráulica implica menor excavación, el menor perímetro mojado y menor revestimiento, esto es, se realizan menores inversiones. Obras asociadas a un canal de llamada Unas de las obras que rigurosamente se deben considerar en el diseño y construcción son los desarenadores en canales de llamada antes de que el agua y sedimentos lleguen a la fuente de almacenamiento, se puede construir en tierra o revestidos (Figura 1 y 2). Su ubicación puede ser antes y cercana a la fuente de almacenamiento (Figura 1), o al inicio de la captación cuando se trata de aprovechar el agua de algún escurrimiento intermitente (Figura 2).
  • 8. Diseño hidráulico de un canal de llamada 8 Figura 1 . Desarenador antes de llegar a la obra de almacenamiento Figura 2. Desarenador al inicio de la captación del escurrimiento Volumen escurrido promedio anual a captar Para determinar el volumen de captación factible por aprovechar se sigue el procedimiento que se menciona a continuación (3): 1. Obtener la precipitación anual promedio según la NMX-AA-164-SCFI-2013, con la siguiente expresión, o en su caso emplear el promedio anual de las normales climatológicas. 𝑝 = !! ! ! !!! ……………………………….. (4) Donde: 𝑝 = Precipitación promedio anual, en mm. 𝑝𝑖 = Precipitación en el año “i”, en mm. n = número de años. 2. Después de la obtención de las láminas promedio anuales, se obtiene el volumen anual promedio de captación (Ve). Éste volumen se obtiene con la siguiente expresión: 𝑉! = !∙!∙!! !""" ……………………………………. (5) Donde: 𝑉e = Volumen promedio de captación anual, en m3 . 𝑝 = Precipitación promedio anual, en mm. A = Área de captación, en m2 . C 𝑒 = Coeficiente de escurrimiento, adimensional. Para su estimación se empleará la NORMA Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000. 1000 = factor de conversión de unidades. Área de captación El área drenada de una superficie de captación es la extensión del terreno aguas arriba del
  • 9. Diseño hidráulico de un canal de llamada 9 canal que alimentará al mismo, puede ser una ladera o una cuenca (Figura 3). Se obtiene principalmente de plano topográficos, mapas o fotografías áreas. Otra herramienta son los Modelos de Elevación Digital (MED), junto con los sistemas de Información Geográfica (SIG) son útiles y precisos. Los levantamientos topográficos en campo se recomiendan especialmente para microcuencas, ya que generalmente no se cuentan con mapas topográficos o información suficiente a pequeña escala. Figura 3. Área de captación, canal de llamada y olla de agua. Fuente: Elaboración e imagen propia Coeficiente de escurrimiento De a acuerdo con la NOM-011-CNA-2000 de la Comisión Nacional del Agua, el valor del coeficiente de escurrimiento va a depender del tipo y uso de suelo y de la precipitación anual de la zona en estudio. Para esto hay una clasificación de suelos en tres diferentes tipos: A (suelos permeables); B (suelos medianamente permeables); y C (suelos casi impermeables). Con el tipo de suelo y el uso actual del suelo, se obtiene el valor del parámetro K (Cuadro 8). Cuadro 8. Valores de K, en función del tipo y uso de suelo TIPO DE SUELO CARACTERÍSTICAS A Suelos permeables, tales como arenas profundas y loess poco compactos B Suelos medianamente permeables, tales como arenas de mediana profundidad: loess algo más compactados que los correspondientes a los suelos A; terrenos migajosos C Suelos casi permeables, tales como arenas o loess muy delgados sobre una capa impermeable, o bien arcillas USO DEL SUELO TIPO DE SUELO A B C Barbecho, áreas incultas y desnudas 0.26 0.28 0.30 Cultivos: En hilera 0.24 0.27 0.30 Legumbres o rotación de praderas 0.24 0.27 0.30 Granos pequeños 0.24 0.27 0.30 Pastizales: % del suelo cubierto o pastoreo Más del 75% - poco- 0.14 0.20 0.28 Del 50 al 75% - regular- 0.20 0.24 0.30 Menos del 50% - excesivo- 0.24 0.28 0.30 Bosque: Cubierto más del 75% 0.07 0.16 0.24 Cubierto del 50 al 75% 0.12 0.22 0.26 Cubierto del 25 al 50% 0.17 0.26 0.28 Cubierto menos del 25% 0.22 0.28 0.30 Zonas urbanas 0.26 0.29 0.32 Caminos 0.27 0.30 0.33 Praderas permanentes 0.18 0.24 0.30 Fuente: NOM-011-CNA-2000.
  • 10. Diseño hidráulico de un canal de llamada 10 Si en la cuenca de estudio existen diferentes tipos y usos de suelo, el valor de K se calcula como la resultante de subdividir la cuenca en zonas homogéneas y obtener el promedio ponderado de todas ellas. Una vez obtenido el valor de K, el coeficiente de escurrimiento anual (Ce), se calcula mediante las formulas mostradas en el Cuadro 9. Cuadro 9. Criterios para estimar el valor del coeficiente de escurrimiento de acuerdo con la precipitación K: PARÁMETRO QUE DEPENDE DEL TIPO Y USO DEL SUELO COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO MEDIO ANUAL (Ce) Si K resulta menor o igual a 0.15 𝐶𝑒 = 𝐾(𝑃 − 250) 2000 Si K es mayor que 0.15 𝐶𝑒 = 𝐾(𝑃 − 250) 2000 + (𝐾 − 0.15) 1.5 P = precipitación media anual, en mm. El rango donde las fórmulas se consideran validas es para precipitaciones anuales entre 350 y 2150 mm. Diseño hidráulico del canal El diseño hidráulico del canal está basado en el método de máxima eficiencia, el cual busca que la sección transversal seleccionada en canales sin revestir, la filtración sea mínima; y en canales revestidos, sea la más eficiente. • Información disponible. ! El gasto a conducir. Este dato se obtiene del análisis hidrológico. ! Tipo de material de construcción del canal, el cual definirá el coeficiente de rugosidad (n), Talud (z), Velocidad máxima y mínima permisible. ! La pendiente (S0) del fondo del canal se define con base en el estudio topográfico, los valores propuestos de pendientes máximas permisibles para no causar erosión en canales sin revestir (Cuadro 10). Cuadro 10 . Pendientes máximas permisibles en los canales sin revestir Longitud del terreno (m) Pendiente en % Suelo erosionable Suelo resistente Mayor de 150 0.35 0.5 60 – 150 0.5 0.65 30 – 60 1 1.5 Menor de 30 2 2.5 • Condiciones que se deben cumplir. ! Que la velocidad sea menor que la permisible para que no cause erosión, pero mayor que 0.4 m s-1 para que no provoque sedimentación. ! En canales de sección rectangular y trapecial, la relación entre la plantilla y el tirante normal para los valores mínimos y máximo en canales revestidos y no revestidos deben cumplir las relaciones que se muestran en el Cuadro 11. El valor de alfa (α) se calcula con la siguiente expresión: 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 ! ! ………………………………... (6) ! Donde: z valor del talud, adimensional. Para z=0, 𝛼=90 ! Una vez definidos los datos, se inicia con el proceso de diseño hidráulico del canal.
  • 11. Diseño hidráulico de un canal de llamada 11 Cuadro 11. Relación b/yn para máxima eficiencia canales revestidos y no revestidos Caso de aplicación diseño hidráulico del canal de llamada sin revestir Una olla de agua se localiza en San Juan de las Joyas, Guerrero, tiene una superficie de captación de 36.5 ha y se requiere construir dos canales de llamada de sección trapecial con longitud de 100 m. La textura del terreno es media (limo arenoso) y la pendiente de la ladera es de 5.09 %, Figura 3. El procedimiento para el diseño de los canales de llamada se presenta a continuación: Procedimiento de cálculo El escurrimiento máximo esperado para un período de retorno de 10 años se calcula utilizando la lluvia máxima en 24 h. Para ello, se utilizó los datos de precipitación diaria de 25 años de la estación meteorológica 12154 Zicapa, estado de Guerrero, a cargo del Servicio Meteorológico La precipitación media anual de acuerdo a las normales climatológicas es de 752.7 mm. Para cada año se obtuvo la lluvia máxima en 24 h, posteriormente dicho valor se ordenó de mayor a menor y se le asignó un número de orden para obtener la probabilidad de excedencia y el periodo de retorno utilizando las siguientes relaciones: 𝑇𝑟 = !!! ! ………………………….………….… (7) 𝑃𝑒 = ! !!! ………………………………………. (8) Donde: Tr = Periodo de retorno, en años. n = Número de años de registro. m = Número de orden de mayor a menor. Pe = Probabilidad de excedencia. Con esta información se obtuvo la lluvia máxima en 24 h para diferentes periodos de retorno (Cuadro 12). Cuadro 12. Lluvia máxima en 24 h para diferentes periodos de retorno Datos en orden cronológico Lluvia máxima ordenada de mayor a menor Año Lluvia máxima en 24 h (mm) Número de orden (m) Lluvia máxima en 24 h (mm) Pe Tr (años) 1989 48 1 80.00 0.038 26.000 1991 35.4 2 77.00 0.077 13.000 1992 37 3 69.00 0.115 8.667 1993 50 4 68.00 0.154 6.500 1994 40 5 67.00 0.192 5.200 1995 53 6 65.00 0.231 4.333 1996 50 7 64.00 0.269 3.714 1997 53 8 60.00 0.308 3.250 1998 64 9 60.00 0.346 2.889 1999 50 10 60.00 0.385 2.600 2000 65 11 53.00 0.423 2.364 2001 40 12 53.00 0.462 2.167 2002 80 13 50.00 0.500 2.000 2003 68 14 50.00 0.538 1.857 2004 49 15 50.00 0.577 1.733 2005 29 16 49.00 0.615 1.625 2006 60 17 48.00 0.654 1.529 2007 25 18 42.00 0.692 1.444 2008 69 19 42.00 0.731 1.368 2009 60 20 40.00 0.769 1.300 2010 60 21 40.00 0.808 1.238 2011 42 22 37.00 0.846 1.182 2012 42 23 35.40 0.885 1.130 2013 67 24 29.00 0.923 1.083 2014 77 25 25.00 0.96 1.040 Valor mínimo Valor máximo Valor mínimo Valor máximo Revestidos No revestidos
  • 12. Diseño hidráulico de un canal de llamada 12 Como se requiere la lluvia máxima en 24 h para un periodo de retorno de Tr = 10 años, del Cuadro 12 se buscó la lluvia correspondiente a 10 años, para ello, se interpolo de 13 y 8.667 años con lluvias máximas en 24 h de 69 y 77 mm, respectivamente y es encontró un valor de 71.47 mm 2 . Utilizando la NOM-011-CNA-2000 del Cuadro 8, se obtuvo el valor de K, para un bosque con una cobertura entre el 50 al 75% y un tipo de suelo de textura media (B) y se seleccionó un valor de 0.22. Debido a que el valor de K=0.22 > 0.15, de acuerdo al Cuadro 9 el valor del coeficiente de escurrimiento (Ce) se calcula con la siguiente expresión, para una precipitación media anual de 752.7 mm: 𝐶𝑒 = !(!!!"#) !""" + (!!!.!") !.! = !.!!(!"#.!!!"#) !""" + (!.!!!!.!") !.! =0.102 El gasto máximo se calculó aplicando la ecuación 1 para una superficie de 36.5/2=18.25 ha ya que en ambas márgenes de la olla se construirán canales de llamada. 𝑞! = 𝐶𝐿𝐴 360 = 0.102 ∗ 71.47 ∗ 18.25 360 = 0.37 𝑚! 𝑠!! De esta manera se obtiene un gasto máximo de 0.37 m3 s-1 que equivale a 370 lps. Con el gasto obtenido para un periodo de retorno de 10 años qp=0.37 m3 s-1 , se realiza el diseño hidráulico del canal de tierra de sección trapezoidal en un suelo limo arenoso. 2 Se asume que la lluvia máxima en 24 h de 71.47 mm para un periodo de retorno de 10 años se presentó en una hora, entonces I= 71.47 mm h -1 . También se puede estimar el tiempo de concentración con la ecuación 2 y transfórmala a horas. Al dividir la precipitación en 24 h entre el tiempo de concentración se obtiene la intensidad de la lluvia en mm h -1 . La velocidad máxima permisible para canales en tierra o sin revestir de 1.07 m s-1 , y la velocidad mínima permisible de v=0.45 m s-1 se seleccionaron del Cuadro 4 y el talud para el canal de acuerdo con el tipo de material es de Z=2.0 (Cuadro 6) y el coeficiente de rugosidad n=0.020 para tierra alineada y uniforme (Cuadro 7). El proceso de diseño es el siguiente. 1. El gasto a conducir es qp=0.37 m3 s-1 , z=2, n=0.020. 2. La relación entre la plantilla y el tirante normal para cumplir con la condición de mínima infiltración para un valor de α=arctan(1/2)=26.56° se calcula con el valor mínimo y máximo de la relación b/yn (Cuadro 13). Cuadro 13. Relación b/yn para mínima filtración en canal de tierra Valor mínimo Valor medio Valor máximo 𝒃 𝒚 𝒏 = 𝟑𝒕𝒂𝒏 𝟐𝟔. 𝟓𝟔 𝟐 = 𝟎. 𝟕𝟎𝟖𝟎 𝒃 𝒚 𝒏 = 𝟎. 𝟖𝟐𝟔 𝒃 𝒚 𝒏 = 𝟒𝒕𝒂𝒏 𝟐𝟔. 𝟓𝟔 𝟐 = 𝟎. 𝟗𝟒𝟒𝟎 3. Se propone una pendiente del fondo del canal de S0=0.001, la cual debe ser menor a la pendiente máxima permisible de acuerdo al tipo de terreno (Cuadro 10). Cabe aclarar que el valor de la pendiente puede variar hasta que velocidad del flujo se encuentre entre el rango permisible establecido, en este caso la velocidad debe estar entre 0.45 y 1.07 m s-1 . 4. Se proponen valores de plantilla b en metros, se calcula el tirante normal yn. Posteriormente se calcula la relación b/yn, se aceptará el valor de b que cumpla con los límites de la relación establecidos en el paso 2. Se busca un valor de la relación b/yn
  • 13. Diseño hidráulico de un canal de llamada 13 cercano a la media. Para este caso, resulto un valor de plantilla b = 0.377 m (para fines constructivos se puede adoptar el valor de 0.40 m) y tirante normal yn = 0.46 m. b yn b/yn Criterio Plantilla (m) Tirante (m) b/d 0.360 0.43 0.84 No se acepta 0.370 0.44 0.84 No se acepta 0.377 0.46 0.82 Se acepta 0.385 0.46 0.84 No se acepta 0.390 0.47 0.83 No se acepta 0.400 0.48 0.83 No se acepta 0.500 0.49 1.02 No se acepta 5. Se calcula el área hidráulica (An), Perímetro de mojado (Pn) y Radio hidráulico (Rhn) para el tirante normal yn. 𝐴! = 0.377 ∗ 0.46 + (2 ∗ 0.46! ) = 0.596 𝑚! 𝑃! = 0.377 + 2 ∗ 0.46 5 = 2.434 𝑚 𝑅ℎ! = 0.596 2.434 = 0.245 𝑚 6. Se calcula la velocidad de flujo con la ecuación de continuidad. 𝑣 = 0.37 0.596 = 0.62 𝑚 𝑠!! 7. Se verificar que se cumpla la condición de velocidad. La velocidad del flujo es menor a la velocidad máxima permisible (1.07 m s-1 ) y mayor a la mínima (0.4 m s-1 ), por lo tanto se acepta la pendiente S0 propuesta. 0.45 ≤ 𝑣 ≤ 1.07 = 0.45 ≤ 0.62 ≤ 1.07 8. Se calcula la velocidad media con la ecuación de Manning y se compara con la velocidad calculada con la ecuación de continuidad. La diferencia entre ambas es menor al 0.5%, por lo tanto se acepta el diseño hidráulico. 𝑣! = 1 𝑛 𝑅ℎ! !/! 𝑆! !/! = 1 0.020 ∙ 0.245 ! ! ∙ 0.001 = 0.619 𝑚 𝑠!! 9. Se verifica que el valor del tirante normal sea mayor que el tirante crítico para que el flujo se encuentre en régimen subcrítico. 10.Se elige el valor del bordo libre (e=yn/3) y ancho de corona (C) del canal, se propone e= 15.3 cm y C= 1.5 m. Finalmente se obtienen las dimensiones geométricas del diseño hidráulico del canal de llamada. En el Cuadro 14, se resumen sus características y en la Figura 4. Cuadro 14. Características geométricas del canal no revestido Concepto Cantidad Unidad qp 0.37 m 3 s -1 n 0.020 Adim. z 2:1 Adim. S0 0.001 Adim. b 0.40 m yn 0.46 m A 0.596 m 2 P 2.43 m Rh 0.245 m v 0.62 m s -1 e 0.15 m C 1.5 m
  • 14. Diseño hidráulico de un canal de llamada 14 Figura 4. Sección trapezoidal del canal de llamada Figura 5. Plantilla para el cálculo de canales de sección trapecial Como sugerencia para el cálculo de los valores de las variables que intervienen en el diseño de un canal de llamada se propone la elaboración de una plantilla en Excel como la que se muestra en la Figura 5 que facilite los cálculos previos mencionados en este ejemplo, lo cual facilita cambiar la pendiente de acuerdo a las condiciones del terreno y que se cumpla la relación plantilla-tirante normal y velocidades permisibles. Volumen medio anual escurrido El volumen aprovechable o factible a captar de acuerdo a la superficie (36.5 ha), precipitación (752.7 mm promedio anuales) y coeficiente de escurrimiento (0.102) es: 𝑉! = !∙!∙!! !""" = !"#.!∗!"#,!!!∗!.!"# !""" = 28,023.021𝑚! 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 Este volumen es la cantidad de agua que se puede aprovechar o captar en una superficie de 36.5 ha en un año, con esta información se recomienda realizar un balance de masas a nivel mensual para determinar las dimensiones adecuadas de la obra de almacenamiento. Trazo En virtud que los canales de llamada se trazan transversalmente a la pendiente dominante de la B. L. = 0.15 m Ancho de la SLA = 2.24 m Z= 2 Plantilla b = 0.40 m Yn = 0.46 m 2.84 m Pendiente (s) 0.001 Material (n) 0.02 Tierra Z 2 Gasto diseño 0.37 m3 /s b yn b/yn A P Rh V continuidad V manning Criterio Q manning Plantilla (m) Tirante (m) b/d Área (m2) Perímetro mojado (m) Radio hidráulico (A/P) Velocidad (m/s) Velocidad (m/s) Tolerancia en velocidad Gasto (m3 /s) 0.360 0.43000 0.84 No se acepta 0.525 2.283 0.230 0.705 0.593 11.2% 0.31 0.370 0.44000 0.84 No se acepta 0.550 2.338 0.235 0.673 0.603 7.0% 0.33 0.377 0.45976 0.82 Se acepta 0.596 2.433 0.245 0.621 0.619 0.2% 0.37 0.385 0.46000 0.84 No se acepta 0.600 2.442 0.246 0.616 0.620 -0.4% 0.37 0.390 0.47000 0.83 No se acepta 0.625 2.492 0.251 0.592 0.629 -3.7% 0.39 0.400 0.48000 0.83 No se acepta 0.653 2.547 0.256 0.567 0.638 -7.1% 0.42 0.500 0.49000 1.02 No se acepta 0.725 2.691 0.269 0.510 0.660 -14.9% 0.48 DATOS DE PROYECTO Criterio
  • 15. Diseño hidráulico de un canal de llamada 15 ladera, la cimentación del terraplén debe banquearse como se muestra en la Figura 6. La distancia AB varía de 4 a 5 veces el tirante para suelos de grava de primera clase con arcilla suficiente para asegurar cohesión, y de 8 a 10 veces para suelos más ligeros o arcillosos. En cualquier caso, el terraplén debe ser suficientemente grande para prevenir fugas excesivas y tubificación o bien, tener un corazón impermeable o un revestimiento. En el cálculo del libre bordo del canal debe preverse el asentamiento que va a sufrir el terraplén. Sobre las laderas, el trazo del canal debe seguir en lo posible las curvas de nivel del terreno, con pendientes longitudinales que varíen entre 0.001 y 0.002. De este modo, las curvas horizontales, para cambiar la dirección del canal, afectan las cantidades de corte y relleno. Por otra parte, los contornos resultantes de las curvas de nivel, en terrenos accidentados, pueden ser demasiado irregulares para ser seguidos por un canal de tamaño apreciable. En éste último caso, la profundidad del corte debe variar, pero buscando la compensación entre los tramos de corte en exceso con los de relleno en déficit. Esto implica que debe analizarse la curva masa para mantener las distancias de acarreo en márgenes económicamente viables. Figura 6. Corte y relleno en ladera Es necesario considerar las condiciones geológicas del terreno, ya que influyen en forma decisiva sobre la ubicación del canal y la determinación de sus secciones transversales. Por ello se debe explorar las formaciones geológicas, disposiciones de los estratos, fallas, calidad de la roca (grado de fisuramiento, permeabilidad, resistencia, tendencia al intemperismo, etc.) en cortes y rellenos, tomando en cuenta su profundidad o altura, la cimentación de los muros del canal y del relleno, así como la extensión y calidad del revestimiento. Recomendaciones para el trazo del canal Cuando se trata de trazar un canal de llamada es necesario recolectar la información que pueda conjugarse para su buen trazo: • Fotografías aéreas para localizar el área de estudio. • Planos topográficos y catastrales • Estudios geológicos, suelos y vegetación. Una vez obtenida la información cartográfica necesaria, en escala 1:50,000 o más precisa, se procede en gabinete a identificar un trazo preliminar, el que se replantea en campo y se le hacen los ajustes necesarios para identificar el trazo definitivo. En el caso de no existir información topográfica básica se procede a levantar el relieve por donde pasará el canal, procediendo con los siguientes pasos: • Reconocimiento del terreno Se recorre la zona anotando todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable de trazo, estableciendo el punto inicial y punto final. • Trazo preliminar A B Terreno natural
  • 16. Diseño hidráulico de un canal de llamada 16 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 equipo topográfico. 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, máximo cada 20 m. • Trazo definitivo Con los datos del trazo preliminar 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. El proyectista se puede auxiliar del software de Civilcad ®, para el trazo bajo las condiciones de frontera establecido, con la finalidad de cuantificar los volúmenes de cortes y rellenos, se buscará que la relación corte:relleno sea 1:1 para no sobreelevar los costos de la obra. Bibliografía 1. Arteaga, E. et,al. 2009. Hidráulica de los sistemas de conducción. Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, México. 2. Campos, A. 1977. Recopilación de fórmulas empíricas para el cálculo del tiempo de concentración y de pico. Subdirección Regional Noroeste de Obras hidráulicas. S.A.R.H., México. 3. CONAGUA. 2016. Comisión Nacional del Agua. Lineamientos técnicos: sistema de captación de agua de lluvia con fines de abasto de agua potable a nivel vivienda. Programas de agua potable. Programa Nacional para Captación de Agua de lluvia y Ecotecnias en zonas rurales (PROCAPTAR). Abastecimiento de agua por captación de agua de lluvia. México. 4. Espinosa, R. 2001. Diseño hidráulico de estructuras en canales. Tesis profesional. Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería. FI. Universidad Nacional Autónoma de México. 5. Sotelo A. G. 2002. Hidráulica de canales. México. UNAM. Facultad de Ingeniería. 836 p.
  • 17. Diseño hidráulico de un canal de llamada 17 “DISEÑO HIDRÁULICO DE UN CANAL DE LLAMADA” Segunda Edición México, Noviembre 2017 Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación Subsecretaría de Desarrollo Rural, Dirección General de Producción Rural Sustentable en Zonas Prioritarias Responsables de la Ficha Dr. Mario R. Martínez Menes (mmario@colpos.mx) Dr. Demetrio Fernández Reynoso (demetrio@colpos.mx) M. C. Hilario Ramírez Cruz (ramirezcruzhi@gmail.com) Ing. Ma. Clara Elena Mendoza González Ing. Rodiberto Salas Martínez Colegio de Postgraduados Carretera México-Texcoco, km 36.5 Montecillo, Edo. de México 56230 Tel. 01 (595) 95 2 02 00 (ext. 1213)