1. FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
Título del Informe Académico
“Investigación Formativa De Obras De
Conducción-Canales.”
AUTOR (ES):
Bazallo Carrion Jeferson
Cabrera Olivares Guillermo Alexander
Estrada Meza Ronaldo
Vásquez Alvarado Jeremy Overmars
Ramírez Lara Jesús
ASESOR(A)(ES):
Ing. Edgar Gustavo Sparrow Alamo
CURSO:
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
CHIMBOTE— PERÚ
(Año)
2. INDICE
I. Introducción.............................................................................................................................. 3
II. Desarrollo.................................................................................................................................. 4
2.1. TIPOS DE CANALES.......................................................................................................................... 4
2.1.1. Tipo de Canales Según Visibilidad del Agua ........................................................................ 4
2.1.2. Tipo de Canales Según el Material........................................................................................... 4
2.1.3. Tipo de Canales Según la Sección .......................................................................................... 5
2.1.4. Clasificación de canales............................................................................................................. 5
2.2. CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO EN CANALES............................................................... 6
2.3. SECCIONES TRANSVERSALES MÁS USADAS:........................................................................ 8
2.4. CRITERIOS DE ELECCIÓN............................................................................................................... 9
2.4.1. Sección Hidráulica Optima......................................................................................................... 9
2.5. MÉTODOS DE CÁLCULO ............................................................................................................... 10
2.6.1. MÉTODO DE MANNING:................................................................................................................ 13
2.6.2. MÉTODO DEL RACIONAL: ....................................................................................................... 14
2.6.3. MÉTODO CHEZY:........................................................................................................................ 14
2.6.4. METODO DE BAZIN: .................................................................................................................. 15
2.6.5. FÓRMULA DE KUTTER:............................................................................................................ 15
2.7. El coeficiente de rugosidad........................................................................................................... 16
2.8. REVESTIMIENTO DE CANALES TIPOS Y VENTAJAS ............................................................ 18
2.9. EJEMPLOS APLICATIVOS: .................................................................................................................. 22
III. Conclusiones.......................................................................................................................... 29
IV. Referencias:............................................................................................................................ 30
3. I. Introducción
El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por acción de la
gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de
canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no actúa otra presión
que la debida a su propio peso y a la presión atmosférica.
Muchos ejemplos de canales abiertos se presentan en la naturaleza y en sistemas
diseñados para proveer de agua a comunidades o para transportar el agua de una
tormenta o el drenaje en forma segura. Los ríos y las corrientes son ejemplos obvios de
canales naturales. Los drenajes de lluvia en los edificios y en los lados de las calles
transportan agua de lluvia. Las coladeras normalmente ubicadas bajos las calles,
colectan el escurrimiento de las calles y lo conducen a la corriente principal o a una zanja
o canal hechos por el hombre.
La consideración de energía en flujos de canal abierto usualmente involucra una
determinación de la energía que posee por el fluido en una sección de interés particular.
En hidráulica se sabe que la energía total del agua en metros-kilogramos por kilogramos
de cualquier línea de corriente que pasa a través de una sección de canal puede
expresarse como la altura total en pies de agua, que es igual a la suma de la elevación
por encima del nivel de referencia, la altura depresión y la altura de velocidad.
La energía específica en una sección de canal se define como la energía de agua en
cualquier sección de un canal medido con respecto al fondo de este. Una gráfica de la
profundidad (Y) versus la energía especifica (E) es útil para visualizar los regímenes de
flujo en un canal.
4. II. Desarrollo
2.1. TIPOS DE CANALES
Los canales se pueden clasificar de varias formas, según se considere:
visibilidad del agua, material, sección.
2.1.1. Tipo de Canales Según Visibilidad del Agua
Los canales pueden ser abiertos o cerrados, pero el agua tanto en unos como
en otros siempre circula en continuo contacto con la atmósfera.
Son Canales Abiertos aquellos en los que la lámina de agua en contacto con la
atmósfera se encuentra visible. Entre las características principales de estos
canales podemos citar:
Tienen bajo coste de
limpieza.Son rápidos de
limpiar.
Necesitan un camino de servicio paralelo para limpieza.
Crean una barrera artificial que impide el acceso a distintas zonas.
Son necesarias obras singulares, como sifones, acueductos, para cruzar
otroselementos lineales como carreteras, caminos, ríos, arroyos.
Son Canales Cerrados, aquellos en los que la lámina de agua en contacto con
la atmósfera
se encuentra sin visibilidad. Entre las características principales de estos canales
podemos citar:
Tienen costes elevados de limpieza.
Las secciones mínimas vienen limitadas por motivos de
limpieza.Tienen que construirse arquetas para realizar la
limpieza.
Para el paso de otros elementos lineales no suelen ser necesarias obras
singulares.
No es necesario camino de servicio para limpieza de los mismos.
La mayor parte de estos canales son prefabricados.
2.1.2. Tipo de Canales Según el Material
Canales de Tierra, sólo en canales abiertos. Tienen un bajo coste de
construcción, pero un elevado coste de explotación y grandes pérdidas de
agua.Hormigón en Masa y Hormigón Prefabricado tanto In Situ como
Prefabricado, válido para canales abiertos.
Materiales Asfálticos, para canales abiertos.
Membranas Plásticas, como PVC, para canales abiertos.
Tuberías de Hormigón en Masa, Hormigón Armado PVC, Polietileno,
Fibrocemento, Acero, Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio, para
canalescerrados.
5. 2.1.3. Tipo de Canales Según la Sección
Semicirculares, rectangulares, trapezoidales y parabólicas. Las secciones
semicirculares y parabólicas se suelen utilizar en canales abiertos de hormigón
en masao armado prefabricado, mientras que las rectangulares y trapezoidales
en canales abiertos de cualquier tipo de material.
Rectangulares. Se utilizan tanto en canales abiertos como cerrados
2.1.4. Clasificación de canales
Los canales por su origen se clasifican en:
Canales naturales: Vienen a ser todos los cursos de agua que hay de una forma
naturalen el sistema terrestre, los que llegan a variar en magnitud, viniendo a ser
desde pequeños arroyos ubicados en las montañas, hasta grandes arroyos, ríos,
lagos, etc. También son consideradas como canales naturales las corrientes
subterráneas, sus secciones transversales de estos canales tienden a ser de
formas muy irregulares los cuales varían durante su transcurso, a lo mismo que
su alineación.
Canales artificiales: Son aquellos que se construyeron, se desarrollaron a base
del esfuerzo del hombre, viniendo a ser de provecho, los cuales son: Canales de
navegación, de riego, cunetas para drenaje agrícola, canales para centrales
hidroeléctricas, para control de inundaciones, alcantarillado pluvial, canales para
desborde, cunetas al contorno de carreteras, cunetas para drenaje agrícola. Este
tipo de canales tienden a ser diseñados con formas geométricas regulares,
construidos conuna sección transversal.
6. 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO EN CANALES
El diseño de un canal se plantea teniendo como
datos:Geometría
El gasto máximo que debe
conducir,La rugosidad de sus
fronteras y
La pendiente disponible de acuerdo con la topografía del terreno en que se
va aconstruir.
El diseño de un canal comprende su revestimiento y la determinación de las
características hidráulicas como la velocidad y el tirante que permiten establecer
el régimen del flujo de agua en el canal. En el diseño se deben 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 y taludes,
etc.
Según Sotelo Ávila, 2002, las principales consideraciones a tomar en cuenta
para el diseño de canales abiertos son:
1. La resistencia al flujo no es la única consideración importante en el diseño
y, porello, la sección hidráulica óptima no siempre representa la mejor
solución, sobretodo, económica.
2. El área hidráulica es únicamente el área de paso del agua; el volumen
total de excavación debe también incluir libre bordo, bermas, camino de
inspección, cunetas, etc.
3. El costo de la excavación no depende únicamente de la cantidad de
material removido. Consideraciones como la facilidad de acceso al sitio y
la remoción delmaterial de desecho pueden ser más importantes que el
volumen excavado.
4. Si el cuerpo del canal tiene que protegerse, el costo del recubrimiento
puede sercomparable con el de la excavación e incluso ser mayor.
5. Cuando la pendiente en canales cortos no queda absolutamente fijada por
la topografía local, se debe considerar como una variable en los cálculos
deeconomía. Un valor reducido de la pendiente suele requerir un área
hidráulica mayor, aunque menos excavación en cortes laterales.
6. Pendientes reducidas y dimensiones amplias de la sección producen
además velocidades del flujo pequeñas, que pueden ser inferiores a la de
sedimentación del material que transporta el agua y propiciar el
crecimiento de vegetación, lo que aumenta el costo del mantenimiento por
los depósitos de sedimento que seproducen.
7. 7. En el diseño de un canal no recubierto las dimensiones de la sección se
deben elegir de modo que el material resista la acción erosiva del agua,
es decir, que el flujo no erosione las fronteras y modifique su geometría,
y con ésta su capacidad de conducción; también que su costo de
operación y mantenimiento sean mínimas y que su perímetro mojado sea
el menor posible para que ocurra la mínima filtración en el subsuelo.
8. En canales recubiertos el volumen de excavación y la superficie de
recubrimiento son factores importantes en el costo, por lo cual su
optimización lo reduce. En muchos casos, el área hidráulica queda
supeditada a la pendiente disponible. Si dicha pendiente aumenta, en
general se reduce el costo del canal, pero esto puede significar menor
elevación en su extremo final y dominar menores áreas de cultivo si el
canal es de riego, o menor carga disponible sobre las máquinas si es para
alimentar una planta hidroeléctrica.
9. En general, un canal de conducción se diseña a flujo uniforme en régimen
subcrítico, excepto cuando se trate de canales cortos y de rápidas en
canales dedescarga de obras de excedencia. El régimen del flujo no debe
ser el crítico ni próximo a él, ya que, al cambiar las condiciones de diseño
por imperfecciones en la construcción, o por deficiente conservación con
el tiempo, suelen ocurrir condiciones de inestabilidad del nivel del agua
que reducen los márgenes de seguridad.
10. En los canales de fondo y paredes fijas, con o sin recubrimiento de
superficie dura, se debe limitar la velocidad media máxima del flujo para
evitar el desgastey la erosión continua del cuerpo del canal por efecto de
la turbulencia, abrasión y eventual cavitación.
11. La elección del ancho o del tirante en canales pequeños carece de
importancia,toda vez que la eficiencia hidráulica se ve poco afectada
dentro de un intervalo razonable de la proporción ancho/tirante. Ésta suele
ser del orden de 2.
12. En canales grandes conviene limitar el tirante a un máximo de 3 m para
evitar elcosto excesivo en la construcción de terraplenes altos en las
márgenes, que sean seguros bajo la presión del agua, así como minimizar
el peligro de falla de los mismos. Cuando el corte es en roca o en otros
materiales firmes, no existe gran peligro en utilizar tirantes mayores. La
proporción ancho/tirante puede llegara ser igual a 8.
8. 2.3. SECCIONES TRANSVERSALES MÁS USADAS:
Sección trapezoidal: Son usados en canales de tierra, ya que cuentan con
pendientesapropiadas para la estabilización, también son usados en canales
revestidos.
Sección rectangular: Por tener sus lados verticales, son mayormente usados
para construir canales con materiales más estables, como los acueductos de
madera, canales trabajados en excavaciones en roca, también para canales
revestidos.
Sección triangular: Son usados generalmente para cunetas revestidas, como
seobserva en las alcantarillas de las carreteras, por su finalidad de trazo también
se usanen canales de tierra, pero de una pequeña magnitud.
Sección parabólica: Se suele usar para canales revestidos, estas formas
tienden a tomar la mayoría de los canales naturales, canales antiguos de tierra.
2.3.1. SECCIONE CERRADAS
Sección circular: Es la sección más usada en canales para alcantarillas y
alcantarillados, de diferentes tamaños.
Sección parabólica: Son usadas con mayor frecuencia en estructuras hidráulicas
importantes y para alcantarillas.
9. 2.4. CRITERIOS DE ELECCIÓN
2.4.1. 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 posible, esta condición está referida
a un perímetrohúmedo mínimo, la ecuación que determina la sección de máxima
eficiencia hidráulica es:
Siendo θ el ángulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z), b plantilla del canal
y tirante o altura de agua.
Determinación de Mínima Infiltración:
Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por
infiltración encanales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo y del
tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración es:
La siguiente tabla presenta estas condiciones, además del promedio el cual se
recomienda.
De todas las secciones trapezoidales, la más eficiente es aquella donde el ángulo
a queforma el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de
máxima eficiencia debe cumplirse:
R = y/2
10. Donde:
R = Radio
hidráulicoy =
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.
Elección del talud de un Canal:
A. Por limitación topográfica: el eje de trazo por ruta que sigue un canal
atraviesa una zona topográficamente accidentada (ladera empeñada),
esta se convierte en una limitante para la selección del talud, ya que obliga
a reducir el ancho de corte de plataforma para disminuir volúmenes
excesivos de corte y garantizar la estabilidad del talud superior, por lo
tanto el ancho superficial de lacaja del canal tiene que disminuir llegando
al límite de que la inclinación sea nulay las paredes del canal sean vertical
(canal de sección rectangular).
B. Por estabilidad de suelo: Cuando los suelos en los cuales se alojan la
caja del canal son de diferentes texturas puede ser arcillosos, arenoso,
rocoso, etc. que es un factor condicionante para seleccionar el talud del
canal. En estos casos el talud del canaltendrá la inclinación necesaria que
garantice su estabilidad durante el tiempo de serviciodel canal.
2.5. MÉTODOS DE CÁLCULO
El Método de cálculo del revestimiento de canales se realiza para determinar el
grosor y el tipo de material necesario para revestir un canal, ya sea para fines de
protección contra la erosión, impermeabilización o cualquier otro propósito. Los
métodos de cálculo pueden variar según el tipo de canal y sus requisitos
específicos. Aquí te presento algunos métodos comunes utilizados en el cálculo
de revestimiento de canales:
13. lOMoAR cPSD|16328015
2.6. COMPONENTES DE UN CANAL
2.6.1. MÉTODO DE MANNING: Este método se utiliza principalmente para
calcular el revestimiento de canales en aplicaciones de transporte de agua.
Utiliza la fórmula de Manning para calcular la velocidad del flujo en el canal y
luego determinar el tamaño de las partículas del material de revestimiento
necesario para evitar la erosión.
La ecuación más utilizada es la de Manning, Y su expresión es:
𝑄 =
1
𝐴𝑅2/3𝑆1/2n
14. es
Donde:
Q=Caudal
(m3/s)
n=Rugosidad
A=Área (m2)
R=Radio hidráulico=Área de la sección húmedo/Perímetro húmedo
2.6.2. MÉTODO DEL RACIONAL: El Método Racional es uno de los más
utilizados parala estimación del caudal máximo asociado a determinada
lluvia de diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje
urbano y rural. Y tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para
la Determinación de Caudales Máximos.
La expresión utilizada por el Método Racional
es:Donde:
𝑄 = C. I. A
360
Q: Caudal máximo [m3/s]
C: Coeficiente de escorrentía.
I: Intensidad de la Lluvia de Diseño, con duración igual al tiempo de
concentración de la cuenca y con frecuencia igual al período de retorno
seleccionado para el diseño (Curvas de I-D-F) [mm/h]
A: Área de la cuenca. [Ha]
2.6.3. MÉTODO CHEZY: Fórmula hidráulica básica, desarrollada por Chezy en
1775, paradeterminar el caudal de agua en canales. Esta fórmula es el
intento más antiguo para expresar algebraicamente las pérdidas de energía
en los conductos, aunque se deducematemáticamente su aplicación es
empírica.
La fórmula permite obtener la velocidad media en la sección de un canal y establece que:
= coeficiente de Chézy, que se aplica en la fórmula de Chézy:
= radio hidráulico, en m, funcón del tirante hidráulico h un parámetro que
depende de la rugosidad de la pared
= velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante
hidráulico h
= la pendiente de la línea de agua en m/m
15. 2.6.4. METODO DE BAZIN:
que permite determinar el coeficiente o coeficiente de Chézy
2.6.5. FÓRMULA DE KUTTER:
para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos:
2.6.6. FÓRMULA DE STRICKLER:
para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos:
donde:
= coeficiente de Manning, que se aplica en la fórmula de Chézy:
= radio hidráulico (Relación entre la sección transversal y el
perímetromojado), función del tirante hidráulico h
es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared
= velocidad media del agua.
= pendiente de la línea de energía.
Integrando ambas expresiones, surge la fórmula habitual de trabajo:
También se puede escribir de la siguiente forma (usando el Sistema Internacional
deUnidades):
, o bien:
,
16. = la
= la
donde:
= Área mojada (área de la sección del flujo de agua), en m2
, función del
tirante hidráulico h
= Perímetro mojado, en m, función del tirante hidráulico h
= Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared, su valor varía
entre 0,01 para paredes muy pulidas (p.e., plástico) y 0,06 para ríos con fondo
muy irregular y con vegetación.
= Velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico
h
= Caudal del agua en m3
/s, en función del tirante hidráulico h
pendiente de la línea de agua en m/m
Para el sistema unitario anglosajón:
donde:
= Área mojada, en pies2
, función del tirante hidráulico h
= Perímetro mojado, en pies, función del tirante hidráulico h
= Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared
= Velocidad media del agua en pies/s, que es función del tirante
hidráulico h
= Caudal del agua en pies3
/s, en función del tirante hidráulico h
pendiente de la línea de agua en pies/pies
2.7. El coeficiente de rugosidad
2.8. El ingeniero irlandés Robert Manning presentó el 4 de
diciembre de 1889 en elInstitute of Civil Engineers de Irlanda, una
fórmula compleja para la obtención de la velocidad, que podía
simplificarse como.
2.9. Tiempo después fue modificada por otros y expresada en
unidades métricascomo.
17. 2.10. Cuando fue convertida a unidades inglesas, debido a que, se
obtuvo su expresión en ese sistema de unidades anglosajón,
manteniendo sin modificar los valores de.
2.11. Al hacer el análisis dimensional de se deduce que tiene
unidades . Como no resulta explicable que aparezca el
término en un coeficiente que expresa rugosidad, se ha propuesto
hacer intervenir un factor , siendo g la aceleración de la gravedad,
con lo que las unidades de serían , más propias del concepto
físico que pretende representar.
El valor del coeficiente es más alto cuanta más rugosidad presenta la superficie
de contacto de la corriente de agua. Algunos de los valores que se emplean de
n son:
18. 2.9. REVESTIMIENTO DE CANALES TIPOS Y VENTAJAS
Se proporcionan revestimientos de canales para resistir el flujo de agua a través de los
lechos y costados de los canales. Se pueden construir con diversos materiales, como
tierra compactada, cemento, hormigón, plástico, cantos rodados y ladrillos. La principal
ventaja del revestimiento de canales es que protege el agua de la pérdida por filtración.
¿Qué es el revestimiento de canales?
El revestimiento del canal es una capa
impermeable que se aplica al lecho y los lados
del canal para mejorar la vida útil y la
capacidad de drenaje del canal. El 60-80% del
agua que se pierde a través de la filtración en
los canales sin revestimiento se puede ahorrar
recubriendo los canales de construcción.
Revestimiento de tipo de suelo
Los anillos de tipo de suelo se clasifican además en dos tipos, de la siguiente manera:
Revestimiento de suelo compactado.
Los revestimientos de tierra comprimida son
adecuados para canales cuando hay tierra
disponible cerca del sitio de construcción o in
situ. Si no hay suelo disponible cerca del sitio,
es costoso construir un revestimiento de suelo
compactado. La compresión reduce el tamaño
de los poros del suelo al desplazar el aire y el
agua. Una disminución en el tamaño de los
poros aumenta la densidad del suelo, la
resistencia a la compresión y la resistencia al
corte, y disminuye la permeabilidad. Esto va acompañado de reducción de volumen y
sedimentación superficial. La compactación adecuada es esencial para aumentar la
estabilidad y la resistencia a las heladas (cuando sea necesario) y para reducir las
pérdidas por erosión y lixiviación.
Revestimiento de cemento del suelo.
Los revestimientos de suelo-cemento
consisten en una mezcla de suelo arenoso,
cemento y agua que se endurece hasta
convertirse en un material similar al hormigón.
El contenido de cemento debe ser un mínimo
de 2-8% del volumen del suelo. Sin embargo,
también se usa más cemento. En general, se
utilizan dos métodos para la construcción de
revestimientos de suelo-cemento:
19. 2.10. método de mezcla seca
2.11. método de mezcla de plástico
Se puede cubrir una capa de cemento de suelo con tierra gruesa para protección
contrala erosión y resistencia adicional en canales grandes. Se recomienda
proteger los revestimientos de suelo-cemento durante 7 días esparciendo
aproximadamente 50 mm de tierra, paja o bolsa de arpillera sobre ellos,
humedeciendo la cubierta y permitiendo que se cure adecuadamente. Continúe
regando durante 28 días después de la instalación.
Revestimiento de canal de superficie dura:
Se subdivide en cuatro tipos, que son
2.12. revestimiento de hormigón de cemento
2.13. revestimiento de ladrillo
2.14. revestimiento de plástico
2.15. revestimiento de roca
Revestimiento de hormigón de cemento:
Los revestimientos de cemento y hormigón son ampliamente utilizados y tienen
ventajasque justifican su costo relativamente alto. Son resistentes, duraderos,
relativamente impermeables e hidráulicamente eficientes. Los revestimientos de
hormigón son adecuados para canales pequeños y grandes, velocidades de flujo
altas y bajas. Sirve para todo propósito de revestimiento. Existen varios
procedimientos para el revestimiento con cemento-hormigón.
Revestimiento de ladrillo.
Para el revestimiento de ladrillos, se utiliza
mortero de cemento para colocar ladrillos
en los costados y lechos del canal.
Después de colocar los ladrillos, alise la
superficie con mortero de cemento.
20. Revestimiento de plástico.
El revestimiento de plástico del canal es una
tecnología recientemente desarrollada que se
muestra prometedora. Hay tres tipos de
membranas plásticas que se utilizan para
revestir los canales:
Polietileno de baja densidad
polietileno de alta densidad
Cloruro de polivinilo
Los beneficios de revestir los canales con plástico son numerosos. El plástico tiene un
peso insignificante, es fácil de manipular, esparcir y transportar, es inmune a la acción
química y permite una construcción rápida. Se extiende una película de plástico sobre la
subrasante preparada del canal. Se proporciona una ranura en V para asegurar la
membrana al tabique. A continuación, la película se cubre con una capa protectora de
tierra.
Revestimiento de roca.
Este tipo de revestimiento está formado por
sillares de piedra de paramento colocados con
mortero. Las piedras tratadas adecuadamente
no están disponibles en la naturaleza. Los
bloques de piedra irregulares se revisten y
astillan según sea necesario. El uso de piedra
rugosa para el revestimiento puede crear una
superficie rugosa y aumentar la resistencia al
flujo. Técnicamente, el coeficiente de arrugas
es mayor. Por lo tanto, el revestimiento de
piedra se limita a situaciones en las que la
pérdida de carga no es una consideración importante y donde la piedra está disponible
a un costo modesto.
Ventajas del revestimiento de canales:
Penetración reducida: El objetivo principal del revestimiento de canales es reducir
las pérdidas por infiltración. En algunos suelos, las pérdidas por lixiviación de agua en
canales no revestidos son alrededor del 25-50% del total de agua suministrada. El costo
del revestimiento del canal es alto, pero sus esfuerzos para salvar la mayor parte del
agua de las pérdidas por lixiviación están justificados. No se requiere el revestimiento
del canal si las pérdidas por filtración son muy pequeñas.
Prevención de inundaciones: El récord de agua es causado por un tremendo
aumento en el nivel freático debido a la filtración descontrolada en canales sin
revestimiento. Esta infiltración afecta el nivel freático circundante, haciendo que la tierra
no sea apta para el riego. Por lo tanto, este problema de inundación ciertamente se
puede prevenir mediante el revestimiento adecuado de los lados del canal.
Área de comando aumentada: Un sitio es un área apta para el riego. La capacidad
de agua de los canales revestidos es mucho mayor que la de los canales no revestidos,
por lo que se pueden regar más áreas usando canales revestidos.
21. Aumento de la capacidad del canal: Los revestimientos de canales también
pueden aumentar la capacidad del canal. La superficie de los canales revestidos es
generalmente suave, lo que permite que el agua fluya a altas velocidades en
comparación con los canales sin revestimiento. Cuanto más rápido sea el flujo, mayor
será la capacidad del canal, por lo que el revestimiento aumenta la capacidad del canal.
Por el contrario, con este aumento de capacidad, las dimensiones del canal también se
pueden reducir para mantener la capacidad del canal anterior sin revestimiento,
ahorrando costos para el proyecto.
Menos mantenimiento. Mantener canales revestidos es más fácil que canales no
revestidos. En general, los canales no tendidos tienen problemas de sedimentos y son
muy costosos de eliminar, pero en el caso de los canales construidos, el sedimento es
transportado fácilmente por el agua debido a la alta velocidad del flujo. La vegetación
puede crecer en la superficie del canal para canales no revestidos, pero no para canales
revestidos. La vegetación afecta la velocidad del flujo y la capacidad de transporte de
agua de los canales. Los canales revestidos también evitan que los roedores e insectos
dañen la superficie del canal.
Seguridad contra inundaciones: Los canales del Rin siempre resistirán las
inundaciones, mientras que los canales no revestidos no pueden, y pueden ocurrir
brechas que dañen el canal en su totalidad y las áreas y campos circundantes. Excelente
contra inundaciones y corrientes rápidas.
22. 2.9. EJEMPLOS APLICATIVOS:
Ejemplo 1.3. Un canal trapecial con b 20 ft, pendiente longitudinal del canal S0
0.0016 , talud m 2 :1 y rugosidad n 0.025 , transporta un gasto de 400 ft3 /seg.
Calcular el tirante normal y la velocidad normal. DATOS:
Q 400 ft3 /seg
b 20 ft
S = 0.0016
n 0.025
2
m=
1
Calcular: a) dn y b) Vn
solución:
23.
24. EJEMPLO
9 Un canal rectangular va a llevar un gasto de 75pies3/s, en una pendiente de 1
en 10000. Si se reviste con piedra lisa (n = 0.013), ¿Qué dimensiones debe tener si el
perímetro mojado debe ser mínimo? Empléese el coeficiente Manning.
SOLUCIÓN:
Datos:
𝑄 = 75 𝑝𝑖𝑒𝑠3
𝑠
s = 1/1000 = 0.0001
n = 0.013
Hallamos su área y perímetro.
𝐴 = 𝑏𝑦
𝑏 = 𝑏 + 2𝑦
También sabemos que el radio hidráulico
es:
𝑅 = 𝐴/𝑃
𝑏𝑦
𝑅 =
𝑏 + 2𝑦
Ahora utilizamos la ecuación de Manning.
𝑄 = 1 . 𝐴 . 𝑅
𝑛
2/3 . 𝑆1/2
Despejando
𝑄 . 𝑛
=
1
. 𝐴 . 𝑅2/3
𝑆1/2 𝑛
𝑄 . 𝑛 1
𝑏𝑦 2/3
𝑆1/2
=
𝑛
. 𝑏𝑦 .
𝑏 + 2𝑦
Reemplazamos los datos:
75𝑝𝑖𝑒𝑠3/s . 0.013
2
𝑏𝑦 3
0.00011/2
= 𝑏𝑦 . (
𝑏 + 2𝑦
)
2
75𝑝𝑖𝑒𝑠3/s . 0.013 𝑏𝑦 3
0.00011/2
= 𝑏𝑦 . (
𝑏 + 2𝑦
)
2
𝑏𝑦 . ( 𝑏𝑦 3
) = 97.5
𝑏 + 2𝑦
5
25. (𝑏𝑦)3
2 = 97.5 … … (1)
(𝑏 + 2𝑦)3
Para un canal rectangular, o para un ƒlujo crítico se cumple:
𝑄2
𝑦3 =
𝑔𝑏
Reemplazamos caudal y también sabemos que la g = 9.81m/s2.
752
𝑦3 =
9.81𝑏2
𝑦3
=
5625
9.81𝑏2
3 5625
𝑦 = √
9.81𝑏2
17.78
𝑦 =
9.81𝑏2
29. lOMoAR cPSD|16328015
III. Conclusiones
En el control de flujos hidráulicos es frecuentemente el diseño de una
transición entre dos canales de diferente sección transversal. El ingeniero
civil debe de tener losconocimientos básicos para el diseño de estructuras
hidráulicas especiales que gobiernan el flujo, mediante la determinación
del número de Fraude y los efectos del cambio en las líneas de flujo en un
punto específico de un canal.
Es importante tener en cuenta que en las transiciones deben de
considerarse las líneas de flujo para no provocar daños tanto en el
desplazamiento del fluido como en la estructura misma.
En el diseño de un canal no recubierto las dimensiones de la sección se
deben elegir demodo que el material resista la acción erosiva del agua, es
decir, que el flujo no erosionelas fronteras y modifique su geometría, y con
ésta su capacidad de conducción; tambiénque su costo de operación y
mantenimiento sean mínimas y que su perímetro mojado sea el menor
posible para que ocurra la mínima filtración en el subsuelo.
En general, un canal de conducción se diseña a flujo uniforme en régimen
subcrítico, excepto cuando se trate de canales cortos y de rápidas en
canales de descarga de obrasde excedencia. El régimen del flujo no debe
ser el crítico ni próximo a él, ya que, al cambiar las condiciones de diseño
por imperfecciones en la construcción, o por deficiente conservación con
el tiempo, suelen ocurrir condiciones de inestabilidad del nivel del agua que
reducen los márgenes de seguridad.
30. lOMoAR cPSD|16328015
IV. Referencias:
Rodríguez Ruiz, P. (2008) Hidráulica de canales.
file:///C:/Users/PC/Desktop/UCV/7%20CICLO/DISE%C3%91O%20DE%20OBR
AS%20 HIDRAULICAS/downacademia.com_hidraulica-de-canales-pedro-
rodriguez-ruiz.pdf
https://es.slideshare.net/brayanfernandoguzmantomanguillo/diseo-
hidraulico-de- canales-exponer
Estructuras de conducción del agua con dirección en:
https://www.fao.org/fishery/static/FAO_Training/FAO_Training/General/x6708s/x6708
s08.htm#45a
norma técnica de diseño con dirección en:
https://cdn.www.gob.pe/uploads/document/file/1743222/ANEXO%20RM%20192
-2018-VIVIENDA%20B.pdf.pdf
