MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE IRRIGACION.docx

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “Año de la Consolidación del Mar de Grau”

MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE IRRIGACION Elaborado por: YUDITH G. SALOME OCHOA

Huancayo – Perú

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

DISEÑO DE CONSTRUCCIÓN

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE IRRIGACION INDICE INTRODUCCION I.

OBJETIVOS

II.

MARCO TEORICO CONCEPTOS BASICOS COSTO: APLICABILIDAD: CANALES DE RIEGO POR SU FUNCIÓN: ELEMENTOS BÁSICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 1. Determinación de Máxima Eficiencia Hidráulica. 2. Diseño de secciones hidráulicas 3. TIPO DE ALINEAMIENTO DE VIAS 4. UBICACIÓN DE LA CAJA DEL CANAL EN LA PLATAFORMA 5. TIPOS DE REVESTIMIENTO DE CANALES 6. OBRAS DE ARTE DEL CANAL 7. DRENES

III.

BIBLIOGRAFIA

MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE

YUDITH G. SALOME

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL


MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE IRRIGACION INTRODUCCION En un proyecto de irrigación la parte que comprende el 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 sobre la base del tipo de suelo, cultivo, 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 de un canal específicamente es un procedimiento en el cual intervienen muchos factores para la elaboración de este como un buen estudio de suelo, buenos materiales para la construcción, buena economía, así como un buen diseño (trapezoidal), muchos factores más. Los canales de riego pueden ser divididos por su función tales como canales de primer orden, segundo y tercero el cual un canal va relacionado con el otro respectivamente.


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IV.

OBJETIVOS      

V.


Conocer infraestructura que nos compete para el desempeño en el campo detrabajo como ingenieros. Conocer el tipo de diseño de un canal, la función que cumplen y la importancia de ellos en el bienestar de la población más aun en las épocas de lluvia. Darnos cuenta de la cultura de los pobladores que se encuentran a sus alrededores del canal con respecto al buen uso y mantenimiento de los mismos. Conocer visualizar y analizar de forma más directa dichas obras. Presentar un informe de lo observado con los diversos puntos que el ingeniero de práctica nos proporcione

MARCO TEORICO CONCEPTOS BASICOS 



CANAL; Canal es un conducto abierto, en el cual el agua circula por acción de la gravedad, sin ninguna presión, la superficie libre del agua está en contacto con la atmosfera. CARACTERISTICAS DEL CANAL Todo canal tiene dos características: 

Características geométricas b = Borde inferior B = Base inferior del canal. B1 = Base superior del canal


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b1 = Borde exterior h = Profundidad del canal Ø = Angulo del talud del canal A1 = Sección transversal del canal (puede ser rectangular, circular, trapezoidal o triangular) 

Características Hidráulicas Q = Caudal del agua V = Velocidad del agua. 2). A = Área de la sección transversal de la masa de agua que conduce el canal (m Su forma depende de la sección transversal del canal S = Pendiente o inclinación del fondo del canal, se expresa en tanto por ciento o en tanto por mil d = Tirante de agua o profundidad R = Radio hidráulico R = A/P P = Perímetro mojado, es la suma de los dos taludes y la base inferior que están en contacto con el agua. n = Coeficiente de rugosidad. Su valor depende del material que está hecho el canal (tierra, concreto, piedra, etc.).

PROCESO CONSTRUCTIVO DE CANALES Los canales son una parte fundamental en los sistemas de utilización de agua para riego y para generar energía, entre otros. La construcción de éstos puede hacerse utilizando diferentes métodos, materiales y diversas formas geométricas: rectangulares, trapezoidales, etc.


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En este caso se va a utilizar el método de las SERCHAS a que nos ha demostrado muy buenos resultados en sus proyectos de instalación de micro centrales hidroeléctricas y pequeñas canales de riego. Este método que utiliza marcos de madera (cerchas), como guías para mantener las dimensiones geométricas del diseño, es muy práctico y barato ya que permite ahorro tanto en materiales como en mano de obra. Se usa principalmente en canales revestidos de tipo trapezoidales. MATERIALES:    

Madera (para los marcos o cerchas). Brea, tecnoport o jebes (para rellenar los espacios producidos por los marcos o cerchas). Agregados (hormigón, arena, agua) Cemento

PROCESO DE CONSTRUCCIÓN: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Construcción de plataforma Trazar eje del canal. Trazar bordes de las bases del canal Construcción de las cerchas o marcos de madera de acuerdo a las dimensiones de canal trapezoidal. Excavación de la caja Colocación de las cerchas o marcos de madera. Revestimiento del canal. Retiro de las cerchas o marcos de madera y llenado de las juntas de dilatación con brea.

COSTO: El costo varía de acuerdo a las dimensiones geométricas alto y ancho de las bases del canal, el tipo de suelo sobre el cual se construirá el canal, la disponibilidad y precio de los agregados en la zona, etc. Por ejemplo, los costos de construcción del canal de la microcentral de Huacataz en Cajamarca, cuya capacidad es de 100 l/s con una gradiente de 2/1000, fue de 7 dólares el metro lineal, importe que incluya desde el movimiento de tierras hasta que el canal estuvo listo para funcionar. APLICABILIDAD: Este a cualquier de suelo, sin embargo, juntas,método lo que es enaplicable algunos casos podríatipo ocasionar algunos retrasos se requiere de brea para las 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.


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Canal madre o de derivación. 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 lateral, el que nace del canal madre. 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.

Canales sub laterales, que distribuye el agua hacia las parcelas. MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE

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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. 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.

Trazo y replanteo del canal de riego. 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


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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:  

d.

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: 

Tabla DC01. Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s CAPACIDAD DEL CANAL Hasta 10 m3/s De 10 a 14 m3/s De 14 a 17 m3/s

RADIO MINIMO 3 * ancho de la base 4 * ancho de la base 5 * ancho de la base

De 20 m3/s De 17 20 am3/s a mayor

67 ** ancho ancho de de la la base base

Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior 

Tabla DC02. Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE TIPO RADIO TIPO RADIO – Sub canal 4T Colector principal 5T Lateral 3T Colector 5T Sub lateral – 3T Sub colector – 5T Siendo T el ancho superior del espejo de agua. 

Tabla DC03. Radio mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s CAPACIDAD DEL CANAL 20 m3/s 15 m3/s 10 m3/s 5 m3/s 1 m3/s 0,5 m3/s

RADIO MINIMO 100 m 80 m 60 m 20 m 10 m 5m


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Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mínimo que más se ajuste a nuestro criterio. 

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.  

  

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

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 srcinal. 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 





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

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material se construirá el canal. de un canal, debe presentar como El planodonde final del perfil longitudinal 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


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Tipo de suelo

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. 8. 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. 

Tabla DC04. Relación plantilla vs. Tirante para, máxima eficiencia, mínima infiltración y el promedio de ambas. TALUD Vertical 1/4:1 1/2:1 4 /7 : 1 3/4:1 1:1 1¼:1 1½:1 2:1 3:1

ANGULO

MAXIMA EFICIENCIA

90°00’ 75°58´2.0000 63°26´ 60°15´ 53°08´ 45°00´ 38°40´ 33°41´ 26°34´ 18°26´

MINIMA PROMEDIO INFILTRACION

1.5616 4.0000 3.1231 3.0000 1.2361 2.4721 1.1606 2.3213 1.0000 2.0000 0.8284 1.6569 0.7016 1.4031 0.6056 1. 2111 0.4721 0.9443 0.3246 0.6491


2.3423 1.8541 1.7410 1.5000 1.2426 1.0523 0.9083 0.7082 0.4868

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De todas las secciones trapezoidales, la más eficiente es aquella donde el ángulo a que forma el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de máxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2 Donde: R = Radio hidráulico y = Tirante del canal No siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio para cada situación. 9. 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 ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es: Donde: Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Area (m2) R = Radio hidráulico = Area de la sección húmeda / Perímetro húmedo En la tabla DC06, se muestran las secciones más utilizadas. 

Criterios de diseño.- Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de canales, aunque el diseño final se hará considerando las diferentes posibilidades y el resultado será siempre una solución de compromiso, porque nunca se podrán eliminar todos los riesgos y desventajas, únicament e se asegurarán que la influencia negativa sea la mayor posible y que la solución técnica propuesta no sea inconveniente debido a los altos costos. a. Tabla DC05. Valores de rugosidad "n" de Manning n 0.010 0.011 0.013 0.017 0.020 0.025 0.035 0.040

SUPERFICIE Muy lisa, vidrio, plástico, cobre. Concreto muy liso. Madera suave, metal, concreto frotachado. Canales de tierra en buenas condiciones. Canales naturales de tierra, libres de vegetación. Canales naturales con alguna vegetación y piedras esparcidas en el fondo Canales naturales con abundante vegetación. Arroyos de montaña con muchas piedras.


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b. Tabla DC06. Relaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes. c. Rugosidad.- Esta depende del cauce y el 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 frente a un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente tabla nos da valores de "n" estimados, estos valores pueden ser refutados con investigaciones y manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseño: 

Tabla DC07. Taludes apropiados para distintos tipos de material

TALUD (horizontal : vertical) Roca Prácticamente vertical Suelos de turba y detritos 0.25 : 1 Arcilla compacta o tierra con recubrimiento 0.5 : 1 hasta 1:1 de concreto Tierra con recubrimiento de piedra o tierra 1:1 en grandes canales Arcilla firma o tierra en canales pequeños 1.5 : 1 Tierra arenosa suelta 2:1 Greda arenosa o arcilla porosa 3:1 MATERIAL



Tabla DC08. Pendientes laterales en canales según tipo de suelo

MATERIAL Roca en buenas condiciones Arcillas compactas o conglomerados Limos arcillosos Limos arenosos Arenas sueltas Concreto

CANALES POCO CANALES PROFUNDOS PROFUNDOS Vertical 0.25 : 1 0.5 : 1

1:1

1:1 1.5 : 1 2:1 1:1

1.5 : 1 2:1 3:1 1.5 : 1

d. Talud apropiado 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, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud único de 1,5:1 para sus canales, a continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material:


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La velocidad máxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos. 

Tabla DC09. Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación. Velocidad (m/s) Agua con Agua transportando partículas arena, grava o coloidales fragmentos 0.75 0.45 0.75 0.60 0.90 0.60 1.05 0.60

MATERIAL DE LA CAJA DEL CANAL

"n" Manning

Agua limpia

Arena fina coloidal Franco arenoso no coloidal Franco limoso no coloidal Limos aluviales no coloidales Franco consistente normal Ceniza volcánica Arcilla consistente muy coloidal Limo aluvial coloidal Pizarra y capas duras Grava fina Suelo franco clasificado no

0.020 0.020 0.020 0.020

1.45 0.53 0.60 0.60

0.020 0.020 0.025

0.75 0.75 1.13

1.05 1.05 1.50

0.68 0.60 0.90

0.025 0.025 0.020 0.030

1.13 1.80 0.75 1.13

1.50 1.80 1.50 1.50

0.90 1.50 1.13 0.90

coloidal Suelo franco clasificado coloidal Grava gruesa no coloidal Gravas y guijarros

0.030

1.20

1.65

1.50

0.025 0.035

1.20 1.80

1.80 1.80

1.95 1.50

Para velocidades máximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los nuevos; además un canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sin erosión, que otros menos profundos. 

Tabla DC10. Velocidades máximas en hormigón en función de su resistencia. RESISTENCIA en kg/cm2 50 75 100 150 200

PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS 0.5 1 3 5 10 9.6 10.6 12.3 13.0 14.1 11.2 12.4 14.3 15.2 16.4 12.7 13.8 16.0 17.0 18.3 14.0 15.6 18.0 19.1 20.6 15.6 17.3 20.0 21.2 22.9

Esta tabla DC10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de hormigón no armado,


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las velocidades no deben exceder de 2.5 m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante. e. Velocidades máxima y mínima permisible.- La velocidad mínima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentación, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en el canal. f.

Borde libre.- Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede srcinar por causas incontrolables. La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente fórmula: Dónde: Borde libre: en pies. C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 /seg., y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies3/seg. Y = Tirante del canal en pies Se recomienda los siguientes valores en función del caudal:  Tabla DC11. Borde libre en función del caudal

Caudal m3/seg £ 0.05 0.25 0.05 – 10.0 0.50 0.25 – 20.0 1.00 0.50 – 25.0 > 1.00

Revestido (cm) 7.5 20.0 40.0 50.0 30.0

Sin revestir (cm) 10.0

60.0

Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función de la plantilla del canal: 

Tabla DC12. Borde libre en función de la plantilla del canal Ancho de la plantilla (m) Hasta 0.8

1.5 0.8 – 3.0 1.5 – 20.0 3.0 –

Borde libre (m) 0.4

0.5 0.6 1.0

10. TIPO DE ALINEAMIENTO DE VIAS Determinar el alineamiento del canal principal es de gran importancia ya que tiene consecuencias en la cobertura del área de riego, posibilidad de obras complementarias (Piscigranja, hidroeléctrica, etc.), costo del canal (considerando


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movimiento de suelos, revestimiento, etc.), longitud del canal, obras de arte y caminos de acceso Por tanto, es necesario que el alineamiento se defina con cuidado, determinando tipo y pendiente, entre dos o tres alternativas previamente planteadas. Los tipos de alineamiento para canales en ladera, son los siguientes: A. De sección uniforme. Es la forma más frecuente en pequeños canales, y consiste que desde la captación hasta el final, en que puede desaguar en una quebrada o canal lateral, el canal está diseñado para un sólo caudal, que es el de captación.

B. Cónico o telescopio. Ocurre en canales o proyectos de mayor caudal y cuando el área de riego tiene una distribución amplia a lo largo del canal. En este caso para ahorrar costos en el canal principal, se puede construir un canal que por tramos (pueden ser 2 a 3), se vaya disminuyendo la capacidad de conducción, por su ingreso a los laterales. Para el diseño deberá estar previsto el sistema de operación de ingreso simultáneo a laterales. En el diseño de los diferentes tramos del canal (de mayor a menor caudal), se procurará mantener la rasante del piso del canal uniforme -igual la pendiente- sólo variará el tirante por depresión, así se facilita la limpieza del canal.

C. Con lateral en alineamiento paralelo. Muchas veces se traza el canal principal, enárea laderas abruptas, con costos elevados de construcción, para incluir en el de riego, una porción pequeña del área total que se ubica en una cota mayor, a un alineamiento más bajo que resultaría mucho más económico en su construcción, como en su mantenimiento. Además los canales principales en laderas altas requieren de laterales revestidos en favor de la máxima pendiente al pie de la ladera, y por tanto también costosos y de difícil mantenimiento. Estos problemas se pueden solucionar, bajando el canal principal, luego de un tramo con alineamiento alto, al pie de la ladera y trazar solo un pequeño


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lateral por la ladera para cubrir el área de riego que no se quería dejar de lado. Esta solución muchas veces resulta sumamente ventajosa, en costos iniciales de construcción, operación y mantenimiento.

D. Con elevación de caudal menor. Cuando por encima de la cota del canal, se tiene un área pequeña, pero importante que se quiere regar, se puede utilizar la energía de una caída del caudal total del canal, para aprovechar en elevar una parte de este caudal a cotas por encima del alineamiento del canal, mediante el uso de bombas de ariete. La relación de equilibrio es la siguiente:

Donde: C = Eficiencia del sistema H = Altura de la caída Q = Caudal de carga h = Altura total que deberá elevarse q = Caudal que se quiere elevar

11. UBICACIÓN DE LA CAJA DEL CANAL EN LA PLATAFORMA Se puede determinar cuatro tipos de caja o sección de canal, en relación a su ubicación en la plataforma. Estos son: A. Canal entubado o tapado. Se utiliza cuando los taludes encima del canal son deleznables y existe el peligro de que un canal abierto sea tapado por el desmonte, con el consiguiente rebose del agua del canal y destrucción de la plataforma, lo cual MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE

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es costoso en su reparación y acondicionamiento. Se puede utilizar para tal efecto, cilindros enconcretados o canales (normalmente rectangulares) con tapa de concreto armado, con locetones prefabricados, desmontables, para la limpieza del canal y en caudales pequeños tubos PVC tipo agrícola. Antes del tramo entubado deberá preverse un desarenador. Cuando existe el peligro de deslizamiento que ocurre también en la plataforma, será mejor usar tramos de canal de tubos o de madera desmontables.

B. Canal sobre Plataforma en Roca. Construir una plataforma en Roca es un trabajo sin mayores complicaciones, pero aperturar una caja de canal de dimensiones precisas, sobre todo cuando esta es pequeña, es bastante complicada, por lo que a veces es mejor construir canalrecomendable de concreto rectangular, en lugar roca. Estoun resulta en caudales hasta 500de l/s.excavar la caja en Para evacuar la escorrentía lateral de las lluvias, cada tramo de 100 metros habrá que construir un dren de evacuación de las aguas de escorrentía como una alcantarilla por debajo del canal, de por lo menos 0.40 m de diámetro para que no se obstruya.

C. Canal sobre Plataforma en suelos con mucha Bolonería. Al igual que en el caso anterior, la excavación de la plataforma se hace difícil, por la presencia de Bolonería, requiriéndose explosivos y no lográndose una


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sección regular, ocurre en suelos fluvioglaciares. En estos casos también puede convenir un canal sobre la plataforma, sobre todo en caudales inferiores a 500 l/s. Pero en este caso habrá que rellenar de tierra el espacio que queda en la berma interior, hasta la altura del borde del canal, para que la escorrentía lateral ingrese al canal y evacuar los excedentes mediante vertederos laterales, en lugares seguros, que no cause erosión a la plataforma del canal.

Caso contrario, de no rellenarse la berma interna podría formarse cárcavas de erosión, por la escorrentía lateral, entre el canal y el talud interno. D. Canal con caja de canal en excavación. Es la forma más usual del canal y consiste en excavar la caja del canal sobre la plataforma o en casos de laderas muy suaves (con pendiente transversal menor a 10%), excavadas directamente sobre la superficie del suelo. Resultan muy adecuadas en suelos firmes y uniformes, sin mucha pedregosidad. Permite canales sin revestir o revestidos y con taludes inclinados o parados.

12. TIPOS DE REVESTIMIENTO DE CANALES El revestimiento de canales se hace por varios motivos como son: 1. Evitar pérdidas de conducción por filtraciones. 2. Evitar erosiones en el cauce del canal, por exceso de velocidad del flujo de agua.


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3. Por estabilidad del canal, en el caso de canales en ladera, en que las filtraciones pueden causar asentamientos o deslizamientos de la plataforma del canal. 4. Para disminuir la sección del canal, obteniendo coeficientes de fricción bajos. El revestimiento con concreto o mamposteria de piedra, puede cumplir la mayoría de los objetivos y el enrocado o revestimiento con piedras, puede cumplir relativamente el objetivo de evitar erosiones. El uso de madera o láminas de fierro (con cilindros) se usa solo en el caso de puentes, canales o tramos de canales provisionales. Los cilindros se usan también en tramos de canales tapados o entubados. Los revestimientos más frecuentes o más usados se indican en la figura adjunta y estas son: A. Concreto vaciado in situ. Se usa cuando los taludes (H/V) son 1:1 o más inclinados. En estos casos con mezcla algo seca se vacía primero sobre la base y luego sobre los taludes y se iguala mediante un frotachado. En este tipo de revestimiento con mezcla 1:2:4, se obtiene buenos resultados con espesores de 7 a 12 cms., de acuerdo al dimensionamiento del canal. La ventaja de este sistema es que no se necesita encofrado, pero es necesario que la sección del canal o caja de canal haya sido cuidadosamente trabajada o perfilada, para lograr uniformidad en el espesor del concreto vaciado.

Es necesario juntas de dilatación cada 3 a 6 metros rellenado con juntas asfálticas. B. Canal con lozas prefabricadas. Para cumplir los mismos objetivos, que en el caso anterior, pero en canales con taludes más parados, se utiliza locetones prefabricados de 5 cms. de espesor para los lados o taludes del canal, el fondo del piso o base del canal se rellena con concreto vaciado in situ de 10 cms. de espesor. Igualmente se colocan bermas de concreto de 20 cms. de ancho y 10 cms. de espesor, para dar mayor estabilidad a los locetones. El vaciado y los locetones se hacen de concreto 1:2:4 con aprox. 7.2 bolsas de cemento/m3. Los locetones se fabrican normalmente fuera de obra y luego son trasladados en volquetas a la obra. La dimensión máxima aconsejable es de 0.6m x 0.8 m con un peso de 60 kg., para ser manejadas por 2 hombres. De acuerdo a las medidas del canal, éste loceton se puede usar parado o hechado.


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Las juntas entre locetones se hacen con mortero con mezcla 1:4 y al igual que en el caso anterior se usa juntas de dilatación cada 3 a 6 metros. C. Canal con mampostería de piedra. Este método se utiliza, cuando se dispone de abundancia de piedras en la zona y no es necesario para su aplicación un refine cuidadoso de la caja del canal. Se utiliza piedras bien lavadas, sin materia orgánica, unidas con mortero de cemento con mezcla 1:4. El espesor mínimo recomendado es de 0.2m. Una variante a este método, es la utilización de pizarras, en bloques grandes, que colocadas como locatones, se puede aceptar el espesor de la pizarra, como espesor del revestimiento que puede ser de 5 a 10 cms.

El talud mínimo recomendado es de 1/4:1, tampoco es necesario encofrado y utilizando 70% de piedras del volumen de mampostería se utiliza 2.75 bolsas/m3. 3 bolsas cuando se hace un buen emboquillado de las piedras. D. Concreto ciclópeo con 30 a 60% de piedras. En este método es obligatorio el encofrado primero se vacía el piso y luego los lados del canal. En canales rectangulares se encofra ambas caras del muro del canal. En trapezoidales puede prescindirse en algunos casos del lado exterior del muro, vaciándose directamente sobre la caja del canal. Se recomienda en canales rectangulares y trapezoidales.


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La mezcla de concreto a usarse es de 1:2:4, y se utiliza 3 a 5 bolsas/m3, de acuerdo a la cantidad de piedras que se logra introducir. El espesor mínimo recomendable en este tipo de obra es de 0.15 m. En canales rectangulares el espesor dependerá de la estabilidad del muro, soportando la presión del agua dentro del canal y el empuje lateral, asumiendo que el canal esta sin agua. E. Tubería PVC El uso de tubería PVC tipo agrícola en diámetros de 6 a 40 pulgadas es una buena alternativa de revestimiento, para caudales de hasta 200 a 300 l/s. Las ventajas respecto a canales de concreto son: 1. 2. 3. 4.

Menores costos. Rapidez en la ejecución. Mayor duración. Facilidad en el mantenimiento.

El proyecto debe considerar cajas de control de concreto armado aproximadamente cada 50 m. que también se puede utilizar para tomas. Elección del tipo de revestimiento y proceso constructivo. Cuando los suelos que atraviesa el alineamiento del canal son impermeables, no será necesario ningún tipo de revestimiento, y si por algún motivo tiene velocidades excesivas, esto se anula con la construcción de rápidas o caídas. En caso el revestimiento se haga necesario, por filtraciones que signifique pérdida no deseada de agua o peligro de estabilidad de taludes o bermas, sobre todo en suelos limosos, donde por tubificación, puede causar la destrucción de la berma exterior, el método de revestimiento estará en función de las condiciones siguientes:    

Disponibilidad de piedras y arena u hormigón. Talud del canal. Eficiencia de la mano de obra Costos.

Donde abundan piedras, podrá pensarse en mampostería, caso contrario concreto. Si se tiene taludes inclinados se preferirá vaciado in situ o locetones. En canales rectangulares será concreto ciclópeo con encofrado. En relación a la mano de obra el campesino está más familiarizado con la mampostería. En relación al proceso constructivo es importante primero aperturar la plataforma, hasta la toma, para su utilización como carretera para la construcción de la toma y luego para construir el canal, iniciar en la toma e ir avanzando con carretera de punta de canal hacia el final del canal, para así tener siempre los materiales y el equipo de construcción en punta de carretera.


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13. OBRAS DE ARTE DEL CANAL Denominase como obras de arte, todas las estructuras necesarias que garanticen el buen funcionamiento del canal, para superar impedimentos naturales, como el cruce de una quebrada o facilidades para su manejo, como una compuerta o un puente peatonal. Las principales obras de arte son las siguientes: A. Para medir caudales Aforador o medidor Estas estructuras son fundamentales para un control de eficiencia del sistema de riego y para la distribución del agua con equidad. El más usual actualmente es el RBC, que no necesita desnivel adicional en el canal y son simples de construir y de leer el caudal en base a una regla en el lado del canal. Sólo se construye en canales revestidos un reborde en el fondo del canal o base. B. Para disminuir pendiente del canal Se utiliza caídas o rápidas, que son estructuras de concreto o mampostería, para absorber desniveles, siendo la primera de caída libre o aereada y la segunda con lámina sin aereación. C. Para cruzar quebradas con luces grandes Se usa puente canal, acueductos o sifones invertidos. Los primeros pueden ser de concreto, de madera o de cilindros sobre base de troncos de madera. Pueden diseñarse como puentes en base a vigas o como puentes colgantes en base a cables. En el caso que la alternativa de sifón resulta más adecuada por condiciones topográficas, el conducto podrá construirse de tubos que pueden ser de PVC o fierro, debiendo mejor ser enterrado a 0.8m de profundidad en el caso de tubos de plástico, pues son delicados a golpes y al intemperismo. En el caso de fierro, será mejor apoyado en dados de concreto y alineado libre para su mantenimiento con pintura anticorrosiva. Con tubos de PVC puede lograrse presiones de hasta 150 metros, dependiendo de la clase. Normalmente lo que limita en este tipo de tubos es el diámetro que máximo se tiene de 12 a 14 pulgadas. Para diámetros mayores se utiliza concreto armado, pero se recomienda sólo para presiones de 12 a 15 metros. Todo sifón debe contar con estructura de entrada, control de sedimentos en la parte más baja y estructura de salida. En el diseño del conducto deberá considerarse velocidades mayores a V = 1.5 m/s y menores a V = 3.00 m/s para evitar sedimentación y erosión respectivamente.


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En las estructuras de entrada y salida, se protegerá adecuadamente con parrillas metálicas y desarenadores el ingreso de piedras o sedimentos. D. Para el cruce de quebradas angostas. Se utiliza Badenes (canoas) o alcantarillas. En estos casos el agua de las quebradas, pasan por encima o por debajo del canal respectivamente. Se recomienda el primero para caudales grandes y el segundo para caudales menores. Depende también de la topografía del lugar. Se tiene casos, en canales aductores o colectores que desaguan en embalses para captar el escurrimiento de cuencas adyacentes, en que debe diseñarse el ingreso del agua de la quebrada al canal. En estos casos se evitará que las piedras ingresen al canal, mediante parrillas de rieles y se construirá vertederos laterales para evacuar excedentes. E. Para evacuar excedentes de agua en el canal Vertederos laterales. Un canal debe funcionar siempre con un borde libre y no con el agua rebasando sus bordes, por lo que es necesario construir vertederos laterales para evacuar la escorrentía de las laderas, en época de lluvias. Con este objeto deberá aprovecharse los puentes o acueductos y los lugares con presencia de roca para evacuar las aguas sin erosión hacia cauces seguros. F. Para cruzar con canal zonas de deslizamientos Se utiliza canales tapados o entubados cuando el deslizamiento es del talud y canales provisionales de madera o cilindros cuando se desliza la plataforma. En tramos tapados se deberá preveer un desarenador a la entrada. G. Para distribuir el agua Tomas laterales, con compuertas metálicas o de madera. Se utiliza también partidores. H. Para cruzar sobre el canal Puentes peatonales y puentes carrozables, que serán de 1 a 2 metros de ancho en el primer caso y de 3 metros para puentes carrozables. Podrán construirse de concreto armado o de vigas de madera y tablones. I.

Para facilidades domésticas. Se utiliza bebederos para los animales y lavaderos para la gente.

J. Para evitar que los taludes se malogren Se utiliza zanjas de coronación, con programas complementarios de forestación o siembra de pastos. K. Reservorios nocturnos Los reservorios nocturnos son estanques que sirven para almacenar agua durante la noche (a veces durante la noche y parte del día), con el objeto de permitir el riego solo durante el día, en mejores condiciones de visibilidad y


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horario, para así obtener mejor eficiencia de aplicación y facilitar la organización del riego. Los reservorios pueden ubicarse en la cabecera de los laterales, lo que obliga a duplicar o triplicar la capacidad de los laterales o a media longitud del lateral en un punto de equidistancia sobre el área de riego que cubre el lateral, lo cual evita el incremento de la capacidad de conducción del lateral. El reservorio puede ser previsto para almacenar entre 12 a 18 horas por día, dependiendo su volumen, del caudal y del horario. Así, para un lateral de Q = 200 l/s y almacenamiento de 12 horas (42,300 seg.) el volumen del reservorio será V = QxT = 0.2 m3/seg x 42,300 seg. V = 8.640 m3. Las características de diseño (forma, tamaño, revestimiento) estarán condicionado por la topografía y geología del terreno. En topografía plana, de poca pendiente 2 a 5%, con suelos profundos, es adecuado reservorios circulares construidos por excavación y relleno (ver tipo A en figura adjunta). En cambio en zonas rocosas y de fuerte pendiente, será mejor reservorios de concreto ciclópeo o armado (ver tipo B en figura). Reservorio en tierra. Normalmente son adecuados para capacidades entre 2,000 y 20,000 m3. Se construyen por corte y relleno, debiendo ser relleno compactado con humedad óptima al igual que una represa de tierra. Son suficientes taludes 2:1 (H/V) y un ancho de corona de 3.00m para el paso del tractor. Resulta adecuado considerar un tirante de agua de 2.00m y un borde libre de 0.5m. Con esta altura total de 2.5m, el tractor solo, sin necesidad de volquetas, puede realizar el relleno. Los taludes del reservorio, aguas abajo y aguas arriba deberá protegerse con enrocado, contra la erosión. El canal de ingreso deberá revestirse, en forma de rápida hasta la base del reservorio. La toma consiste en una línea de tubería de PVC, enconcretada con 0.2m de espesor, con anillos para alargar la línea de filtración. El control se hace mediante válvula colocada aguas abajo que termina luego en una poza de disipación. El vertedor de excedencia, se construye revistiendo un canal (de la misma capacidad del canal de ingreso), sobre el terraplén, a la misma altura de la toma para utilizar la misma poza de disipación, para la toma y el vertedero. Cuando el terreno es muy permeable, puede considerarse un revestimiento de arcilla de 0,3 m de espesor o de concreto reforzado con fierro de temperatura de 1/4 con espesor, de 5 a 10 cms. Cuando la topografía lo permite, se puede usar depresiones en el terreno, con cierre de pequeños diques de tierra bajo las mismas características explicadas.


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Reservorio de concreto ciclópeo o armado . Normalmente resultan adecuados para volúmenes pequeños (debajo de 2.000 m3) y se acomodan en terrenos planos o de fuertes pendientes. En terrenos planos, puede ser todo en excavación, con taludes 1:1, para disminuir el espesor del revestimiento, que será suficiente en concreto ciclópeo o mampostería de 0.2m de espesor, para el piso y los lados, con juntas de dilatación en paños de 20 m2 aproximadamente, en caso se use concreto. En terrenos en ladera, en cambio se usará más bien taludes verticales y tirantes de agua altos, para disminuir el área del pozo. En este caso con concreto ciclópeo, resulta dimensiones considerables de los muros, puesto que se diseñan como muros de contención, con presiones internas (agua) y empuje de tierra externo, en condiciones de vacío y lleno de agua.

Una alternativa para ahorrar concreto, sobre todo en zonas en que el transporte de hormigón y piedras es dificultoso, es el uso de concreto armado y reservorios circulares con taludes verticales. En estos casos el espesor del


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muro, varía de 10 a 15cms. En este tipo de reservorios el tirante del agua, puede llegar a 5 metros y el control puede ser con válvulas o compuertas. Para el vertedero será adecuado un vertedor de caída libre. 14. DRENES Condiciones e información básica. En el presente capítulo, se refiere como tierras con necesidad de drenaje, a las que sufren inundaciones por el ingreso de agua superficial y a las que tienen alimentación subterránea. En el primer caso, el ingreso de agua puede deberse principalmente a las causas siguientes: - Escorrentía superficial de las laderas - Desborde de ríos - Filtraciones de conductos de agua. En el primer caso, la solución será captar las aguas de escorrentía, mediante un canal colector y desaguarlas en lugar seguro. Para diseñar adecuadamente el canal colector, será necesario apreciaciones adecuadas de los caudales y volúmenes de escorrentía y diseñar para captar aproximadamente un 80% del volumen anual, pues captar el 100% puede significar un canal de sección muy grande ya que captaría avenidas instantáneas de mucho caudal, y de poca incidencia en el volumen anual, por sus cortas duraciones. Para los casos de desbordes y filtraciones, las soluciones serán específicas, para solucionar dichos problemas. El drenaje más complicado, ocurre cuando se trata de bajar el nivel freático en zonas en que el problema es el agua subterránea. En estos casos deberá estudiarse la información básica, consistente en los aspectos siguientes: a. b. c. d. e. f. g.

Origen del problema. Topografía. Nivel freático (Isohipsas e Isobatas). Características físicas y químicas del suelo. Calidad del agua subterránea (Isosalinidad). Características de la agricultura Post-Drenaje. Determinación si el área drenada recibirá riego.

Origen del problema. Determinando la causa del problema es fácil plantear la solución y las características de esta, pues junto con la causa, se puede apreciar caudales y otros parámetros. Topografía. Para el diseño de los drenes, es necesario un plano topográfico con curvas de nivel cada 0.5 m y planta en escala 1:2000 a 1:5000. Este mismo plano sirve para el control piezométrico.


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Nivel freático. Las isohipsas o hidroisohipsas son curvas de cotas iguales de los niveles freáticos y determinan el sentido del flujo, lo cual se considerará en el diseño, para su intercepción con drenes abiertos, perpendiculares a la línea de flujo. Las isobatas, son las curvas de igual profundidad del nivel freático respecto a la superficie del terreno y determinan la uniformidad o desuniformidad del nivel freático, respecto a la superficie del terreno y por tanto a las raíces de los cultivos. Características físicas y químicas del suelo. Es necesario conocer la textura y la composición química del suelo, hasta profundidades máximas de 2 a 3 metros. Muchos suelos son estratificados, y su conocimiento en perfil ayuda en determinar las características para el drenaje en conductividad hidráulica y salinidad. Calidad del agua subterránea. Es importante conocer su calidad, sobre todo en relación al Sodio, al Boro y sales totales. Será necesario curvas de Isosalinidad tanto en su srcen, así como en el área a drenarse. Agricultura Post - Drenaje. El sistema de drenaje puede ser diferente para el caso que se quiera o no aprovechar el nivel freático por las raíces del cultivo previsto y de acuerdo al tipo de cultivos que determina la profundidad de las raíces y por tanto, el nivel al cual se quiere bajar el nivel freático. El aprovechamiento del agua freática se denomina sub-riego. Determinación de riego. Un área que se drena y luego se riega, tendrá un diseño de drenaje diferente a un área que se drena para secano, en el primer caso los drenes incluirán en su capacidad el agua de percolación del riego. Sistemas de Drenaje. Un sistema de drenaje consta básicamente de drenes interceptores (abiertos), complementados por drenes de alivio (enterrados). Los drenes abiertos, normalmente son de baja pendiente, aproximadamente 1 por mil, de profundidades 2 a 3 metros y taludes bastante inclinados, como 1:1 y 2:1 (H/V). Será fundamental, mantener un camino carrozable a ambos lados, para su mantenimiento mecanizado y amontonar el desmonte de excavación, detrás de las víasely nunca borde deldedren, con lasperpendicular lluvias el desmonte se erosiona y rellena dren. Elal sistema aliviopues se diseña o en forma de espina de pescado, hacia el dren abierto y consiste en tubos de 4 a 6 pulgadas de PVC agujereado, colocados con filtros de arena y grava con pendientes de 0.2 a 0.5% y distanciadas de acuerdo a las condiciones del nivel freático y al tipo de suelos. En un sistema de drenaje, para que funcione adecuadamente, los drenes enterrados deben evacuar sus aguas, por encima del nivel máximo de las aguas en el dren colector y es necesario un mantenimiento constante, sobre todo de las hierbas en el dren abierto y de obstrucciones en los drenes enterrados.


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Por otro lado, cuando un suelo que siempre tuvo el nivel freático a nivel superficial, requiere varios años, después de drenado para formar una estructura adecuada de suelos que sirva en la agricultura. Para el cálculo de distanciamiento de drenes existen muchas fórmulas en base a modelos hidráulicos. En la práctica estos distanciamientos varían de 10 a 100 metros entre los suelos pesados y arenosos.


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VI.


BIBLIOGRAFIA 

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http://www.monografias.com/trabajos19/canales/canales.shtml.


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MANUAL PARA LA CONSTRUCCION DE CANALES DE IRRIGACION.docx

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