Diseño de Canales

[UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON ]

18 de noviembre de 2014

DISEÑO DE CANALES 1.-INTRODUCCION: En el presente informe comprende el diseño de los canales 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 sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua

– suelo – planta

y la hidrología, de manera que cuando se

trata de una planificación de canales, el diseñador tendrá una visión más amplia y será más eficiente, motivo por lo cual el ingeniero agrícola destaca y predomina

en

un

proyecto

de

irrigación.

El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto de un canal, estableciendo, con base en los condicionantes o factores existentes, la configuración geométrica definitiva del conjunto tridimensional que supone, para

satisfacer

al

máximo

los

objetivos

fundamentales,

es

decir,

la

funcionalidad, la seguridad, la comodidad, la integración en su entorno, la armonía

La

o

integración

estética,

en

su

la

entorno

economía

debe

procurar

y

la

minimizar

elasticidad.

los

impactos

ambientales, teniendo en cuenta el uso y valores de los suelos afectados, siendo básica la mayor adaptación física posible a la topografía existente.

La economía o el menor costo posible, tanto de la ejecución dela obra, como del mantenimiento y la explotación futura de la misma, alcanzando siempre una solución de compromiso con el resto de objetivos o criterios

DISEÑO DE CANALES

Página 1



2.- OBJETIVO OBJETIVO GENERAL -Aprender a diseñar los componentes de un canal abierto, determinando el caudal que pasa por el dicho canal con todos los efectos que produce el flujo al canal.

OBJETIVO ESPECIFICO 

fijar criterios técnicos, que sirvan como guía de diseño de canales, así como establecer los requisitos mínimos de seguridad que deben cubrirse para su correcto funcionamiento.



Realizar el diseño, trazo y replanteo de canales de riego como parte de un proyecto de riego.



Conocer los elementos básicos requeridos para el diseño de canales



Conocer los diferentes trabajos topográficos que se realizan en el trazo de un canal de riego,

tanto en lo referente al trabajo de campo como

de gabinete. 

La conducción que transporta una corriente líquida

con parte de su

superficie en contacto con la atmósfera se denomina conducción abierta, canal abierto, canal, o simplemente simplemente corriente corriente con superficie superficie libre. 

El eje hidráulico es siempre descendiente. El movimiento del fluido se debe fundamentalmente a la pendiente del cauce. Las fuerzas de tensión superficial son despreciables dadas las dimensiones del cauce, y las fuerzas de

viscosidad también puesto que el comportamiento comportamien to ser á

hidrodinámicamente rugoso.

3.- DESARROLLO: (Riego, drenaje, encauzamiento de río, explotación, hidroeléctrica, etc.) deberemos, adaptarnos al relieve del terreno que discurre el canal desde su

DISEÑO DE CANALES

Página 2


origen

hasta

su

destino.

Más

concretamente,


uno

de

los

principales

condicionantes es la diferencia de cota, el desnivel, entre el principio o final del canal o tramo de canal en cuestión. Si este desniveles pequeño habrá problemas de poca velocidad del agua y por tanto de capacidad del canal para llevar un caudal determinado; se deberá disponer grande secciones, reducir al mínimo la rugosidad de las paredes, disponer curvas lo más abiertas posible, etc. ... Si, por el contrario, tenemos un excesiva

gran desnivel, el problema será la

velocidad del agua y la erosión del canal que ello conlleva;

se

deberán tomar medidas para frenar el agua tales como disponer rugosidades artificiales, caídas fuertes entre tramos de poca pendiente, u otras. En la caída el agua pierde altura pero gana mucha velocidad, manteniéndose su energía. Es al pie de la caída donde debe estar el sistema de disipación de energía que se basa siempre en la formación de un resalto hidráulico, fenómeno muy turbulento que disipa gran cantidad de energía. Generalmente para conseguir la formación del resalto hidráulico al pie de caída se disponía un cuenco amortiguador. El cuenco asegura un calado siempre alto al pie de la caída que obliga a la formación del resalto. En el caso de nuestros colectores subterráneos el cuenco amortiguador suponía el realizar una sobre excavación de una profundidad cercana a la altura de la caída. Esto supone dejar unos taludes durante la construcción mucho más altos lo que puede ocasionar más problemas de contención y, en definitiva, un coste de ejecución bastante mayor.

4.-MARCO TEORICO

FUNDAMENTOS TEORICOS COEFICIENTE DE MANING En el cálculo de las características de flujo en una estructura de este tipo son usados valores conservadores del coeficiente de rugosidad de Manning (n)

DISEÑO DE CANALES

Página 3



Cuando se calcula la altura de muros en una rápida de concreto, se asume valores de n = 0.014. En el cálculo de niveles de energía, valores de n = 0.010

FLUJO UNIFORME Un flujo es uniforme si la profundidad de un flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo uniforme puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo.

A. Flujo uniforme permanente Es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad de flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración

B. Flujo uniforme no permanente: Requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal. En efecto, ésta es una condición prácticamente imposible. Coeficiente de rugosidad.-

Coeficiente n para la fórmula de Manning Clase Naturaleza de las paredes

n

Canal revestido con losas de hormigón, teniendo juntas de

1

cemento lisas y limpias, y una superficie lisa fratasada a mano y 0.012 con lechada de cemento sobre la base de hormigón.

2

Canal de hormigón colocado detrás de un encofrado y alisado.

0.014

Zanja pequeña revestida de hormigón, recta y uniforme, con

3

fondo ligeramente cóncavo, los lados y el fondo recubiertos con 0.016 un depósito áspero. 

4

Revestimiento con concreto arrojado sin tratamiento de

0.018

alisado. 

Superficie cubierta con algas finas y el fondo con dunas de

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Página 4



arena arrastrada. Canal de tierra excavado en arcilla limosa, con depósitos de

5

arena limpia en el centro y barro arenoso limoso cerca de los 0.018 lados.

6 7

Revestimiento de hormigón hecho sobre roca y lava cortada, en excavación limpia, muy áspera y pozos profundos. Canal de riego, recto en arena lisa y apretada fuertemente.

0.020 0.020

Revoque o repello en cemento, aplicado directamente a la

8

superficie preparada del canal de tierra. Con pasto en los lugares 0.022 rotos y arena suelta en el fondo.

9 10

Canal excavado en arcilla limo arenosa. Lecho parejo y duro. Zanja revestida en ambos lados y en el fondo piedra partida acomodada en seco.

0.024 0.024

Canal excavado en colina, con la ladera superior cubierta de

11

raíces de sauces y la ladera inferior con muros de hormigón bien 0.026 ejecutado. Fondo cubierto con grava gruesa. Canal con fondo de guijarros, donde hay insuficiente sedimento

12

en el agua, o velocidad muy alta que impide la formación de un 0.028 lecho liso y nivelado.

13 14

Canal de tierra excavado en suelo arcillo-arenoso aluvial, con depósitos de arena en el fondo y crecimiento de pastos. Canal en lecho de guijarros grandes.

0.029 0.030

Canal natural algo irregular en sus pendientes laterales; con

15

fondo algo uniforme, limpio y regular; en arcilla arenoso gris claro a limo gredoso de color marrón claro; con poca variación en

0.035

la sección transversal.

16

Canal en roca excavado con explosivos.

17

Zanja de arcilla y greda arenosa; pendiente lateral, fondo y 0.040

DISEÑO DE CANALES

0.040

Página 5



secciones transversales irregulares, pastos en los lados. Canal dragado, pendientes laterales y fondo irregulares en arcilla

18

negra plástica en la parte superior y en el fondo arcilla, los lados cubiertos con pequeños arbolitos y arbustos, variación pequeña y

0.045

gradual en la sección transversal. Canal dragado, con pendiente lateral y fondo muy irregular, en

19

arcilla plástica de color obscuro, con crecimiento de pasto y musgo. Pequeñas variaciones en la forma de la sección

0.050

transversal para la variación en tamaño. Zanja en arcilla muy arenosa; Lado y fondo irregulares;

20

prácticamente toda la sección llena con árboles de gran tamaño, principalmente

sauces

y

algodoneros.

Sección

transversal

0.060

bastante uniforme. Canal dragado en arcilla resbaladiza negra y greda arcilloarenosa gris, lados y fondo irregular recubierto con crecimiento

21

denso de arbustos de sauces, algunos en el fondo; el resto de las 0.080 laderas cubierto con pastos y crecimiento espaciado de sauces y álamos sin follaje; algún depósito en el fondo.

22

0.110

Igual que (21) pero con mucho follaje. Canales naturales en crecida en arena fina media a arcilla fina, sin pendientes laterales; fondo adecuadamente parejo y regular

23

con

ocasionales

hoyas

planas;

variación

en

profundidad;

maderas prácticamente vírgenes, muy poco crecimiento inferior

0.125

excepto manchas densas ocasionales de ramaje y árboles pequeños, algunos troncos y árboles caídos muertos. Rio natural en suelo de arcilla arenosa. Curso muy sinuoso, pendiente lateral irregular y fondo desparejo. Muchas raíces

24

árboles y ramas, grandes troncos y otros residuos sobre el 0.150 fondo. Hay árboles cayendo continuamente en el canal debido a la erosión de las márgenes.

DISEÑO DE CANALES

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SECCIONES Rectangulares.Criterio para mejor sección transversal hidráulica (para canal rectangular):

DISEÑO DE CANALES

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CANAL ARTIFICIAL: Se tienen los siguientes datos:

LECTURAS DE TIEMPO 14 12

TRAMO 1

13 11 10

TIEMPO PROMEDIO

12

DISEÑO DE CANALES

Página 8



CALCULAMOS LA VELOCIDAD:

       ⁄ CALCULAMOS EL CAUDAL:

    CALCULAMOS LOS ELEMENTOS GEOMETRICOS: ELEMENTOS GEOMETRICOS

UNIDAD

ANCHO SUPERFICIAL

0,5

M

HIDRULICA

0,1

M

AREA MOJADA

0,05

M2

PERIMETRO MOJADO

0,7

M

RADIO HIDRAULICO

0,0714 M

PROFUNDIDAD

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD MANNING “n”: Para obtener el coeficiente de rugosidad debemos acudir a la tabla 7-1 del texto guía de hidráulica II donde se especifica la rugosidad según el tipo de terreno donde se aforo y la aplicación para la q será utilizada:

 DISEÑO DE CANALES

Página 9



DETERMINACION DE PENDIENTE Cota Superior: 2590 m. Cota Inferior: 2587 m. Progresiva Inicial: 0+000. Progresiva Final: 0+020. ∆H=

2590-2587= 3m.

L= 50 m.

      06 

DISEÑO DE CANALES

Página 10



PROCEDIMIENTO DE AFORO DATOS DEL AFORO

ANCHO SECCION (m)

PROF.CANA L (m)

1

0

0

2

0,25

-0,04

3

0,25

-0,08

4

0,25

-0,12

5

0,25

-0,18

6

0,25

-0,23

7

0,25

-0,26

8

0,25

-0,35

9

0,25

-0,34

10

0,25

-0,37

11

0,25

-0,39

12

0,25

-0,41

13

0,25

-0,42

14

0,25

-0,41

15

0,25

-0,42

16

0,25

-0,42

17

0,25

-0,4

18

0,25

-0,42

19

0,25

-0,41

20

0,25

-0,42

21

0,25

-0,427

22

0,25

-0,43

DISEÑO DE CANALES

Página 11



23

0,25

-0,425

24

0,25

-0,42

25

0,25

-0,41

26

0,25

-0,39

27

0,25

-0,38

28

0,25

-0,38

29

0,25

-0,32

30

0,25

-0,27

31

0,25

-0,25

32

0,25

-0,2

33

0,25

-0,22

34

0,25

-0,1

35

0,25

-0,06

36

0,25

0

ANCHO SECCION (m) PROF. (m) 1

0

0

2

0,25

0,04

3

0,25

0,08

4

0,25

0,12

5

0,25

0,18

6

0,25

0,23

7

0,25

0,26

8

0,25

0,35

9

0,25

0,34

10

0,25

0,37

11

0,25

0,39

12

0,25

0,41

13

0,25

0,42

14

0,25

0,41

15

0,25

0,42

16

0,25

0,42

17

0,25

18

0,25

0,4 DISEÑO DE CANALES 0,42

19

0,25

0,41

Página 12


20

0,25

0,42

21

0,25

0,427

22

0,25

0,43

23

0,25

0,425

24

0,25

0,42

25

0,25

0,41

26

0,25

0,39

27

0,25

0,38

28

0,25

0,38

29

0,25

0,32

30

0,25

0,27

31

0,25

0,25

32

0,25

0,2

33

0,25

0,22

34

0,25

0,1

35

0,25

0,06

36

0,25

0


DISEÑO DE CANALES

Página 13



SECCIÓN TRANSVERSAL DEL RIO NATURAL 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

-0,05 -0,1 -0,15 m D A -0,2 D I D-0,25 N U F -0,3 O R P-0,35

PROF.CANAL (m)

-0,4 -0,45 -0,5

SECCION CADA 0.25m

Determinación del coeficiente de rugosidad manning “n”:

Para

obtener el coeficiente de rugosidad debemos acudir a la tabla 7-1 del texto guía de hidráulica II donde se especifica la rugosidad según el tipo de terreno donde se aforo y la aplicación para la q será utilizada:

Para nuestro proyecto el terreno de aforo era de lecho pedregoso y bordos de tierra enhierbados por lo que nuestro coeficiente será de rugosidad será:

 DISEÑO DE CANALES

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DETERMINACIÓN DE CAUDAL MÁXIMO: Método de Área – Velocidad: DATOS GENERALES TIEMPO EN (s) 1

23,26

2

18,67

3

19,03

4

26,18

PROMEDIO

21.76

LECTURAS DE TIEMPO TRAMO

1

2

3

UNIDAD

23.26 18.67 26.26 S 21.45 16.91 28.12 S 20.85 19.32 25.31 S 25.16 20.75 27.44 S 26.56 17.06 23.15 S

TIEMPO PROMEDIO

23.46 18.54 26.06 S

CALCULAMOS LAS VELOCIDADES:

   VELOCIDADES

UNIDAD

V1

0.85

M/S

V2

1.08

M/S

V3

0.77

M/S

DISEÑO DE CANALES

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CALCULAMOS LAS AREAS:

                       AREAS

UNIDAD

AREA 1

0.81

M2

AREA 2

0.57

M2

AREA 3

0.55

M2

CALCULAMOS EL CAUDAL:

 CAUDAL

UNIDAD

Q1

0.69

Q2

0.6156 M3/S

Q3

0.42

Q TOTAL

1.7256 M3/S

M3/S

M3/S

Obteniendo el caudal de diseño:

   

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Determinación del coeficiente de rugosidad manning “n”: Para nuestro proyecto el terreno de aforo era de lecho pedregoso y bordos de tierra enhierbados por lo que nuestro coeficiente será de rugosidad será:

 Determinación de pendiente: Cota Superior: 2612 m. Cota Inferior: 2610 m. Progresiva Inicial: 0+000. Progresiva Final: 0+020. ∆H=

2612-2610= 2m.

L= 50 m.

       

DISEÑO DE CANALES

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DETERMINACIÓN DE ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE CANAL NATURAL Y ARTIFICIAL: CANAL NATURAL: Primero utilizaremos la ecuación de máxima eficiencia

     

para un canal trapezoidal siendo el ángulo de 90° tendremos:

Reemplazando:

          Mediante la ecuación de continuidad y la ecuación de manning calcularemos el tirante del canal:

                         

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Reemplazando la ecuación 1:

       ()              Reemplazando datos:

         

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ANEXOS

DISEÑO DE CANALES

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DISEÑO DE CANALES

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DISEÑO DE CANALES

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UBICACIÓN CANAL NATURAL

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CANAL ARTIFICIAL

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Diseño de Canales

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