Ing. Civil Hidráulica 2

1. Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Carrera de Ingeniería Civil
Hidráulica II
1
TRABAJO FINAL
Tema: Diseño de un canal trapezoidal
Grupo Nº 11
Integrantes:
• Gonzáles Vinueza Michael Steven
• Martínez Muñoz Joseph Mateo
• Mejía Yugsi Alan Joshua
• Tatés Paspuel Antony Brayan
Semestre: Quinto
Paralelo: 001

2. Contenido
Introducción
Objetivos
Metodología y Procedimiento
Resultados
Conclusiones
Recomendaciones
Trazado en Civil 3D

3. Introducción
• Canal revestido con sección trapezoidal.
• Talud de 1.75.
• Caudal de 940 l/s
• Punto "A" 910 msnm
• Punto "B" 902 msnm.
• Incluye Canaleta Parshall para aforar el caudal.
• Canal debe ser estable y eficiente, manteniendo un flujo
subcrítico y velocidades admisibles para evitar erosión y asegurar
su durabilidad.
• El diseño se basa en la topografía proporcionada.
• Trazado en Civil 3D, definiendo parámetros de corte y relleno.
• Se ha validado mediante el software H-canales.
• Dada la importancia histórica de los canales se enfatiza en
concebir diseños eficientes y estables que cumplan con estándares
de operación y durabilidad.

4. Objetivos
Objetivo general
• Diseñar un canal trapezoidal trazado
sobre una determinada faja topográfica
que cumpla con condiciones de
estabilidad y máxima eficiencia a través
de cálculos estudiados en el curso de
hidráulica 2 y el uso de softwares como
Civil 3D y H-canales para la
determinación de parámetros geométricos
e hidráulicos que aseguren un diseño
óptimo y perenne en el tiempo.
Objetivos específicos
 Definir la pendiente requerida para el
diseño a través del software Civil 3D.
 Calcular la sección transversal del canal que
proporciona estabilidad y máxima
eficiencia.
 Detallar las dimensiones de la canaleta
Parshall para la aforación de caudales.
 Comparar los resultados con los obtenidos
en el software H-canales para determinar su
validez y efectividad.
TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal

5. Metodología y Procedimiento
DEDUCCIÓN DE CANAL DE MÁXIMA EFICIENCIA

6. DISEÑO DEL CANAL TRAPEZOIDAL

7. 𝐀𝐦𝟓 − 𝐏𝐦𝟐 𝐐𝐧
𝐒
𝟏
𝟐
𝟑
= 𝟎
2y 1 + z2 − 2zy + zy y
5
− 2y 1 + z2 − 2zy + 2y 1 + z2
2 Qn
S
1
2
3
= 0
2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 1.75y y
5
− 2y 1 + 1.752 − 2 × 1.75y + 2y 1 + 1.752
2 0.94 × 0.0023
0.00905
1
2
3
= 0
𝐲 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟎𝟖 𝐦
Para canal de máxima eficiencia:
Se deja el ancho de solera en función del calado, por tanto, se tiene:
b = 2y 1 + z2 − 2zy
𝑏 = 2 × 0.5008 × 1 + 1.752 − 2 × 1.75 × 0.5008
𝐛 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟔𝟎 𝐦

8. Determinación del borde libre

9. Determinación del espesor del canal
Si un canal posee arenas o gravas limpias con poco material fino, debe ser revestido, el espesor del canal se determinará
dependiendo de la capacidad del canal de acuerdo con los valores recomendados por el USBR.

10. Determinación de la estabilidad del canal por medio
de la fluencia de los sedimentos
Datos generales
T = 18 °C
B = 0.27m
𝒀𝒏 = 0.5 𝑚
𝑺𝒐 = 0.00905
𝑹𝒉 = 0.25 m
𝑨 = 0.572 𝑚2
𝑷𝒎 = 2.285 m
Valores referenciales:
𝜸𝒔 = 2100 (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎)
𝑘𝑔
𝑚3
𝜸𝒔 = 2685 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎)
𝑘𝑔
𝑚3
D50 = 0.004 m (arena)
D50 = 0.006 m (grava)
v = 1.061*10-6 m2/s (a 18°C)
 Cortante
𝜏𝑜 = 𝛾𝑠 ∗ 𝑔 ∗ 𝑅ℎ ∗ 𝑆𝑜
𝜏𝑜 = 2100 ∗ 9.81 ∗ 0.25 ∗ 0.00905
𝜏𝑜 = 46.61
𝑁
𝑚2
 Esfuerzo cortante adimensional
𝜏𝑜 =
𝜏𝑜
𝛾𝑠 − 𝛾𝑙 ∗ 𝑔 ∗ 𝐷50
𝜏𝑜 =
32.83
2100 − 1000 ∗ 9.81 ∗ 0.004
𝜏𝑜 = 0.761
Arena

11.  Velocidad de corte
𝑢 =
𝜏𝑜
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑢 =
46.61
1000
𝑢 = 0.216 𝑚/𝑠
 Reynolds
𝑅𝑒 = 𝐷∗ =
𝑢 ∗ 𝐷50
𝑣
𝑅𝑒 = 𝐷∗
=
0.216 ∗ 0.004
1.061 ∗ 10−6
𝑅𝑒 = 𝐷∗ = 814.326

12. Diagrama
de Shields

14. Diseño final del canal

15. • Datos iniciales
Diseño de la canaleta Parshall

16. Diseño de la canaleta Parshall

17. Diseño de la canaleta Parshall
Vista superior
Vista lateral

18. TRAZADO DEL CANAL EN CIVIL 3D

19. Radio del trazado – Norma técnica

20. Radio del trazado – Norma técnica
Datos:
T = 2,0187 m
Rh = 0,2504 m
Radio mínimo para el trazado del canal:
R min 1 = 5 * 2,0187 m
R min 1 = 10,094 m
Por seguridad se elige el mayor:
R min = 10,094 m
R min 2 = 20 * 0,2504 m
R min 2 = 5,008 m

21. Perfil longitudinal

22. Perfiles transversales

23. Trazado del canal en Civil 3D

24. Gráfico

26. Conclusiones
• Para los diferentes cálculos realizados se utilizó diferentes fórmulas para obtener la máxima
eficiencia del canal, el cual permite tener una sección óptima y económica considerando que la
pendiente del canal a lo largo de su trayectoria será suficiente para evitar la acumulación de
materiales y vegetación que puede interrumpir el flujo del canal.
• Para el diseño del canal es importante considerar la topografía del terreno, puesto que desde ahi se
deberá realizar el trazado del canal con diferentes cortes y rellenos, que deben cumplir la normativa y
ser lo más eficientes y económicos posibles. Por otro lado, también es fundamental tener un diseño
del canal que cumpla con todas las especificaciones para cumplir con la vida útil del proyecto.

27. Recomendaciones
 Adquirir conocimientos sobre las funciones y herramientas
de programas vinculados al trazado y diseño de canales.
 Emplear una sección trapezoidal.
 Establecer una pendiente adecuada.
 Investigar normativas internacionales o estandarizadas.
TRABAJO FINAL Diseño de un canal trapezoidal

28. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN