1) DEFINICION Se define como canal de riego a toda estructura hidráulica natural o artificial, que se utiliza para la conducción de agua y con ésta poder irrigar las tierras agrícolas. Ésta estructura se caracteriza por ser abierta a la atmósfera. Los canales de riego tienen la finalidad de conducir el agua desde la obra de captación hasta el lugar lugar de carga o distribución hasta el campo o huerta donde será aplicado a los cultivos Son obras de ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua posible. Están estrechamente vinculados a las características del terreno, generalmente siguen aproximadamente las curvas de nivel de este, descendiendo suavemente hacia cotas más bajas (dándole una pendiente descendente, para que el agua fluya más rápidamente y se gaste menos líquido). La construcción del conjunto de los canales de riego es una de las partes más significativas en el costo de la inversión inicial del sistema de riego, por lo tanto su adecuado mantenimiento es una necesidad imperiosa. Las dimensiones de los canales de riego son muy variadas, y van desde grandes canales para transportar varias decenas de m 3/s, los llamados canales principales, hasta pequeños canales con capacidad para unos pocos l/s, son los llamados canales de campo.
Obra de derivación en construcción. A lo largo de un canal de riego se sitúan muchas y variadas estructuras, llamadas "obras de arte", estas son, entre otras:
obras de derivación, que como su nombre lo indica, se usan para derivar el agua (utilizando partidores), partidores), desde un canal principal (ej. una acequia) a uno secundario (ej. un brazal), o de este último hacia un canal terciario, o desde el terciario hacia el canal de campo y el cañón de boquera. Generalmente se construyen en hormigón, o en mampostería de piedra, y están equipadas con compuertas, algunas simples, manuales (también denominadas tablachos, y otras que pueden llegar a ser sofisticadas, p.e. manejadas a control remoto;
controles de nivel, muchas veces asociadas a las obras de derivación, son destinadas a mantener siempre, en el canal, el nivel de agua dentro de un cierto rango y, especialmente en los puntos terminales, con una inclinación descendente;
controles de seguridad, estos deben funcionar en forma automática, para evitar daños en el sistema, si por cualquier motivo hubiera una falla de operación (alguien decía alguna vez, que no puede ser que si una vaca decide acostarse en el canal a tomar el fresco, todo el sistema, en cascada se autodestruya), esto que parece una broma es tomado muy en serio por los proyectistas de los sistemas de riego. Existen básicamente dos tipos de controles de seguridad: los vertederos, y los sifones;
secciones de aforo, destinadas a medir la cantidad de agua que entra en un determinado canal, en base al cual el usuario del agua pagará, por el servicio. Existen diversos tipos de secciones de aforo, algunas muy sencillas, constan de una regla graduada que es leída por el operador a intervalos pre establecidos, hasta sistemas complejos, asociados con compuertas autorregulables, que registran el caudal en forma continua y lo trasmiten a la central de operación computerizada;
obras de cruce del canal de riego con otras infraestructuras existentes en el terreno, pertenecientes o no al sistema de riego. Estas a su vez pueden ser de: o
cruce de canal de riego con un canal de drenaje del mismo sistema de riego;
obras de derivación, que como su nombre lo indica, se usan para derivar el agua (utilizando partidores), partidores), desde un canal principal (ej. una acequia) a uno secundario (ej. un brazal), o de este último hacia un canal terciario, o desde el terciario hacia el canal de campo y el cañón de boquera. Generalmente se construyen en hormigón, o en mampostería de piedra, y están equipadas con compuertas, algunas simples, manuales (también denominadas tablachos, y otras que pueden llegar a ser sofisticadas, p.e. manejadas a control remoto;
controles de nivel, muchas veces asociadas a las obras de derivación, son destinadas a mantener siempre, en el canal, el nivel de agua dentro de un cierto rango y, especialmente en los puntos terminales, con una inclinación descendente;
controles de seguridad, estos deben funcionar en forma automática, para evitar daños en el sistema, si por cualquier motivo hubiera una falla de operación (alguien decía alguna vez, que no puede ser que si una vaca decide acostarse en el canal a tomar el fresco, todo el sistema, en cascada se autodestruya), esto que parece una broma es tomado muy en serio por los proyectistas de los sistemas de riego. Existen básicamente dos tipos de controles de seguridad: los vertederos, y los sifones;
secciones de aforo, destinadas a medir la cantidad de agua que entra en un determinado canal, en base al cual el usuario del agua pagará, por el servicio. Existen diversos tipos de secciones de aforo, algunas muy sencillas, constan de una regla graduada que es leída por el operador a intervalos pre establecidos, hasta sistemas complejos, asociados con compuertas autorregulables, que registran el caudal en forma continua y lo trasmiten a la central de operación computerizada;
obras de cruce del canal de riego con otras infraestructuras existentes en el terreno, pertenecientes o no al sistema de riego. Estas a su vez pueden ser de: o
cruce de canal de riego con un canal de drenaje del mismo sistema de riego;
o
cruce de un dren natural, con el canal de riego, a una cota mayor que este último
o
cruce de canal de riego con una hondonada, o valle;
o
cruce de canal de riego con una vía.
Elementos geométricos del canal de riego Los elementos geométricos son propios de una sección del canal que puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento
Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo(h) es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.
Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.
Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo
Perímetro mojado. El perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la intersección de la superficie mojada del canal con la transversal normal a la dirección del flujo
Radio hidráulico. El radio hidráulico (R) es la relación entre mojado y el perímetro mojado, se expresa: R=A/P
Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área mojada con el ancho superior, se expresa: D=A/T
Factor de la sección el factor de la sección (Z), para cálculos de escurrimiento o flujo critico es el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica, se expresa como: Z= A.SQRT (D).
Curiosidad La cimentación del conjunto de canales de riego es una de las partes más significativas en el costo de la inversión inicial del sistema de riego, por lo tanto su adecuado mantenimiento es una necesidad imperiosa. Las extensiones de los canales de riego son muy variadas, van desde grandes canales para transportar varias decenas de m3/s, los llamados canales principales, hasta pequeños canales con capacidad para uno pocos l/s, son los llamados canales de campo
Canales de riego En el mundo de hoy en día podemos decir que se tiene en cuenta todas las posibilidades de mantener los cultivos de un modo más adecuado y completamente a favor de ambiente. Uno de estos son los canales de riego, los cuales son de mucha ayuda teniendo en cuenta las complicaciones climáticas que son más comunes en estos días. Para tener una idea básica sobre o que esto significa deberíamos recurrir a nuestra historia sobre lo que estos son y los beneficios que hoy en día presentan. Par saber un poco la función de los canales de riego deberíamos recurrir, primero, a las problemáticas que nuestra historia nos demuestra. Durante muchísimos años, el ser humano necesito de la naturaleza para poder continuar con sus siglos de vida en la tierra. Muchas veces, durante la era medieval, la mayor parte de los ingresos eran sostenidos gracias a los beneficios de la cultivación de alimentos. En estos tiempo no existían los canales de riego, por lo que muchas veces se solían tener algunas complicaciones relacionadas con los cultivos. Si bien, la naturaleza siempre nos dio todas las posibilidades de alimentarnos y subsistir en el mundo, muchas veces no contamos con todos estos beneficios. Deberíamos
tener en cuenta que durante la edad media o medieval hubiera sido de grandísima ayuda poseer canales de riego que pudieran ayudar con los problemas más comunes. Durante esta era se tenia un solo discurso aceptable por la sociedad la cual era dada por seres supra humanos que de ellos venían, según sus lectores, todas las cuestiones climáticas y naturales que bien podían ser benéficas como problemáticas. Durante esta época, lo canales de riego hubieran sido tomados como algo completamente fuera de la voluntad y aceptación de Dios, por ejemplo. Esto causaba que muchas veces, las sociedades que existían en aquel entonces no pudieran hacer nada al respecto sobre ciertos problemas que eran tenidos sobre su principal fuente de ingreso, la cultivación. Los problemas podrían haber sido resueltos con los llamados canales de riego, pero estos no eran aceptados. Entre los problemas más comunes que podríamos mencionar esta la sequia, la cual causaba que durante muchísimos días o meses, sus cultivos no tuvieran la alimentación correcta que necesitan. Esto causo que en muchos casos se recurra a la adquisición de alimentos por otros sitios por medio de la universalización, la primera de las globalizaciones, o a cultos que trataran se resolver estos problemas. Los canales de riego hubieran sido de grandísima ayuda durante esta época dado que estos podrían romper con este calvario el cual dejaba a muchas personas sin sueño y esperanzas. En aquellas épocas se tenía la idea de que la sequia tenia más que ver con la voluntad divina, la cual castigaba a los seres con la falta de lluvias, sin tener en cuenta la falta de humedad, por ejemplo. Entonces, hacer mención de los canales de riego era algo completamente fuera de lugar, de lo que podía ser castigado severamente hasta peligrar la vida de quien lo mencione. Se creía que el ser supra humano tenia motivos para castigarlos, cuando en realidad se trataría de un cambio climático muy común hasta en estos días. Utilización de los canales de riego Podemos observar con mucha claridad por varios medios de comunicación, ya sean gráficos, audiovisuales o vía internet, que tales problemáticas aun siguen
vigentes y, en la mayoría de los casos, son resueltas gracias a la utilización de los canales de riego. Esto, sin embargo, no era tenido en cuenta. No se podía luchar en contra de la voluntad divina, lo que causaba que se tuviera que esperar a que las lluvias volvieran como es de esperar. Las cuestiones climáticas son hechos naturales muy comunes en todas partes del mundo, en donde siempre deberíamos tener en cuenta que los mismos pueden ser resueltos de muchísimos modos. Uno de los modos más recomendados seria los canales de riego, los cuales ha tenido éxito en la mayoría de los casos en donde estos son utilizados. También deberíamos tener en cuenta si la región posee los recursos que se necesitan pero también deberíamos tener en cuenta que el agua potable también es algo que esta con sus propios problemas en estos días. Hoy en día, cuando un sector agropecuario que se encuentra con esto tipo de problemas suele recurrir a la elaboración de varios formas de resolver tales problemas. Uno de los más comunes serian los canales de riego, los cuales consistirían, hablando vulgarmente, en pequeños canales de transporte de agua potable desde sectores en donde estos abundan. Los mismos poseen una elaboración a base de ingeniería bastantes rígida, la cual debe si o si ser respetada para no causar problemas mas severos en el medio ambiente. Estos canales de riego suelen ser de mucha ayuda ya que los mismos son muy efectivos cuando se trata de el riego de los cultivos, mas en épocas de verano, donde se producen la mayoría de las sequias. Esperamos haberlo ayudado con sus dudas.
Construcción del canal de ensayos
CANAL DE RIEGO
Primeramente los canales deben de conducir los caudales de captación desde la obra de donde se trabaja hasta el lugar de carga o distribución. ahora, dependiendo sus funciones los canales de pueden clasificar en; Canal de primer orden o canal madre esta es trazada con una pendiente mínima. Canal de segundo orden o laterales estos salen a partir del canal madre y el caudal que estos tienen es repartido hacia los sub-laterales, ahora se conoce como unidad de riego al área de riego que sirve un lateral. Canal de tercer orden. Nacen de los canales laterales es por ello que le llaman canales sub-laterales, el ara de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de rotación. podríamos decir que varias de estas unidades es una unidad de riego y varias de estas forman un sistema de riego o comúnmente llamado canal madre o de primer orden. El diseño de canales tiene varios elementos como el trazo de canales para este es necesario recolectar fotografías aéreas, áreas de cultivo, caseríos. entre otros. Otros elementos son los planos topográficos y catastrales. Si no existe una información topográfica se procede a levantar el relieve del canal, como hacemos esto, pues reconociendo el terreno, haciendo un trazo preliminar y por ultimo haciendo un trazo definitivo. Ahora como podemos reconocer el terreno, pues recorriéndose la zona y anotando los factores que influyen en la determinación de un eje probable de trazo. Para el trazo preliminar con un brigada fotografía levantamos la zona, clavamos las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, luego se nivelará la poligonal y se hará el levantamiento de secciones transversales, estas 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 muestras muchas variaciones y es uniforme la sección es máximo a cada 20 m. Con los datos del trazo preliminar se procede al 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.
Sección Hidráulica Optima
Determinación de Máxima Eficiencia Hidráulica. Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica cuando para la misma área y pendiente conduce el mayor caudal, ésta condición está referida a un perímetro húmedo mínimo, la ecuación que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es: siendo q el ángulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z) Determinación de Mínima Infiltración. Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en canales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración es: La siguiente tabla presenta estas condiciones, además del promedio el cual se recomienda.
Sección típica de un canal
Donde: T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal. En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, según las
necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no será necesaria, dependiendo de la intensidad del tráfico.
• Rasante de un canal.-
· Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas más usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10, el dibujo del perfil es recomendable hacerlo sobre papel milimetrado transparente color verde por ser más práctico que el cánson y además el color verde permite que se noten las líneas milimétricas en las copias ozalid. Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta: - La rasante se debe efectuar sobre la base de una copia ozalid del perfil longitudinal del trazo, no se debe trabajar sobre un borrador de él hecho a lápiz y nunca sobre el original. - Tener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren. - La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan caídas o saltos de agua. - Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas hidráulicas, chequeando siempre si la velocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construirá el canal. - El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presen tar como mínimo la siguiente información. - Kilometraje - Cota de terreno - Cota de rasante - Pendiente
- Indicación de las deflexiones del trazo con los elementos de curva - Ubicación de las obras de arte - Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su kilometraje - Tipo de suelo
• Elementos de una curva. -
A=Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m C=Cuerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde PC hasta PT. ß=Angulo de deflexión, formado en el PI. E=External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz. F=Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda larga. G=Grado, es el ángulo central. LC=Longitud de curva que une PC con PT. PC=Principio de una curva. PI=Punto de inflexión. PT=Punto de tangente. PSC=Punto sobre curva.
PST=Punto sobre tangente. R=Radio de la curva. ST=Sub tangente, distancia del PC al PI.
Elementos básicos en el diseño de canales.Se consideran algunos elementos topográficos, secciones, velocidades permisibles, entre otros: · Trazo de canales.- Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente información básica: - Fotografías aéreas, para localizar los poblados, caseríos, áreas de cultivo, vías de comunicación, etc. - Planos topográficos y catastrales. - Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda conjugarse en el trazo de canales. Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, obteniéndose finalmente el trazo definitivo. En el caso de no existir información topográfica básica se procede a levantar el relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos: a) Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotándose todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable de trazo, determinándose el punto inicial y el punto final. b) Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topográfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal y se hará el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harán de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la sección es máximo a cada 20 m. c) Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en
cuenta la escala del plano, la cual depende básicamente de la topografía de la zona y de la precisión que se desea: - Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500. - Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a 1:2000. · Radios mínimos en canales.- En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mínimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no será hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo. Las siguientes tablas indican radios mínimos según el autor o la fuente: Tabla DC01. Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s Capacidad del canal Radio mínimo Hasta 10 m3/s 3 * ancho de la base De 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base De 14 a 17 m3/s 5 * ancho de la base De 17 a 20 m3/s 6 * ancho de la base De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior Fuente: “International InstituteForLandReclamation And Improvement” ILRI,
Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, WageningenTheNetherlands 1978. Tabla DC02. Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua
Canales de riego por su función.Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: - Canal de primer orden.- Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. - Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. - Canal de tercer orden.- Llamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a través de las tomas del solar, el área de riego que sirve un sub – lateral se conoce como unidad de rotación. De lo anterior de deduce que varias unidades de rotación constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificación del canal madre o de primer orden.
CANALES
Los canales se pueden clasificar según el uso final que tengan: canales para agua potable, riego, drenaje, energía hidroeléctrica, etc. Los canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda. En general, el canal de aducción en una cuenca de montaña, es la obra que requiere las mayores inversiones comparando con las demás obras civiles de un sistema hidráulico, ya que debido a su longitud y condiciones topográficas, los volúmenes de excavación, materiales de construcción, etc. superan en general al resto de obras civiles (obra de toma, cámara de carga o tanque de almacenamiento). En muchos casos el costo de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto.
1. Sección efectiva de un canal: Un canal puede adoptar diferentes formas desde trapezoidal hasta rectangular (pasando por formas poligonales, parabólicas, semicirculares, etc.). Los canales en zonas de montaña se construyen generalmente de formas trapezoidales y rectangulares, los primeros en suelos con menor estabilidad relativa y los segundos en suelos con mayor estabilidad relativa o en suelos rocosos. Un canal trapezoidal es caracterizado por la siguiente relación hidráulica:
Donde: b = Ancho de la solera h = tirante m = inclinación del talud, m = a/h
Figura 1.1 Se recomienda mantener el valor de ß entre 2.2 a 5, lo cual permite incremento de los volúmenes de excavación entre 2 a 3 %, en comparación a una sección hidráulicamente económica.
2. Diseño hidráulico de un canal: Para el diseño de un canal se presume que el escurrimiento se desarrollará en condiciones de flujo uniforme. El flujo no uniforme se presentará en situaciones de cambios en la pendiente, rugosidad, dimensiones de la sección, embalsamientos, caídas o por cambios inducidos por la operación de órganos de operación o seguridad. La velocidad media de flujo en un canal se determina por medio de la fórmula desarrollada por Chezy:
Aplicando la ley de continuidad, se obtiene la capacidad de conducción:
Donde: v Velocidad media de flujo en m/s C Coeficiente de Chezy R Radio hidráulico en m
I Pendiente hidráulica Q Caudal en m 3/s A Area efectiva en m2 El caudal Q manifiesta la capacidad de conducción, la pendiente hidráulica del canal que será función de las condiciones topográficas podrá estar asociada al mismo tiempo a las velocidades límites; éstas se establecerán con base en las características del material que conforme el perímetro mojado y tomará en cuenta la probabilidad de erosión y sedimentación. Según Manning-Strickler, el coeficiente de Chezi adquiere la siguiente forma:
donde: Ks coeficiente de fricción de Manning-Strickler R Radio hidráulico en m
Por lo que la capacidad de conducción del canal se podrá expresar por medio de la fórmula siguiente:
El coeficiente de fricción de Manning-Strickler dependerá del tipo de material que conforma el perímetro mojado, del caudal y de las características morfológicas del canal. La influencia de la rugosidad será mayor para caudales menores, reduciéndose en función de su incremento. Por otra parte, la configuración en planta también tendrá efectos sobre la rugosidad, siendo mayor para trayectorias con numerosos curvas y cambios de sección, sin embargo esta influencia en la práctica solo es posible determinar mediante mediciones en canales ya construidos. Para el diseño se deberá adoptar valores de Ks mediante una asociación entre los materiales que se utilizarán para conformar el perímetro mojado y los valores obtenidos de mediciones in situ y en laboratorio para materiales similares. En la tabla 2.1 se muestra algunos valores que pueden servir de referencia.
Tabla 1.1 - Valores de ks según Press-Bretchneider MATERIAL
CLASE, FORMA, ESTADO
Ks en m1/3 /s
Madera
Asfalto
Hormigón
Fábrica
Piedra
Tablas cepilladas
85 a 90
Tablas no cepilladas
75 a 85
Canales antiguos
65 a 70
Canales nuevos y lisos
90 a 95
Canales revestidos de asfalto
70 a 75
Canales de hormigón asfáltico
72 a 77
Con acabado liso
100
Hormigón c/encofrado metálico
90 a 100
Hormigón c/encofrado de madera
65 a 70
Hormigón bien acabado
90
Hormigón vibrado
60 a 70
Acabado ordinario
50 a 55
Galerías con cuidadoso acabado
85 a 95
Galerías con acabado ordinario
70 a 80
Mampostería ladrillo bien ejecutado 75 a 80 Mampostería normal
60 a 70
Sillería
70 a 80
natural
Mampostería
cuidadosamente 70
tratada
60
Mampostería normal
50
Mampostería ordinaria
45 a 50
Taludes de mampostería, adoquinados, con solera de arena o grava Tierra
Material duro, liso
60
Material duro, fino
50
Grava fina a mediana
40 a 45
Grava gruesa
35
Barro con torrones
30
Con piedras gruesas
25 a 30
Canales
de
tierra,
mucha 20 a 25
vegetación El diseño de un canal requiere del análisis de las velocidades medias de flujo, de manera que no se presente sedimentación ni erosión; en el primer caso nos referimos a la velocidad mínima o velocidad "que no sedimenta" vn.s y en el segundo a la velocidad máxima o "velocidad no erosiva" vn.e. Entre los primeros intentos para encontrar las relaciones hidráulicas de canales sin erosión ni sedimentación, se puede mencionar al profesor inglés R.G. Kennedy, que presentó en 1895 una fórmula basada en el estudio del funcionamiento hidráulico de 22 canales de riego en la India, la misma que se expresa de la siguiente manera:
Donde: v0 Velocidad media de flujo que no ocasiona ni sedimentación ni erosión, en pies/s y Tirante de agua, en pies C Coeficiente que depende de la firmeza del material que conforma el canal, que King asocia al grado de finura de las partículas del suelo. Posteriormente, trabajos relacionados al estudio de la Teoría de Régimen, ampliaron los niveles de conocimiento sobre la estabilidad hidráulica de los canales, sin embargo la aplicación de las fórmulas, desarrolladas sobre la base de mediciones en la naturaleza, requieren del conocimiento preciso de los rangos de validez de las mismas y de las características particulares de los canales que sirvieron de modelo. La velocidad mínima permisible, vn.s., que evite la sedimentación de partículas sólidas, puede determinarse utilizando la fórmula empírica de I.I. Levy:
Donde: w Velocidad de caída de una partícula de diámetro dav en mm/s dks Diámetro característico de las partículas en suspensión en mm. R Radio hidráulico del canal en m. n Coeficiente de rugosidad del perímetro mojado del canal. Girshkan propone la siguiente fórmula:
Donde: F Coeficiente igual a: 0.33 para w = 1.5 mm/s 0.44 para w = 1.5 - 3.5 mm/s 0.55 para w > 3.5 mm/s
Q Caudal en m3/s La velocidad límite o velocidad mínima que debe adquirir el flujo para evitar la sedimentación en un canal, puede entenderse también como las capacidad del flujo de transportar una determinada cantidad de sólidos suspendidos en el agua. Bajo este concepto se aconseja utilizar la fórmula semi-empírica de E.A. Zamarín.
m Concentración de sedimento en kg/m3 de agua v Velocidad de flujo en m/s w Velocidad de sedimentación en mm/s R Radio hidráulico en m. I Pendiente hidráulica En el canal no se presentará sedimentación de sólidos en suspensión si la capacidad de transporte m es mayor que la concentración manifestada por la turbiedad del agua. Por otro lado es importante analizar las condiciones de flujo desde el punto de vista de las posibilidades de erosión y/o socavación, en este caso las magnitudes de control se manifiestan en términos de velocidad máxima o tensión de corte máxima. Para solera móvil, la velocidad admisible de flujo es dependiente del diámetro de los granos que componen la solera y del tirante hidráulico. A.M. Latyshenkov y B.I. Studennichnikov la fórmula empírica siguiente:
Donde: vn.e Velocidad máxima permisible en m/s para la que no se presentaría erosión en el perímetro mojado
F: Coeficiente R: Exponente Dk: Diámetro característico del material de la solera en mm. N: Exponente Para dk < 1-10 mm F = 5, r = 0.3, n = 0.2 Para dk > 1-10 mm. F = 3.6, r = n, n = 0.25 Los sedimentos en suspensión reducen la acción erosiva del agua y según B.I. Studennichnikov, la velocidad máxima admisible puede ser afectada por un término dependiente de la turbiedad del agua, a saber:
Donde: v'n.e.: Velocidad máxima admisible para flujo con material en suspensión en m/s. vn.e:. Velocidad máxima admisible para flujo de agua limpia en m/s. m Turbiedad del agua en kg/m3 En la tabla 8.2 se muestran valores de la máxima velocidad permisible del flujo para diferentes tipos de materiales rígidos, considerando que el flujo es libre de arena gruesa y guijarros. Tabla 1.2 - Velocidad de flujo permisible vn.e en m/s para escurrimiento sin erosión TIPO DE MATERIAL
Roca
(sedimentaría
Tirante h en metros
e
0.5
1.0
5.0
1.7-6.3
2.1-7.7
3 - 11
26 - 29
28 - 32
34-38
ígnea)
Canal de madera 9.6 -15.6
10.6
-
13 -21.2
17.3
Revestimiento de concreto 4.3 -7.4 Revestimiento/mampostería
6.7 -11.6 5 - 8.7
de piedra Azevedo Netto-G.A. Alvarez plantean los siguientes valores:
Tabla 1.3 - Velocidad de flujo permisible para escurrimiento sin erosión. MATERIAL
vn.e. (m/s)
Canales arenosos
0.30
Arcilla arenosa
0.40
Materiales
aglomerados
2.00
consistentes
2.50
Muro de piedra
4.00
Canales en roca compacta
4.50
Canales de concreto El U.S. Bureau of Reclamation publicó en 1925 un cuadro realizado por Fortier y Acobey (13) en el que se presenta valores de velocidad y tensión de corte máximas, para canales de pequeña pendiente y tirantes menores a 0.91 m. (Tabla 2.4).
Tabla 1.4 - Valores admisibles de la tensión de corte y velocidad media de flujo según Fortier y Acobey MATERIAL
Ks
Agua clara
Agua c/limo
m1/3 /s v
o
v
m/s
kg/m
m/s
kg/m
o
Arena fina *
50
0.46
0.13
0.76
0.37
Greda arenosa **
50
0.53
0.18
0.76
0.37
Greda limosa **
50
0.61
0.23
0.91
0.54
Limo aluvial **
50
0.61
0.23
1.07
0.73
Greda común firme
50
0.76
0.37
1.07
0.73
Arcilla dura ***
40
1.14
1.27
1.52
2.24
Limo aluvial *
40
1.14
1.27
1.52
2.24
Grava fina
50
0.76
0.37
1.52
1.56
* Coloidal, ** No coloidal, *** Muy coloidal 3. Secciones del canal en terrenos empinados: El trazado de un canal en terrenos de fuerte pendiente requiere de cuidados especiales,
para
evitar
excesivos
volúmenes
de
excavación
y
obras
complementarías. En zonas con pendientes no pronunciadas y estables, el canal puede desarrollarse por medio de secciones de corte total o secciones combinadas corte-relleno (fig. 2.2 a y b). En los sectores empinados y estables resultará conveniente incorporar un muro en el sector exterior (fig. 2.2 c,f).
En terrenos de mayor pendiente, el diseño encontrará mayor complicación, ya que la topografía ofrece condiciones menos favorables, sin embargo pueden considerarse las recomendaciones de M. Grishin. En sectores descubiertos o desnudos convendrá el corte parcial y construir un muro de retención en el sector exterior. Si el terreno cuenta con un estrato aluvial o de suelo menos estable, se incorporará un muro de protección en el sector interior sobre el talud del canal para asegurar la estabilidad del estrato y evitar el ingreso de grandes cantidades de sedimento (fig. 2.2 e). Otra variante será la construcción de una cubierta superior (o tapa) de hormigón armado, principalmente en sectores con suelos que presenten avanzados procesos de erosión laminar. En estos casos conviene dotar a la superficie exterior de la cubierta de una rugosidad mayor a la rugosidad del medio físico; con esta medida se evitará la aceleración del flujo que se desarrolle en época de lluvias y por lo tanto se reducirán las posibilidades de erosión local.
Figura 1.2 - Algunas posibilidades de sección de canal (M. Grishin)
En sectores rocosos con taludes de gran pendiente, el canal podrá formarse por medio de un túnel parcial (fig. 8.2 d); en este caso convendrá enlucir el perímetro de manera de reducir la rugosidad y las pérdidas por infiltración. Dependiendo del estudio geológico y topográfico, se podrá considerar como variante la construcción de un túnel, para evitar el paso de tramos deleznables y reducir la longitud del canal. La construcción de un túnel es aplicable cuando representa una solución más económica y de mayor estabilidad en comparación con un canal abierto. En los casos de taludes de 45∞ o más, los volúmenes de
excavación alcanzarán magnitudes tan grandes, que resultará más económico construir un túnel. De igual modo será aplicable cuando se quiera superar una loma muy pronunciada, construyendo un túnel que la atraviese de un lado a otro. Por lo general, un túnel resulta una solución obligada y se aplica en los casos en los que no es posible la construcción de un canal, ya que los costos de construcción serían mayores. El diseño de un canal incorporará las medidas necesarias para evitar la sobresaturación de los taludes aledaños por efecto de precipitación pluvial, entre otras se puede mencionar el sistema de drenaje conformado por canales recolectores y alcantarillas, que se encargará de conducir las aguas pluviales hacia cursos de agua cercanos. En la medida de lo posible, se complementará con medidas que permitan la protección de los suelos en los sectores contiguos al canal por medio de medidas biológicas (cobertura vegetal), combinadas con aplicaciones artificiales de protección adicional como por ejemplo malla alveolar de geotextil. Fortier y Acobey obtienen conclusiones de la observación de un gran número de canales, que será importante considerar, a saber: - El material de los sedimentos asentados en los canales, tienen diferentes tamaños, de manera que las partículas pequeñas rellenan los intersticios, conformando una capa más densa y estable. Los coloides presentes en el material sedimentado, tienden a cementar las partículas de arcilla, cieno, arena y grava, incrementado la resistencia a la erosión hídrica.
- Los canales de riego se calculan para las condiciones de velocidad admisible, en el entendido que el caudal máximo de flujo se alcanzará de manera gradual, al incrementarse paulatinamente la demanda de agua de las zonas de riego. Durante este período el perímetro mojado se irá asentando, incrementado la resistencia a la erosión. - Se recomienda en canales nuevos, controlar el escurrimiento en velocidades menores a la máxima admisible, por medio de las compuertas de control. 4. Obras complementarias: La presencia de depresiones, cursos de agua o accidentes topográficos, incorporan condiciones límites especiales y particulares a un canal, de manera que será necesario considerar elementos complementarios, que permitan superar estos obstáculos. 4.1 Acueductos: Los acueductos son estructuras que tiene la función de superar depresiones que se encuentren en el terreno, formados normalmente por quebradas, ríos y cárcavas originadas por la erosión. Un acueducto, es virtualmente un puente que sostiene un canal de corta longitud, el cual contiene agua en movimiento. Desde el punto de vista de la estructura civil, los acueductos pueden ser de dos tipos: Acueducto sobre una estructura de soporte (puente), y canal cuyas paredes y base forman parte estructural del puente. Los materiales de construcción de los acueductos dependerán de las condiciones de estabilidad, definida normalmente por las dimensiones del canal y la longitud del acueducto, así como del análisis económico de las variantes consideradas. El acueducto servirá entonces para vencer algún accidente topográfico y acortar la longitud del canal en el tramo considerado. Este puente-canal servirá así mismo para el paso de peatones, por lo que se deberá prever en la estructura estas formas de utilización. Eventualmente se dispondrá para el uso peatonal una cubierta superior o veredas laterales.
Figura 1.3 - Esquemas un acueducto Es importante considerar también las necesidades de mantenimiento del acueducto, incorporando obras de limpieza y evacuación, como compuertas, que permitan aislar y desviar las aguas en una sección anterior al puente, principalmente en situaciones de emergencia. Por lo tanto, algunas obras de limpieza del canal podrán coincidir con las secciones indicadas. 4.2 Sifones: Un canal en su trayectoria alcanzará en algunos casos depresiones abruptas o zonas con problemas de estabilidad de suelos, que no podrán ser superados con estructuras elevadas (acueductos), sea por razones técnicas como económicas, por lo que podrá considerarse como variante una estructura que cruce el desnivel por medio de un conducto que se desplace por debajo del accidente topográfico, lo cual dará lugar a la configuración de un sifón invertido.
Figura 1.4 - Esquema de un sifón invertido superficial El canal, por medio de los sifones, incorporará estructuras que trabajarán bajo presión. Los sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. Las estructuras superficiales se emplazarán sobre el suelo, en trincheras, túneles o galerías, los cuales permiten una mejor accesibilidad. Las estructuras enterradas son más simples y normalmente de menor costo, ya que no cuentan con soportes, sin embargo la desventaja está asociada al mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta más complicada. El sifón contará además de estructuras de entrada y de salida para lograr condiciones de transición hidráulicamente eficientes, por lo que su diseño deberá lograr que el flujo se desarrolle en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques bruscos contra las paredes y cambios de dirección pronunciados. Las estructuras de entrada y de salida contarán en ambos casos con rejillas y elementos de cierre rápido, que permitirán el control de flujo y los trabajos de mantenimiento.
Figura 1.5 - Transiciones de entrada y salida El área de la sección transversal de un sifón viene determinado, de acuerdo a la ley de continuidad por el caudal de aducción y la velocidad de flujo. La magnitud de la velocidad media en el conducto que conforma el sifón, puede variar entre 2 a 4 m/s, para velocidades menores a 2 m/s, es probable la presencia de procesos de sedimentación. Sin embargo la velocidad de flujo está asociada también al tipo de material del conducto; Zurita considera los siguientes valores: - Conductos de fábrica 1.0 a 1.5 m/s - Tubos de hormigón 1.5 a 2.5 m/s En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos a consecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durante la operación del sistema. El diseño hidráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las pérdidas de carga, locales y por fricción en el conducto. Entre las pérdidas locales se considerarán principalmente pérdidas en la estructura de entrada, en los cambios de dirección o codos y en la estructura de salida. El cálculo se realizará para cada sección de conducto considerado hasta obtener niveles de pérdidas que permitan por un lado el funcionamiento hidráulicamente eficientes del sifón y represente el menor costo posible. Transiciones:
Entre las transiciones que con mayor frecuencia se presentan en canales de montaña se pueden mencionar a las caídas y las rápidas. Estas estructuras pueden utilizarse en los casos de desniveles originados por las características topográficas. De igual modo las transiciones se aplican en entradas o salidas de estructuras especificas de un sistema hidráulico y alcantarillas en carreteras.
Figura 1.6 - Algunos tipos de transiciones Tanques de agua y cámaras de carga: La estructura de aducción de un sistema hidráulico se conectará a un tanque de agua en los casos en que sea necesaria la regulación de los caudales, como es el caso de los sistemas de agua potable. Sin embargo se utilizan tanques de regulación también en microsistemas de riego. Mediante la construcción de tanques de almacenamiento se logra compensar las variaciones de la demanda durante el día, mantener las presiones establecidas para la red y situaciones eventuales de emergencia. Estos aspectos asociados a las características hidrológicas de la fuente de captación, determinarán la capacidad necesaria y las dimensiones del tanque o del sistema de tanques, si se decide utilizar dos o más tanques de almacenamiento.
Figura 1.7 - Esquemas de un tanque de almacenamiento Los tanques de almacenamiento en cuencas de montaña se construyen en general directamente sobre la superficie del suelo, pudiendo construirse de mampostería de piedra, mampostería de ladrillo, hormigón armado u otro material. Los accesorios principales que se consideran en un estanque de almacenamiento son:
- Canal o tubería de llegada.- Según el tipo de aducción adoptado para el sistema. - Canal o tubería de salida.- Según las consideraciones establecidas para la distribución del agua. En el caso de agua potable se realizará por medio de una tubería, pero para sistemas de riego podrán presentarse ambos casos. - Tubería o canal de limpieza.- Según las condiciones de limpieza establecidos. Para tanques pequeños y medianos es usual el empleo de tuberías de limpieza. - Tubería o vertedero de excedencias.- Según los caudales a evacuar. En tanques pequeños y medianos es frecuente el empleo de tubería.
- Ventilación.- Los tanques se almacenamiento cerrados deberán disponer de un medio de ventilación, que en general podrá ser una o más tuberías, que permita el ingreso de aire y que evite al mismo tiempo el ingreso de insectos y otros animales.
Figura 1.8 - Detalles de accesorios en tanques de almacenamiento Las cámaras de carga, en general se aplican a sistemas hidroeléctricos como estructuras de transición entre el canal de aducción y la tubería de presión. Estos tanques tienen limitadas condiciones de regulación, debido fundamentalmente a los caudales que se utilizan en las turbinas, lo cual no permite aprovechar el volumen de este tanque para el almacenamiento de agua, aunque es posible que se presenten casos de tanques de carga que trabajen como reguladores horarios, como es el caso de los sistemas que utilizan pico-turbinas.
Figura 1.9 - Esquema de una cámara de carga Una cámara de carga cumple dos funciones principales, a saber: como estructura de transición entre el sistema de aducción y la tubería de presión y como elemento regulador del nivel de carga sobre la turbina. Estas funciones deben tomarse en cuenta en el diseño, logrando geometrías que permitan el paso del agua con un escurrimiento que desarrolle velocidades que se incrementarán gradualmente hacia la tubería en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques contra las paredes y cambios bruscos de dirección. La regulación del nivel de carga se logrará por medio de un vertedero de excedencias con capacidad de evacuación igual o mayor al caudal de aducción. En las cámaras de carga es importante el control de la formación de vórtices en un sector cercano al ingreso a la tubería de presión. La altura mínima entre el eje de ingreso a la tubería y el nivel de agua en la cámara se podrá calcular por medio de la expresión recomendada por Gómez-Navarro:
Donde:
Hmin Altura mínima de agua sobre el eje de la tubería en [m]. v Velocidad media en la tubería de presión en [m/s]. D Diámetro interno de la tubería en [m]. Para evitar la formación de vórtices es recomendable incorporar un elemento flotante a manera de una rejilla de madera, que logra romper la tensión superficial por el constante choque de las láminas de agua contra los elementos de la rejilla
HIDRAULICA DE CANALES Escurrimiento en Canales Se denomina escurrimiento en canales a aquel en que el líquido escurre en contacto permanente con la atmósfera a través de una porción de su contorno, la cual se denomina superficie libre. Los movimientos de agua o escurrimiento se clasifican en: a) Movimiento Permanente ( Caudal constante, no es función del tiempo, y la velocidad en cada punto es constante ). a.1. Mov. Permanente Uniforme: la velocidad es igual en todas las secciones.
a.2. Mov. Permanente Variado: La velocidad varía en todas las secciones. a.2.1. Bruscamente Variado o local. Esta clasificación a su vez engloba a dos situaciones: con poca disipación de energía y con mucha disipación de energía (resalto hidráulico). a.2.2. Gradualmente Variado. es el caso típico de los remansos. b) Movimiento No Permanente ( el caudal es función del tiempo y de la sección por la que discurre , y la velocidad es función del tiempo ). b.1 Propagación de Crecidas b.2 Movimiento Ondulatorios. Esta clasificación engloba a su vez a dos situaciones: Olas y Ondas de Traslación. ESTE APUNTE SE REFIERE EXCLUSIVAMENTE AL MOVIMIENTO EN REGIMEN Y PERMANENTE UNIFORME Movimiento Uniforme El movimiento uniforme requiere que todas las secciones transversales sean iguales; por lo tanto el tirante de agua ( profundidad ), la forma de la sección y la pendiente de fondo deberán permanecer constantes a lo largo de todo el tramo en que se mantiene el movimiento uniforme. Como el tirante debe permanecer constante, la superficie libre tendrá una pendiente igual a la del fondo. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 3 Como la superficie libre representa la línea piezométrica del escurrimiento, si a ella
agregamos el término de velocidad al cuadrado divido por el doble del término de la gravedad (V^2/2*g), constante, en todas las secciones, obtendremos la línea de carga total paralela a la pendiente del canal. Es decir que en movimiento uniforme, la pendiente de energía, es igual a la pendiente de la superficie libre y a su vez a la pendiente de fondo. Ie = Is = Io Para determinar la energía total en un punto determinado, por ejemplo la sección 1, hacemos: 2 V1 H t1 = Z1 + h1 * cos q+ ______ 2*g que es la ecuación de Bernoulli. Y para canales de poca pendiente I < 0.1; cos q= 1. 2 V H T = Z + h + _____ 2*g Si hacemos el análisis para dos secciones: 22 V1 V2 Z1 + h1 + _____ = Z2 + h2 + _____ + hf 2*g 2*g dado que el movimiento es uniforme => V = constante, y h = cte. por lo tanto: 22 V1 V2
_____ = _____ y h1 = h2 2*g 2*g por lo que finalmente: hf = Z1 - Z2 La pérdida de carga esta dada por la diferencia de cotas de fondo => EN MOVIMIENTO PERMANENTE Y UNIFORME TODO EL TRABAJO QUE DA LA ENERGIA POTENCIAL SE DISIPA CON LA PERDIDA DE CARGA hf PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 4 Elementos que caracterizan a un canal - Ancho de Fondo .......... b - Ancho de Boca .......... B - Talud Lateral .......... Z - Profundidad .......... y - Altura .......... h Las características geométricas son: - Área A = _ - Perímetro Mojado P = _ - Radio Hidráulico R = A / _ - Factor de Sección Fs = A _y - Pendiente de Fondo I Tipo de Canales - Rectangular - Trapezoidal - Triangular - Circulares - Parabólicos - Rectangular con bordes redondeados - Triangular con bordes redondeados Cálculo del Escurrimiento de un canal Para la determinación de la velocidad del flujo uniforme, intervienen muchos
parámetros hidráulicos, entre otros: _ , V, Vsup., _, R, y , Qt Io, n, μ , _ , _ , t °C , etc.
Finalmente se llega a una expresión del tipo: V = c * Rx * Iy uno de los primeros investigadores fue Chezy, su teoría se basa en lo siguiente. " La componente efectiva de las fuerzas gravitatorias debe ser igual a la resistencia del flujo cuando el régimen es uniforme" PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 5 Ello implica que: Fg = Ff Ambas fuerzas, tienen las siguientes expresiones: Ff = c* L * k * V2 lo que significa que las fuerzas de fricción son proporcionales al cuadrado de la velocidad. Por otra parte el peso del volumen de agua será: Fg = g* L * W* sen q si el flujo es uniforme Fg = Ff, por lo que: c* L * k * V2 = g* L * W* sen q en los canales q-> 0 => sen q
q= Io
V2 = (W / c ) * Y / (g * k ) si denominamos a Ö(g/k) = c coeficiente de Chezy V = c * Ö(R*I) ello significa que en la formula general: x=½;y=½ de los parámetros que intervienen R e I pueden calcularse directamente, pero "c" depende de
las características propias del canal. Varios autores han trabajado en ello a la largo de muchos años: a) Bazin ( 1897): c = 87 / ( 1 + g / _r ) donde g = coeficiente de rugosidad. ( tabulado ) b) Manning (1889): c =R (1/6) / n donde n = coeficiente de rugosidad. ( tabulado ) =====> V = R(2/3) * I(1/2) / n c) Strickler (1923): c = ks * R(1/5) donde ks = 21.1 / k y k coeficiente de rugosidad tabulado. Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 6 Análisis de la fórmula de Manning V = R^(2/3) * I^(1/2) / n [ L/T ] = [ L^x / T^y ] * [ L^(2/3) ] * [ - ] y x = 1/3 ; y = 1 => el coeficiente "n" tiene unidades de longitud y de tiempo, la fuerza que interviene es la gravedad, por lo que: 1 / n = k / no k = _g [ L^½ / T ] no [ L^(1/6) ] el rango de "n" está dado por: .008 _ n _ .15 desde canales limpios a superficies muy rugosos. => n = f(rugosidad). CONCLUSION: Obtenemos una velocidad, la cual es una velocidad media, en una sección
determinada ( f(R,I) ), y con características propias ( f(n) ). Factores para determinar el valor de "n": a) rugosidad superficial: función de la granulometría de las paredes y del fondo. b) vegetación: b.1. produce una macro rugosidad. b.2. reduce la sección de paso. b.3. es un obstáculo al flujo. Determinación del "n" : Formula de COWAN . n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4 ) * m5 n0 = valor básico de n, canal recto, uniforme y liso, de acuerdo al material del cauce. n1 = efecto de irregularidades superficiales. n2 = variaciones de forma y el tamaño de la sección del canal. n3 = considera las obstrucciones. n4 = efecto de la vegetación y características de las corrientes. m5 = factor de corrección por divagación (meandro) del canal. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 7 Diseño de Canales Condición de mínima resistencia. Si partimos de la formula: Q = V * W= 1/n * R^(2/3) * I^(1/2) * W la condición de mínima resistencia se verifica cuando el radio hidráulico R, para una sección determinado, alcanza su valor máximo, ello se cumple cuando el perímetro mojado es mínimo. Para un canal trapecial, si hemos definido el talud lateral ( función del suelo o material de construcción ) queda como incógnita "h" y "b". Se llega a que se cumple esta condición cuando tenemos que: R=h/2
Condición de Máxima Resistencia A la inversa ocurre cuando R es mínimo, ello significa que el perímetro mojado mojado es máximo. Velocidades Límites a) Velocidad Máxima: no debe producir socavaciones y erosiones en el canal, no debe producir embanques ni el crecimiento de plantas acuáticas, la misma depende de la naturaleza del terreno. ( TABLA N° ). b) Velocidad Mínima: depende exclusivamente del material en suspensión que lleva el agua, impide la deposición o sedimentación del material. ( TABLA N° ) Talud Lateral Para canales trapeciales y triangulares el talud lateral es función de la naturaleza del terreno, la misma está tabulada para las distintas situaciones. ( TABLA N° ) Diseño propiamente dicho A partir de lo expresado surge que para el cálculo de un canal, en el que deseamos transportar un caudal "Q" determinado, de un punto de coordenadas (x1,y1,z1) a otro (x2,y2,z2) => una longitud y un desnivel => Io, en un material o suelo determinado => Vmax, "n" y "z", con ciertas características de materiales en suspensión => V min, las variables a definir en el diseño son: a) la forma geométrica del canal. b) los parámetros geométricos de esa forma seleccionada. para ello será conveniente definir dos elementos adicionales para el cálculo: PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales
Página 8 Capacidad de conducción de un canal A partir de la ecuación de continuidad sabemos que: Q = V * W= W* 1/n * R^(2/3) * I^(1/2); podemos decir que: K = 1/n * W* R^(2/3) => Q = K * I^(1/2) donde K = factor de capacidad de conducción. Factor Geométrico de Sección Si reorganizamos y reordenamos la ecuación de continuidad, llevándola a la forma: W* R^(2/3) = Q * n / I^(1/2) en ella los términos a la derecha son los que están fijos en el diseño, mientras que los de la izquierda son los que debemos definir. Por lo que: W* R^(2/3) = constante de ellos debemos definir ( para el caso de canales trapeciales, pero puede extenderse a las otras formas geométricas de canales) "h" y "b". La ventaja que presenta esta forma de calcular canales reside en la practicidad en los cálculos y el diseño a partir de los que son variables conocidas en la mayoría de los proyectos de canales. Cálculo Propiamente dicho Definidos los elementos previos, y dado que se cuenta con una sola ecuación para el diseño ( Ec. de Continuidad ) y las incógnitas son dos "h" y "b" ( para canales trapeciales ),
Woodward y Posey han elaborado tablas de diseño utilizando variables adimensionales, lo que permite ser utilizadas para cualquier condición de cálculo. Las mismas has sido recalculadas para situaciones válidas en nuestra provincia y extendidas para ser aplicadas en el diseño de canales de sistematicación de campos ( baja relación h/b ). Asimismo se han extendido a canales parabólicos y triangulares. 1) Para el caso de canales trapeciales las variables de diseño son: ( a partir de un talud fijo ). a) fijar una relación h/b, y calcular h y b. b) determinar un valor de b y calcular h. c) determinar un valor de h y calcular b. 2) Para el caso de canales triangulares, las variables de diseño son: ( a partir de un talud fijo ). a) fijar una relación h/b, y calcular h y b. b) determinar un valor de b y calcular h. c) determinar un valor de h y calcular b. 3) Para el caso de canales parabólicos, las variables de diseño son: a) fijar una relación h/B, y calcular h y B. b) determinar un valor de B y calcular h. c) determinar un valor de h y calcular B. 4) Para el caso de canales circulares, las variables de diseño son: a) fijar una relación h/D, y calcular h y D. b) determinar un valor de D y calcular h. c) determinar un valor de h y calcular D. Las tablas tienen la siguiente características: Q*n y/b ( b^8/3 * I^1/2) z=0.5 z=1 z=2 z=3 z=4 z=5
y0/b0 X Cálculo a partir de un valor de ancho de fondo: Datos: Q , n , I y adopto "b" calculo => X = Q * n / ( I^(1/2) * b^(8/3) ) para el valor de "m" ó "z" que me interesa busco la relación X y obtengo el valor y/b con y/b y b obtengo el valor de "y" calculo la sección _ yR calculo la velocidad V = 1/n * R^(2/3) * I^(1/2) y verifico que Vmin < V < V max. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 10 Cálculo a partir de una relación y/b Datos : Q , n , I y adopto "y/b" para un valor de "m" ó "z" que me interesa busco la relación X que corresponde a la fila de "y/b" de X = Q * n / ( b^(8/3) * I^(1/2) ) despejo b = ( Q * n / ( X * I^(1/2)) ) ^(3/8) con "y/b" y "b" calculo Y calculo la sección _ yR calculo la velocidad V y verifico que Vmin. < V < Vmax. Cálculo a partir de un valor de "y" Datos: Q, n , I y adopto un "y" calculo X = Q * n / ( y^(8/3) * I^(1/2) ) utilizo la tabla correspondiente a "y" para un valor de "m" ó "z" determinado y el valor de X , obtengo la relación "y/b" con "y/b" e "y", calculo b calculo la sección _ calculo la velocidad V y verifico que Vmin. < V < Vmax. EJEMPLOS DE APLICACION
Se desea establecer las dimensiones de un canal secundario de un distrito de riego. El mismo debe transportar un Q = 1,600 m3/seg, está realizado en hormigón moldeado in situ, con una pendiente de Io = 0.1% y de sección trapezoidal. De tabla para hormigón moldeado in situ n = 0.014 y Vmax = 2.50 m/seg., los taludes admisibles indican z = 0.50 a) Resolución determinando un ancho de fondo defino b = 1.00 metros. calculo Q * n / ( b^(8/3) * I^(1/2) ) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com Tecnología de Tierras y Aguas I - Teoría de Canales Página 11 1.60 m3/seg * 0.014 / ( 1 m ) ^(8/3) * (0.001)^(1/2) = X = 0.7083 El valor no está en tabla para z = 0.5, pero se encuentra entre: y/b = 0.86 X = 0.693 y/b = 0.88 X = 0.72 asumo y/b = 0.87 => y = 0.87 * 1.00 m = 0.87 metros W = ( b + z*y ) * z = 1.24845 m2 v = Q / W = 1.600 m3/seg / 1.2485 m2 = 1.28 m/seg < Vmax=2.5 m/s b) Resolución fijando una relación y/b: adopto y/b = 0.7 por lo que X = 0.486, para z = 0.5 despejando b = ( Q * n / ( X * I^(1/2) ) )^(3/8) b = 1.21 m. W = 1.38 m2 V = 1.16 m/s < Vmax. = 2.5 m/
CONSTRUYA CORRECTAMENTE SUS CANALES PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DE RIEGO lluvias. Cuando es escasa o no llueve en los momentos en que las plantas más la necesitan, es necesario regar. -verano, cuando los cultivos están creciendo hay escasez de agua ó "déficit hídrico". en otros cultivos. ¿Como se construyen y manejan los canales de riego? El canal lleva el agua desde el río o arroyo hasta la chacra. Allí se podrá regar por surcos o por manto. La forma, tamaño y pendiente del canal determinan la cantidad de agua que puede llevar, es decir el caudal, que generalmente se mide en litros por segundo (lt/seg.). Para construir un canal, tener en cuenta:
relación a su base (talud). El canal será más cerrado en suelos arcillosos (gredosos) y más abierto en suelos arenosos. 2 Hoja Divulgativa Técnica N°5 # La pendiente o desnivel depende del tipo de suelo, puede ser mayor en suelos gredosos que
en suelos arenosos. La pendiente se expresa como una diferencia de altura por cada 1.000 metros de longitud. Por ejemplo una pendiente de 1/1000 (uno por mil) significa que el fondo del canal baja 1 metro en 1000 metros de recorrido. # Excesiva pendiente, aumenta la velocidad del agua y erosiona el fondo del canal. # Poca pendiente, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra en el fondo (embancamiento del canal). # Si el terreno tiene mucha pendiente, construya saltos con: troncos, piedras, plástico o ramas. Así se disminuye la velocidad del agua y no erosiona el canal. . ¿Cuánta agua puede llevar un canal?: El caudal depende de: LA FORMA DEL CANAL LA PENDIENTE DEL CANAL LA ALTURA DEL AGUA EN EL CANAL La forma del canal depende del ancho de la base y del talud. Para aumentar la capacidad Ud. puede mantener el talud pero aumentar el ancho de la base, o bien mantener la base aumentando el talud. Recuerde que con un caudal de 1 litro/seg. riega 1 Ha. con una lámina de 8 mm de agua en 24 hs. 0,15 Talud Base del canal 0,45 0,20 0,45 0,90 0,50 0,45
Protección del salto con piedras en el fondo y tablones en las paredes 3 Hoja Divulgativa Técnica N°5 cuando recorren grandes distancias. empleando greda ó arcilla (Bentonita) ó recubrir con plástico. sellado con plástico sellado con greda ¿Qué tareas de mantenimiento del canal deben realizarse?
filtraciones en el canal. inicio de la primavera. eliminar las malezas y arbustos que se encuentran dentro del canal y en los bordes. 4 Hoja Divulgativa Técnica N°5 ¿COMO SE MIDE EL CAUDAL? Para medir el caudal (Q) necesitamos conocer la velocidad del agua (v) y la sección del canal (s) => Q=s x v. Elementos necesarios: un flotador (pelota, maderita ó botella vacía tapada); un reloj para medir segundos, cuerda ó alambre y 4 estacas. Para calcular la velocidad del agua, elegir un tramo del canal lo más recto posible y
medir 10 metros. Marcar con cuerda ó alambre sostenidas por estacas, el inicio y el fin de esa distancia. Lanzar el flotador y cuando pasa por la primer cuerda, empezar a contar el tiempo hasta que llega a la otra cuerda. Así se obtiene el tiempo que tarda el agua en recorrer 10 m; por ej: 5 segundos. Al dividir la distancia (10 m) sobre el tiempo (5 seg) obtenemos la velocidad (2 m/seg). Ahora habrá que estimar la superficie de la sección del canal. Mida el ancho del canal sobre una cuerda, por ej: 1,40 m. Luego mida la profundidad del agua en 5 ó 6 puntos sobre la cuerda y haga un promedio. Por ej: si las mediciones fueron 0,05 m (= 5 cm); 0,12 m; 0,25 m; 0,18 m y 0,05 m el promedio será (0,05 + 0,12 + 0,25 + 0,18 + 0,05) / 5 = 0,13 m. Luego la sección será el ancho por la profundidad (1,4 m * 0,13 m = 0,18 m2). El caudal es la velocidad por la sección (2 m/seg * 0,18 m2 = 0,36 m3/seg). Considerando que 1 m3 = 1000 litros, este canal lleva 360 lts/seg.
Construcción de Canales 1 Escorrentia 2. Evacuacion De Aguas De Escorrentia 3. Calculo de La Escorrentia Critica 4. Diseño Y Trazado De Canales 6.Obras Transversales 7. Muros Y Gaviones De Contencion
8. Drenaje De Tierras Agricolas 9. Pasos para construir un canal rústico en forma económica La topografía y el régimen de Lluvias de la zona cafetera favorecen la escorrentía, que es la responsable de la mayoría de los fenómenos erosivos. En muchos tipos de suelos no es conveniente ni posible propiciar una mayor infiltración porque la topografía no lo permite, y por el peligro de remociones masales, por lo cual es necesario evacuar la escorrentía de los predios agrícolas y conducirla hasta los cauces naturales. En este capitulo se presentan los principales sistemas para la evacuación de aguas, así como los métodos para el calculo de la escorrentía critica. Igualmente, se dan los criterios y bases para la selección, diseño, calculo y trazado de acequias de ladera, canales de desviación y de drenaje. Finalmente, se presentan algunas obras complementarias tales como saltos, vertederos, muros, trinchos, gaviones y empalizadas, que son necesarias para la protección de vías y cauces naturales o artificiales, contra la fuerza del agua concentrada. 1 ESCORRENTIA La escorrentía es el agua sobrante de las Lluvias que no alcanza a penetrar en el suelo, escurre por la superficie en los terrenos pendientes y se va concentrando en cauces naturales hasta Ilegar a las quebradas y los ríos. La escorrentía tendrá un mayor volumen y velocidad a medida que las Lluvias sean mas intensas y la pendiente sea mas inclinada y prolongada. Si esta ocurre en terrenos desnudos, produce el arrastre del suelo en laminas, surcos y cárcavas. 1.1 FACTORES OUE INFLUYEN EN LA ESCORRENTIA ü La superficie del suelo determina una rugosidad. Mientras mas liso sea el piso, el agua fluya con mayor facilidad aumentando el volumen de escorrentía, su velocidad y energía. ü Capacidad de infiltración del suelo. Esta determinada principalmente por la textura, la estructura, la presencia de grietas y raíces, y la uniformidad del perfil. A mayor capacidad de infiltración, habrá menor porcentaje de
escorrentía. La compactación de los suelos, principalmente los arcillosos, disminuye hasta niveles críticos la infiltración. ü Intensidad de las Lluvias. Es el factor que mas influye, ya que cuando la intensidad sobrepasa la velocidad de infiltración del suelo, escurre un alto porcentaje de la Lluvia. En intensidades menores de la velocidad de infiltración, el volumen de escorrentía esta regido por el grado de saturación del suelo. ü Porcentaje de humedad del suelo. En el momento de ocurrir una Lluvia, si el suelo esta seco, tendrá mayor capacidad de absorber agua. Si esta húmedo, se saturará rápidamente, iniciándose la escorrentía. EI grado de humedad del suelo esta muy relacionado con la frecuencia de las Lluvias. ü Pendiente y microrelieve. A mayor grado y longitud de la pendiente, habrá menor tiempo de infiltración, y aumento del volumen y la velocidad de la escorrentía. La irregularidad del relieve favorece la infiltración (obstáculos o planos horizontales),
formando
encharcamientos.
También
se
propicia
la
concentración de la escorrentía si hay entalladuras, surcos o canales, en el sentido de la pendiente. Estos factores no actúan independientemente, ya que la escorrentía es una resultante de la acción simultanea de ellos.
1.2 VOLUMEN DE ESCORRENTIA Es necesario conocer la cantidad de agua que debe evacuarse de un lote, para seleccionar y calcular obras de desvío que tengan la capacidad necesaria. Este calculo debe hacerse con base en las intensidades máximas mas probables de Lluvia y depende además de otros factores tales como pendiente, longitud y área del terreno, clase de suelo y cobertura. Datos experimentales de Cenicafe han comprobado que son las Lluvias de gran intensidad las que causan la mayor escorrentía y la mayor erosión. Por esta razón, es necesario diseñar y calcular las obras de ingeniería con base en las Lluvias de intensidad mas probable, que
ocurran en un periodo mínimo de 10 anos, según el estudio de los registros meteorológicos de una región. No se deben utilizar los promedios de intensidades para cálculos de estructuras de conducción ya que estos pueden resultar cortos con respecto a la intensidad más probable de una zona. Tampoco es conveniente utilizar la máxima intensidad absoluta en los cálculos, ya que las obras serían demasiado grandes, y la probabilidad de que ocurra esa máxima intensidad, seria muy remota. Solo se justifica el uso de máximas absolutas cuando se trata de protección de viviendas, construcciones costosas y obras da ingeniería. 2. EVACUACION DE AGUAS DE ESCORRENTIA Aunque algunas practicas culturales buscan disminuir la velocidad de la escorrentía y propiciar la infiltración, siempre habrá un punto de saturación del suelo que cause escorrentía. Es necesario por lo tanto, combinar estas prácticas con obras hidráulicas para evacuar el exceso de agua (canales, desagües) o impedir que la escorrentía cause erosión. Por otra parte, en suelos poco profundos, sueltos o que descansan sobre planos de deslizamiento u horizontes impermeables, no se puede propiciar la infiltración y es necesario evacuar la escorrentía para evitar remociones masales (derrumbes, coladas de barro, solifluxiones, etc.). No se debe esperar que toda el agua Llegue al final de un lote para evacuarla, ya que alcanzaría un volumen y una velocidad grandes que causarían erosión. Es necesario, por lo tanto, ir evacuando dicha escorrentía a intervalos, por medio de zanjillas, acequias o canales. 2.1 DESAGUES NATURALES Son las quebradas, chorros, hondonadas y depresiones naturales que sirven para la conducción de las aguas sobrantes de una ladera. En las épocas lluviosas reciben grandes cantidades de agua que tienden a formar cárcavas y derrumbes. Hay que proteger estos desagües y propiciar la vegetación nativa y plantas protectoras tales como pastos, cañabrava, guadua, bambú. En los sitios mas peligrosos por el cambio de pendiente, o donde reciben aguas de ramales o acequias, se deben construir escalones de piedra, diques amortiguadores y fajas
de pasto. También es conveniente acumular en los desagües todas las piedras y troncos que resulten del Iote. 2.2 ZANJILLAS OE ABSORCION Consisten en pequeños surcos construidos a intervalos cortos. Se trazan siguiendo curvas a nivel, con un azadón o una herramienta similar. La profundidad de estas zanjillas es entre 5 y 10 centímetros y no tienen desnivel para que el agua se infiltre. Esta practica debe emplearse en zonas de escasas Lluvias, o en suelos de texturas gruesas, o muy gruesas, sin estructura o estructura débil, con el fin de propiciar la infiltración y la retención de humedad. También se usan en suelos de texturas finas, compactos, de baja capacidad de infiltración en regiones secas. En suelos sueltos o arenosos, deben construirse muy superficialmente y con una base ancha (en forma de batea). En suelos compactos y de estructura moderada o fuerte, pueden hacerse mas angostas y profundas. No se deben construir estas zanjillas, en suelos sueltos con capas interiores impermeables, ni en zonas Iluviosas, ya que si son de pendiente suave, ocasionan problemas de drenaje, y si son muy pendientes ocasionan deslizamientos, derrumbes o problemas de solifluxión. Debido a su tamaño, estas zanjillas se sedimentan y borran fácilmente, por lo cual deben considerarse como obras temporales que es necesario limpiar o reconstruir periódicamente. 2.3 ZANJILLAS DE DESAGUE Son similares a las zanjillas de absorción, pero en este caso se busca la evacuación de las aguas a intervalos cortos. Estas zanjillas deben tener una pendiente de 0,5 a 2 por mil y se construyen a intervalos de 10 a 2 metros según aumente la pendiente y el volumen de escorrentía. Se deben utilizar en zunas Iluviosas y en suelos muy pendientes (mayores de 40 0/0l, en los cuales no se recomienda la construcción de acequias de ladera o canales de desviación. También se deben emplear en suelos poco. profundos, que no permitan la excavación de acequias o canales, y en suelos con el primer horizonte estable y el segundo muy susceptible a la erosión, como en el caso de las unidades
Montenegro, Quindío, Anaime y Fondesa entre otras, siempre que el horizonte orgánico existe. En cultivos de surcos continuos (papa, hortalizas etc.) puede hacerse el surcado con un desnivel de 1 a 2 por mil, de tal manera que el espacio entre los surcos funcione como zanjillas. En aquellos suelos donde la infiltración puede ser peligrosa por problemas potenciales de remociones masales (suelos derivados de esquistos, anfibolitas, areniscas, granitos, etc.), no se deben hacer zanjillas a menos que exista un horizonte orgánico profundo y estable que lo permita. Estas zanjillas se sedimentan rápidamente, haciendo costoso su mantenimiento. En suelos arcillosos pendientes, las zanjillas favorecen el drenaje. En algunos casos, se recomiendan para la protección o estabilización de taludes y derrumbes.
2.4 ACEQUIAS DE LADERA Son pequeños canales de 30 centímetros de ancho en el fondo (plantilla), taludes 1:1 en suelos estables, 3/4:1 0 1/2:1 en suelos muy estables, y 1 1/2:1 0 2.1 en suelos poco estables o susceptibles a la erosión (suelos muy Iivianos). Su desnivel y profundidad son variables. Se construyen a través de la pendiente, a intervalos que varían con esta y con la clase de cultivo (tablas 5.1 y 5.2 y figura 5.1). Las acequias son aconsejables en zonas con Lluvias intensas y en áreas con suelos pesados, poco permeables, donde hay exceso de escorrentía, y en suelos susceptibles a la erosión con pendientes hasta 40 % y longitudes largas. No se deben construir en terrenos con cultivos limpios o potreros de mas de 30 % de pendiente, ni en terrenos con cultivos de semibosque (café, cacao, etc.) de mas de 50 % de pendiente. EI desnivel de las acequias varia de 0,5 a 1% y la profundidad es la que mayormente determina la capacidad de descarga (tabla 5.3). Las acequias de ladera deben protegerse con una barrera viva simple o doble, sembrada de 15 a 30 centímetros del borde superior, con el objeto de frenar la fuerza del agua y filtrar los sedimentos. Se deben desaguar en un sitio bien protegido con vegetación, en donde no vayan a causar erosión. Se trazan y
construyen desde el desagüe hacia arriba, asegurándose que el fondo quede lo suficientemente alto sobre el desagüe (20-40 cm), para que el agua que baje por éste no penetre a las acequias, o las represe. En la construcción de varias acequias, debe iniciarse con la mas alta del terreno, pues de otro modo se podrían dañar las mas bajas por un aguacero fuerte.
TABLA 5.1 ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1 Pendiente del terreno % 2
Espaciamient o
entre
acequias m 42,0
Area servida 2
(m ) c/100m canal 4.200
Descarga Metros
por
(q en l/seg) acequia de por c/100m Ha
de Límite
por longitud de la acequia
de canal 109,5
238
de
90
3
30,6
3.066
95,0
326
100
4
25,0
2.500
65,0
400
120
5
21,6
2.160
56,0
464
140
6
19,3
1.933
50,0
518
160
7
17,7
1.771
64, 0
565
I80
8
16,5
1.650
43,0
606
200
9
15,5
1.555
40,5
615
220
10
14,8
1.486
38,5
675
260
11
14,2
1.418
36,9
705
270
12
13,6
1.366
35,5
730
280
13
13,2
1.323
34,4
755
290
14
12,8
1.285
33,4
780
300
15
12,O
1.200
31,2
635
320
16
11,2
1,125
29,2
890
340
17
10,6
1.060
27,6
945
360
18
10,0
1.000
28,0
1000
380
19
9,5
950
24,6
1055
400
20
9,0
900
23,4
111O
420
21
8,6
858
22,3
1165
450
22
8,2
820
21,3
1220
470
23
7,8
783
2O,4
1275
490
24
7,5
750
19,5
1330
500
25
7,2
720
18,7
1390
500
26
6,9
695
18,0
1440
500
27
6,6
667
17,3
1500
500
28
6,4
644
16,3
1550
500
29
6,2
620
15,8
1612
500
30
6,0
600
15,6
1670
500
TABLA 5.2 ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1
Pendiente del terreno %
Espaciamient o
entre
acequias m
Area servida (m2) c/100m canal
Descarga Metros
por
(q en l/seg) acequia de por c/100m Ha
de Límite
de
por longitud de la acequia
de canal
10
40,0
4.000
78,0
250
110
11
36,4
3.640
71,0
275
110
12
33,3
3.330
65,0
300
120
13
30,8
3.080
60,0
325
130
14
28,6
2.860
56,0
373
140
15
26,7
2.670
52,0
375
150
I6
25,0
2.500
49,0
400
160
17
23,5
2.350
46,0
426
180
18
22,0
2.200
43,0
455
200
19
21,0
2.100
41,0
476
210
20
25,0
2.500
48,6
400
180
21
23,7
2.370
46,1
422
180
22
22,7
2.270
44,1
440
200
23
2I,6
2.160
42,0
463
200
24
20,8
2.080
40,4
480
210
25
20,0
2.000
38,9
500
220
26
19,2
1.920
37,3
520
220
27
18,5
1.850
36,0
540
230
28
17,8
1.780
34,6
562
230
29
17,2
1.720
33,4
581
240
30
20,0
2.000
38,9
500
220
32
18,8
1.880
36,6
532
220
34
17, 6
1.760
34,2
568
230
36
16,7
1.670
32,5
600
240
38
16,8
1.680
30,7
633
250
40
15,0
1.500
29,2
687
300
Los datos son normales para un suelo estable; para suelos menos estables debe reducirse el espaciamiento y para suelos muy estables aumentarlo. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. Manual del Cafetero ,Bogotá, f969. 39B p. TABLA
5.3
ACEQUIAS
DE
LADERA
DE
0,30
METROS
DE
PLANTILLA,TALUD 1:1 DESNIVEL DE LA
ACEOUIA
(S)
0,5 %
1%
PROFUNDIDAD METROS(D)
DESCARGA LITROS
(Q)
EN POR
SEGUNDO
0, 10
10,6
0,12
22,1
0,15
37,5
0, 18
57,5
0,21
81,5
0,25
110,0
0,10
15,0
0,12
32,0
0,15
55,5
Adaptado del Manual del Cafetero. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, 1969.
2.5 CANALES DE DESVIACION Son estructuras para evacuar volúmenes considerables de agua (de escorrentía, drenaje, acueductos, desagües, beneficiaderos, etc.) y su costo es relativamente alto. Se les da generalmente una sección trapezoidal y hay necesidad de calcularlos y diseñarlos individualmente para las condiciones en que van a trabajar. Sus pendientes fluctúan entre 0,5 y 5 % o (máximo). Cuando se hacen con pendientes mayores, deben revestirse con pastos, o protegerse con obras
transversales (trinchos, barreras, etc.). En la parte superior del canal, y a todo lo largo, debe sembrarse una barrera viva doble, de 30 a 50 cm del borde. Estas estructuras son mas efectivas cuando sirven en áreas que estén cubiertas de bosques o de pastos, pues en tales condiciones no ocurren sedimentaciones que son la causa mas frecuente de su fracaso. Cuando sirven en lotes ocupados con cultivos limpios, que necesitan escardas periódicas, las barreras vivas deben complementarse con una faja amortiguadora ancha sobre el borde superior del canal, la cual se mantiene sembrada de pasto para que filtre el agua de escorrentía. Así, evitan costosos trabajos de mantenimiento y se asegura un buen funcionamiento del canal. Para evitar la entrada de aguas a una cárcava que presente grave peligro de erosión, el canal debe localizarse a una distancia prudencial de la cabeza o extremo superior de ella, de manera que quede construido sobre terreno firme. La estructura debe quedar a una distancia superior a tres veces la profundidad de la cárcava. Cuando se desea proteger áreas bajas de la escorrentía proveniente de la parte alta de la vertiente, el canal se construye a la menor distancia posible de la zona que se quiere proteger. Los cauces naturales o artificiales que integren el sistema de evacuación, deberán cubrirse con una conveniente vegetación y contar además con defensas apropiadas en su curso, que tiendan a aminorar la velocidad de la corriente y su acción erosiva (presas de piedra acomodada, de ramas, de guaduas, malezas bien manejadas, barreras vivas tupidas, saltos).
Pasos para la construcción de un canal rústico
