Diseño Canal

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MODELAMIENTO DE OBRAS OBRAS HIDRÁULICAS EN CIVIL 3D CANALES

MODELA MODELA MIENTO MIENTO DE OBRAS HIDRÁUL ICAS EN CIVIL 3D CANALES

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GENERALIDADES

En un proyecto de irrigación la parte que comprende al diseño de los canales y obras de arte, si bien es cierto que son de vital importancia en el costo de la obra, no es lo más importante puesto que el caudal, factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de riego, es un parámetro que se obtiene en base al tipo de suelo, cultivo condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación Agua-Suelo-Planta Agua-Suelo-Pl anta y la hidrología, de manera que cuando se trata de una planificación de canales, aquel diseñador que tenga un conocimiento de estas disciplinas, sin llegar a ser un especialista, tendrá mucho más panorama y será más eficiente que aquel que solo diseña fríamente. 1.1 CANALES DE RIEGO POR SU FUNCIÓN Los canales de riego son comúnmente de forma rectangular o trapezoidal, adoptando por su función diferentes denominaciones, denominaciones, así tenemos por ejemplo: 

Canal de de Primer Orden, llamado llamado también también canal canal Madre, Madre, es trazado por por lo general con pendiente mínima.

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Canal de Segundo Orden, llamados también Laterales, salen del canal Madre y es repartido en los sublaterales.

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Canal de de Tercer Tercer Orden, Orden, llamados llamados también también Sub-Laterales, nacen de los los laterales y el caudal que ingresa a estos es repartido en la propiedades individuales.

1.2 INFORMACIÓN BASICA Para el trazo de un canal o sistema de canales es necesario contar con la siguiente información básica: 

Fotografías Satelitales Satelitales (localizando (localizando poblados, vías de comunicación, comunicación, caseríos, etc.)

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Planos topográficos y catastrales

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Estudios geológicos, salinidad, suelos

Torres Fernández Jesús Luis [email protected] / 995192690 [email protected] /

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MODELAMIENTO DE OBRAS HIDRÁULICAS EN CIVIL 3D CANALES

1.3 RADIOS MÍNIMOS DE CANALES Cuando se proyecta canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva cuya radio no debe ser muy grande y debe escogerse un radio mínimo, porque al trazar curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no debe ser hidráulicamente más eficiente, en cambio si será más costosa al darle una mayor longitud o mayor desarrollo. A continuación se muestran radio mínimos de curvatura, según diversos criterios: Tabla 1. Radio Mínimo en canales abiertos para Q > 10 m³/s.

Tabla 2. Radio Mínimo en canales abiertos, para Q < 20 m³/s

En base a estas tablas el diseñador puede seleccionar el radio mínimo que más se ajuste a su criterio. 1.4 RASANTE DE CANAL El diseño de la rasante se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones generales: 

Tener en cuenta los puntos de confluencia cuando se trata de un dren o los puntos de captación, cuando se trate de un canal de riego.

Torres Fernández Jesús Luis [email protected] / 995192690

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La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esto no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectarán caídas o saltos de agua.

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Para definir la rasante de fondo, se tantea con cajas hidráulicas, chequeando siempre si la velocidad que nos da esa caja, es soportada por el tipo de material donde se construirá el canal.

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Se puede concluir diciendo que la rasante de fondo depende de la conjugación simultánea del caudal, pendiente, tipo de suelo, plantilla del canal y velocidad máxima permisible.

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El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mínimo la siguiente información: 

Kilometraje.

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Cota de terreno.

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Cota de rasante.

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Pendiente.

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Indicaciones de deflexiones del trazo con los elementos de curva.

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Ubicación de las obras de arte.

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Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando el kilometraje.

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Tipo de suelo. Figura 1. Sección Típica de un Canal

T = Ancho superior del canal B = Base Z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0.5, 0.75 y 1.0 m., según el canal sea de tercer segundo o primer orden respectivamente.


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V = Ancho del camino de construcción o 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 de canal. En algunos casos el camino de acceso puede ir en ambas márgenes, según las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0.1, 0.15 o 0.20 m, a veces no será necesaria, dependiendo esto de la intensidad del tráfico. 2

DISEÑO DE SECCIONES HIDRÁUL ICAS

En el diseño de secciones hidráulicas, se debe 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, taludes, etc. La formula más común usada es la de Manning o Strickler, con más se le conoce en Europa continental y cuya expresión es:

,

Donde:Q = Caudal (m³/s), n = Rugosidad, A = Área (m²) y R = Radio Hidráulico (A/P) Tabla 3. Relaciones Geométricas de las Secciones Transversales más Frecuentes


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2.1 CRITERIOS DE DISEÑO A continuación se hace una discusión por separado de los diferentes factores que se deben tener en cuenta en un diseño de canales: 2.1.1 Rugosidad (n) La rugosidad depende del cauce y talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en la práctica constantemente se hará frete a un continuo cambio de la rugosidad. En conclusión, no siempre estará claro y no es un tema sencillo seleccionar el valor definitivo de rugosidad, ni tampoco definir que correcciones se deben introducir al valor inicialmente tomado, únicamente queda efectuar un mantenimiento normal de manera que se pueda mantener el valor “n” dentro de límites razonables. En la Figura 1, se puede apreciar la influencia del mantenimiento

en la

rugosidad y en la Tabla 3.6, las variaciones de la velocidad y tirante en relación con diferentes valores de “n”. Figura 2. Influencia del Mantenimiento sobre la rugosidad.

Tabla 3. Influencia de la rugosidad en la velocidad y tirante del flujo de agua


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Tabla 4. Valores de Rugosidad Recomendados


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2.1.2 Velocidad Máxima y Mínima Permisible Velocidad Mínima permisible.- Es aquella velocidad mínima que no permite sedimentación, su valor es muy incierto y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limos, este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de plantas, cuando se trata de canales en tierra, da el valor de 0.76 m/s, como la velocidad apropiada que no produce sedimentación y además impide el crecimiento de la vegetación en el canal. Velocidad Máxima permisible.- Es algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio Ingenieril, a continuación se dan varias tablas que son de mucha ayuda en el diseño de canales.


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Tabla 5. Máxima velocidad permitida según Fortier y Scobet en canales no recubiertos de vegetación

Tabla 6. Velocidades máximas en hormigón en función de su resistencia

2.1.3 Borde Libre No existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que la fluctuación superficial del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables. El Bureau of Reclamation recomienda estimar el borde libre con la siguiente formaula:


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Donde: B.L. es el borde Libre, C = 1.5 para caudales menores a 20 pies³/s y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies³/s, Y es el tirante del canal el pies. La secretaría de Recursos Hidráulicos de México, recomienda: Tabla 7. Borde Libre en Función del Caudal

Villón da una tabla con valores en función de la plantilla del canal.

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2.1.4 Taludes Apropiados según el Tipo de Material La inclinación de las paredes laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados. El Bureau of Reclamation, recomienda un talud único de 1.5:1 para los canales usuales en sus diseños; Según Aguirre Pe, Julián presenta las siguientes tablas: Tabla 8. Taludes Apropiados para Distintos Tipos de Material.

Tabla 9. Pendientes Laterales en canales según el tipo de Suelo.


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