Perdida de Agua Por Infiltración en Canales

HIDRÁULICA APLICADA

PERDIDA DE AGUA POR INFILTRACIÓN INFILTRACIÓN EN CANALES

PERDIDA DE AGUA POR INFILTRACIÓN EN CANALES

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GRUPO N° 07



I.- INTRODUCCIÓN En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos —generalmente utiliada para agua— ! "ue# a diferencia de las tu$erías# es a$ierta a la atmósfera% &am$i' &am$i'n n se utilian como (ías artificiales de na(egación% )a descr descrip ipci ción ón del del comp comport ortam amie ient nto o *idr+ *idr+ul ulic ico o de los los cana canale less es una una part parte e fundamental de la *idr+ulica ! su dise,o pertenece al campo de la ingeniería *idr+ulica# una de las especialidades de la ingeniería ci(il%

Fig. 01

Fig. 02

Fig. 03

En general# un canal# es un conducto "ue sir(e para el transporte de agua desde un punto inicial# al cual llamamos punto de captación# *asta un punto final "ue es el de entrega para su uso -para generar energía el'ctrica# riego# uso dom'stico.% En su ma!oría# los canales "ue sir(en para plantas *idroel'ctricas# son re(estido# por el contrario# por raones económicas en su in(ersión inicial# la ma!oría de canales con fines de riego -irrigación. se de/an sin re(estir% Pero Pero an an re(is re(istitien endo dolo los# s# ning ninguno uno de los los mate materi rial ales es es

100

impermea$le#

pro(ocando infiltración en todo el transcurso del canal !especialmente los "ue no cuentan con re(estimiento# son los "ue tienen ma!or perdida por eso se dice "ue en un canal *a perdidas ine(ita$les del agua% El c+lculo de las perdidas por infiltración en un canal resulta de gran importancia para la e(aluacón económica de los canales "ue se (an a e/ecutar o de los "ue !a est+n e/ecutados% Este c+lculo se efecta con $ase en un e2amen de las propiedades del *idr+ulicas del suelo donde inter(ienen muc*as (aria$les%

3

GRUPO N° 07



II.- JUISTIFICACIÓN )as p'rdidas por infiltración en los canales# reducen la eficiencia del sistema# !a "ue representan p'rdidas de agua (aliosa (aliosa para los culti(os# culti(os# adem+s las p'rdidas p'rdidas ele(an el ni(el fre+tico# lo "ue causa efectos per/udiciales a las plantas# a!uda a la saliniación del suelo ! se con(ierte en foco de enfermedades% )as p'rdidas se producen en el canal principal entre la toma ! los canales secundarios ! entre 'stos ! las onas de riego% &am$i'n *a! p'rdidas en el momento de aplicación del agua a los campos culti(ados# pero 'stas no son afectadas por el re(estimiento del canal ! "ueda a manos de los agricultores controlarlas para aumentar la eficiencia del riego%

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GRUPO N° 07



III.- OBJETIVOS a.- General 5n+lisis de la infiltración del agua en un 6ise,o 6ise,o de un anal

b.- Espec!"c#s 8'todos para o$tener el ponrcenta/e de infiltracion en un canal% 9actores "ue influ!en en la infiltración del agua en un canal% omparación de cada uno de los m'todos utiliados antuguamente con lo de a*ora% :er los pro$lemas "ue ocaciona la infiltración del agua en el dise,o%

• • •

•

;

GRUPO N° 07



IV.- $ARCO TEÓRICO a.- Per%"%as %e A&'a en el Canal
>

GRUPO N° 07



b.- Fac(#res )'e In!l'*en en las Per%"%as )a Permea$ilidad del )ec*o del anal? )a percolación dependen de la permea$ilidad del suelo ! son tanto ma!ores cuando poroso ! grueso es el suelo )a Edad del anal? )a p'rdida de agua en los canales es generalmente m+2i m+2ima ma inme inmedi diat atam amen ente te desp despu' u'ss de cons constr trui uido dos# s# ! desp despu' u'ss dism dismin inu! u!e e gradualmente con el tiempo a medida "ue el fondo ! los lados son cu@ $iertos por el fango% )as partículas de limo ! arcillas lle(adas por el agua son atraídas por las corrientes de percolación ! se incrustan en los poros o$stru!'ndolos% )a )ongituda del anal? )as p'rdidas son directamente proporcionales a la longitud del canal de conducción% El audal? )as p'rdidas son proporcionalmente menores en los canales grandes "ue en los pe"ue,os% )a &emper mperat atura ura?? 8ient 8ientras ras la temp tempera eratu tura ra (a aume aument ntan ando do## el agua agua (a disminu!endo su (iscocidad# esto lo *ace muc*o m+s escurridio entre los poros del suelo%

V.- $+TODOS PARA DETER$INAR LA PERDIDAS POR INFILTRACIÓN

Para calcular las perdidas por infiltración en canales se pueden utiliar? 8'todos pr+cticos% 8'todos empíricos%

• •

a.- $,(#%#s prc("c#s a..- $,(#%# %e pr'eba %el Enc/arca0"en(# )a medición de las tasas de perdida por infiltración es uno de las me/ores maneras de dar prioridad a los canales para el mantenimiento ! re*a$ilitación# ! determinar la eficacia de las me/oras del canal cuantificados a tra('s de prue$as antes ! despu's de la re*a$ilitación% A

GRUPO N° 07



El m'todo de ensa!o del enc*arcamiento se considera "ue es el m+s preciso# ! se utilia a menudo como el est+ndar de comparación para otros m'todos% En este m'todo los e2tremos de un segmento del canal est+n cerrados o sellados -por lo general con $arro formando unas presas. para crear una piscina estancada de agua el cam$io en el ni(el de agua se mide durante 3; a ;B *oras# ! se utilia /unto con las dimensiones del canal para calcular la tasa de p'rdida de la filtración para el canal%

Fig 04

Selecc"1n %el canal %e Pr'eba %e Enc/arca0"en(# El proceso de selección puede ser tan f+cil o tan comple/o como "uiera "ue sea% En la ma!oría de los casos# los canales est+n preseleccionados para la prue$a de$ido a pro$lemas conocidos ! planes de re*a$ilitación% Un enfo"ue m+s sistem+tico es clasificar los canales utiliando ciertos par+metros "ue se encuentran en la siguiente ta$la% Tabla N° 01

PARAMETROS IMPORTANTES IMPORTANTES PARA PRIORIZAR PRIORIZA R CANALES PARA LA PRUEBA TIPO DE CANAL SIN REVESTIR REVESTIDO CONDICION ACTUAL

7

GRUPO N° 07


Preparación y mét!" !e cn"tr#cción #ti$i%a!"& Tip !e materia$ !e$ !i'#e& Cmpactación& E$ tip !e "#e$ en e$ interir !e$ cana$& er"ión(


Preparación y mét!" !e cn"tr#cción #ti$i% #ti$i%a!" a!"&& Tip Tip !e materia$ !e$ !i'#e& cmpactación& Tip !e materia$ !e$ re)e" e)e"ti timi mien ent t&& E$ tama* y $a +rec +rec#e #enc ncia ia !e $a" $a" ,rieta"(

F#,a" )i"i-$e"& E$ a,#a y $a )e,etación en $a %an.a !e !rena.e& /e,etación e0i"tente(

Selecc"1n %e se&0en(# %e canal a pr'eba El siguiente paso es seleccionar el segmento de canal específico para prue$as# utiliando las siguientes pautas? E(itar cur(as ! seleccionar secciones rectas del canal% E(itar secciones de pendientes pronunciadas% Para Para las las prue prue$a $ass de p'rd p'rdid idas as por por filt filtra raci ción ón## e(it e(itar ar segm segmen ento toss "ue "ue contengan des(íos# (+l(ulas# puertas ! otras estructuras de control de flu/o% =eleccione los segmentos con cam$ios mínimos en las dimensiones del canal -es decir# el anc*o# profundidad# etc%.% onsultar mapas de suelos para seleccionar un +rea representati(a de un determinado tipo de suelo% Eli/a las onas accesi$les para camiones ! otros (e*ículos utiliados para el ensa!o o la construcción de la sección de prue$a% omprue$e el di"ue "ue estar+ en cada e2tremo del segmento del canal# es decir "ue no *a!a fugas de grandes agu/eros ! grietas% En general# cuanto m+s largo es la sección de prue$a# es me/or lo típico es 1B4 m -A00 pies. de largo% =in em$argo# es me/or acortar el segmento en caso de "ue inclu!a secciones con puertas o (+l(ulas%

• • •

•

•

•

•

•

Preparac"1n para la pr'eba 8edir ! marcar el segmento de prue$a% B

GRUPO N° 07



Fig 04

Use un instrumento de medición# para medir la longitud del segmento de prue$a% -fig% 1.% 6eterminar las u$icaciones de los $astones graduados ! $anderas o estacas en los lugares de las presas% -fig% 3 ! fig%4.

Fig. 05

Fig. 06

Bas(#nes &ra%'a%#s )os $astones graduados se sitan en el segmento de prue$a para medir en el canal la caída de ni(el de agua durante la prue$a% Use un mínimo de tres $astones% 5 una distancia entre ellas de manera uniforme a lo largo del segmento de prue$a# o uno en el centro ! dos en los e2tremos situados situados a A metros -30 pies. de las presas% El uso de (arios $astones $astones le a!udara a comparar comparar ! e(aluar e(aluar las lecturas lecturas ! reducir+ reducir+ errores en caso de cali$rar los $astones# es decir al ser mo(idos de lugar% C

GRUPO N° 07



Las !'&as * a&'2er#s aminar por el segmento de prue$a ! compro$ar por am$os lados del canal en $usca de fugas de grandes agu/eros ! grietas en los di"ues% =i e2iste fugas significati(as de agua tratar de llenarlo con tierra por lo general# un cu$o o dos de tierr tierra a con con a!ud a!uda a de una una retroe retroe2c 2ca( a(ado adora ra ser+ ser+ sufi sufici cien ente te%% Para Para fuga fugass m+s m+s pe"ue,as puede ser rellanado con palas utiliando el suelo circundante del di"ue%

La c#ns(r'cc"1n %e la presa 8ientras "ue los suelos de arcilla son desea$les# el tipo de suelo usado para la construcción de las presas suele estar determinado por la disponi$ilidad ! la u$icación% 5lgunos prefieren tener la tierra traída en camiones -fig% ;.# mientras "ue los dem+s pueden utiliar una retroe2ca(adora ! lle(arlo directamente *asta el di"ue del canal -fig%>.# esto de$e *acerse solo cuando *a! una adecuada cantidad de suelo de modo "ue no cause da,os posteriores al canal%

Fig. 07

Fig. 08

)as presas pueden ser construidas con o sin agua en el canal% uando el canal est+ lleno# generalmente se necesita m+s suelo para construir la presa !a "ue el suelo se e2tiende% Esto es especialmente cierto en un canal profundo% No (aciar por completo el conducto% &eniendo un poco de agua en el canal durante la construcción de las presas a!uda a saturar ! esta$iliar ellos% 5 medida m edida "ue las presas se constru!an# el suelo de$e ser compactado con una retroe2ca(adora# teniendo en cuenta de no de/ar suelo sin compactar% -fig% A.%

10

GRUPO N° 07



Fig. 09

El tama,o de la presa de$e der proporcional al tama,o del canal% )a presión del agua en las presas ser+ significati(amente ma!or en los canales m+s profundos% )a parte superior de la presa de$e ser de al menos 0%A m -3 pies. m+s alto "ue la superficie superficie del agua las presas de$en ser por lo menos 0%C m -4 pies. de anc*o ! lo suficientemente esta$le como para caminar so$re ella%

E)'"p# %e 0e%"c"1n e "ns(alac"1n Para medir los cam$ios en el ni(el de agua se necesita leer manualmente los medidores% Estos medidores de$en ser lo suficientemente pesado como para soportar un poco de agua en mo(imiento% )a figura 7 muestra un sencillo trípode "ue es f+cil de construir ! funciona mu! $ien en am$os canales -re(estidos ! no re(estidos.% El acero ino2ida$le es un $uen material "ue se utilia a menudo%

11

GRUPO N° 07



Fig. 09

5l colocar el e"uipo de medición en el canal# asegrese de "ue este esta$le% E(itar las +reas donde el fondo del canal es desigual o tiene restos "ue *ar+ "ue el soporte del medidor sea inesta$le%

Calc'l# %e p,r%"%as p#r !"l(rac"#nes $,(#%#  3 F#r0as Bs"cas Para determinar la tasa de perdida por la prue$a de enc*arcamiento# de$en calcularse el perímetro mo/ado ! el +rea de sección trans(ersal# utiliando las ecuaciones adecuadas para cada tipo de sección Paso 1% alcular el +rea de la sección trans(ersal inicial -5i.% Utilice la profundidad del agua inicial -6i. en lugar de la profundidad total -6.% Paso 3% alcular el +rea de la sección trans(ersal total -5f.% Utiliar la lectura final de la profundidad del agua -6f. en lugar de la profundidad total -6.% Paso 4% alcular la tasa de p'rdida de agua en t'rminos de galones por día usando esta ecuación? rWL=

gal A i∗ A f = dia 7.48∗t

6onde? 13

GRUPO N° 07



A i :

+rea de sección trans(ersal inicial%

A f :

+rea de sección trans(ersal final%

t

? duración de la prue$a -*oras.%

7.48

? factor de con(ersión%

rWL

? tasa de perdida de agua%

Paso ;% alcular el perímetro mo/ado en la primera profundidad del agua -6i.% Paso >% alcular la perdida de agua en t'rminos de (olumen por unidad de superficie -galones por pie cuadrado por día. por pie lineal del canal% gal 2

ft / dia

=

rWL iWP

6onde? iWP ? perímetro mo/ado inicial%

8'todo 3 D 9ormas rregulares En el c+lculo de la perdida de agua a partir de prue$as de enc*arcamiento# es necesario determinar el perímetro mo/ado ! el cam$io en el +rea de la sección trans(ersal durante la prue$a% En los canales de forma irregular# las ecuaciones est+ndar no son tiles% Pero *a! (arios m'todos "ue pueden utiliarse para determinar estos par+metros% Un m'todo consiste en representar gr+ficamente la sección en un plano cartesiano ! luego usar medios gr+ficos para estimar el perímetro mo/ado ! el +rea de la sección trans(ersal% Otro m'todo consiste en a/ustar una ecuación a tra('s de las coordenadas "ue definen la forma del canal# ! luego integrar la ecuación para determinar el +rea%

$ETODO DEL TUBO 14

GRUPO N° 07



Para realiar el ensa!o de infiltración en el campo se utilia un tu$o de di+metro fi/o# se cla(a en el suelo a una profundidad profundidad recomendada# recomendada# se le agrega una cierta cantidad de agua ! se o$ser(a el tiempo "ue tarda en infiltrarse% El m'todo es para fines pr+cticos# es lo suficientemente apro2imado ! $astante sencillo es un m'todo "ue se utilian en canales a construir%  E"uipo necesario 01 tu$o de F 3 ! longitud de 1%00m 01 metro o Hinc*a 01 recipiente pe"ue,o para agua 01 recipiente con capacidad de 30 litros 01 relo/ o cronómetro  Procedimiento E2ca(ar una calicata de 121 de sección ! una altura • • • • •

•

•

*asta el fondo del canal a construir% =e e2ca(a un *ueco de 40 cm en el fondo de la cali calica cata ta## se reti retira ran n las piedr iedras as ! otro otross age agentes ntes e2tr e2tra, a,os# os# para para coloc colocar ar el tu$o tu$o en posi posici ción ón (ert (ertic ical al

•

dentro del *ueco% =e compacta el *ueco alrededor del tu$o aprisionando

•

el relleno mu! $ien en capas de 10 cm% =e llena el tu$o con agua ! se de/a 3 *oras# tiempo "ue se estima suficiente para "ue el suelo alrededor del e2tremo inferior del tu$o se sature%

&ranscurri &ranscurrido do las 3 *oras# se (uel(e a llenar el tu$o ! al ca$o de una *ora se mide el descenso# la operación se repite cada *ora ! el ensa!o termina cuando el descenso es constante%

Tabla N° 02

1;

GRUPO N° 07


HORA


TIEMPO

DESCENS

(seg)

O

H (Cm3)

(cm)

(cm)

1 a(m(

Primera

2 a(m(

L$ama!a

88

88

344

34

Se,#n!a

88

88

344

a(m(

L$ama!a

6

74

344

33

6744

5

:4

344

a(m(

6744

3(9

64

344

35m(

6744

3(9

64

344

Clc'l# %e la per0eab"l"%a% =uponiendo "ue en un ensa!o se *a o$tenido la siguiente información? El factor de permea$ilidad se calcula con la fórmula? k =

Q 5.5 RHT

)os poos de prue$a de$er+n *acerse a lo largo del e/e del canal m+s o menos cada 3>0 m %

6ónde? I J cm4 de agua en cada inter(alo de descenso constante% R J radio interior del tu$o en cm% < J altura del agua en el tu$o -100. cm% & J inter(alo de o$ser(ación n =gs% K J permea$ilidad -cmLs. 1>

GRUPO N° 07



6i+metro del &u$o 3 reemplaando (alores en la fórmula# se tiene? k =

30 5.5 x 2.5 x 100 x 3600

=

30 4 950000 950000

=6 x 10− cm / s 6

;Si < = 3487 cm>"( "#e$" apt" para c#a$'#ier cana$? L" "#e$ L" "#e$" " c cn n perm permea ea-i -i$i $i!a !a! ! 3487@ < per permi"i mi"i-$ -$e e @ 348: "n ,enera$mente para pe'#e*" cana$e"( L" "#e$ "#e$" " c cn n <= 3487 cm>" cm>"e, e, " "n n prp prpi i"" para para ca cana na$e $e"" !e c#a$'#ier $n,it#! y ma,nit#!( En ca" !e tener )a$re" mayre" !e < ;
 En ca" !e $a pr#e-a !e encarcamient e$ cana$ re'#iere e"tar

pr $ men" tre" !a" para rea$i%ar $a pr#e-a "ati"+actriamente(  Sa-em" '#e a '#iene" a+ectan !irectamente "n a $" #"#ari" !e$ cana$ cana$ entnc entnce" e" e" nece"a nece"ari ri a)i"ar a)i"ar cn antici anticipac pación ión a $" #"#ari" en)ian! nticacine" pr e.emp$(  E$ mét! !e$ t#- e" m#y "enci$$ y +ci$ !e ap$icar per "$ e" ap$ica! en cana$e" a cn"tr#ir n para cana$e" e0i"tente"( e0i"tente"(

b.- $,(#%#s E0pr"c#s 1A

GRUPO N° 07



En estos m'todos se determina la capacidad de infiltración considerando una cuenc cuenca a perf perfec ecta tame ment nte e cont contro rolad lada# a# con con dato datoss prec precis isos os de preci precipi pita taci ción ón## e(aporación ! escorrentía# se puede determinar la infiltración )as fórmulas empíricas nicamente dan apro2imaciones no mu! e2actas

•

del c+lculo de las p'rdidas por infiltración# pero a pesar de todo sir(e para *acer una estimación preliminar del pro$lema% E2is E2iste ten n (ari (arias as fórmu fórmula lass empí empíric ricas as para para calc calcul ular ar las las p'rd p'rdid idas as por por

•

infiltración en canales no re(estidos# dentro de las cuales se pueden mencionar?  9órmula de &% ng*am ng*am desarrolló su fórmula empírica en 1CBA# con $ase en las o$ser(aciones *ec*as en los canales de Pun/a$# ndia# su e2presión es? P=0.0025 √ y y (b + 2 Zy ) … … … . ( 2.1 )

6ónde? 3

P= pérdidas pérdidas,, en m / s  k m b =anc! anc!" " , de s"le s"leraen raen m y =tira tirant ntee enm

Z =tal#d

 9órmula de Etc*e(err! -1C1>. Etc*e(err! encontró para el c+lculo de las p'rdidas la siguiente ecuación? b + 1.33 y √ 1 + Z … … … … ( 2.2) P= 0.0064 $ e √ y y ¿ 2

17

GRUPO N° 07



6ónde? 3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm $ e= c"eficiente c"eficiente %#e represe representa nta la permeabilidad permeabilidad b =anc! anc!" " de s"le s"lera ra enm

y =tiran tirante te enm Z =tal#d

Tabla N° 03: :alores

de $ e

)5=E 6E =UE)O

$ e

5rcillosos 9ranco arcillosos )imosos ! francos 9ranco arenosos 5renas finas 5renas gruesas Gra(as

0%3> D 0%>0 0%>0 D 0%7> 0%7> D 1%00 1%00 D 1%>0 1%>0 D 1%7> 3%00 D 3%>0 3%>0 D A%00

 9órmula de Pa(lo(sMi Pa(lo(sMi determinó )a siguiente fórmula empírica? P=1000 & [ [ b + 2 y ( 1 + Z ) ] … … ( 2.3 )

6ónde? 3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm

1B

GRUPO N° 07



& = c"eficientede c"eficientede permeabi permeabilida lidad d en m / s

b =anc! anc!" " de s"le s"lera ra enm y =tira tirant ntee enm

Z =tal#d

El coeficiente permea$ilidad K es mu! (aria$le# dependiendo de muc*os factores# como orientación se muestran los siguientes (alores? Tabla N° 03: :alores

de &

)5=E 6E =UE)O Gra(a

& ( cm / s )

−10−

2

10

1

5rena gruesa

−1 10

5rena fina

−2 10

−10−

3

−10−

4

&ierra arenosa

−3 10

5

&ierra franco arcillosa

−5 10

−10−

9

&ierra franca

−4 10

−10−

7

limo

−4 10

−10−

5

−10−

8

−10−

5rcilla

−6 10

5rcilla compacta

−7 10

−10−

10

 9órmula de 6a(is Dilson 6a(is ! ilson encontraron la siguiente ecuación%

1C

GRUPO N° 07



1

$ d y 3 ( b + 2 y √ 1 + Z ) 2

P=

8861

+ 8 √ '

… … . ( 2.4 )

6ónde? 3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm $ d= c"eficient c"eficientee %#e repr represent esenta a la permeabili permeabilidad dad en m/ s ' ='el"ci 'el"cidad dad media media en m / s b =anc! anc!" " de s"le s"lera ra enm y =tira tirant ntee enm Z =tal#d


85&ER5) cm de espesor Enlucido de cemento de 3%> cm =uelo arcilloso =uelo franco =uelo franco arenoso =uelo arcillo limoso 5rena

30

de $ d

$d

1 ; A 13 1> 30 40 ;0 @ 70

GRUPO N° 07



 9órmula de Pun/a$ Pun/a$ propuso la siguiente fórmula? P=$ p Q

0.563

… … …( 2.5 )

6ónde? 3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm 3

Q= ca#dalenm / s $ p .= 'al"r%#e 'al"r%#e 'ar(ade 'ar(ade ac#er ac#erd" d" al s#el" s#el"

%


85&ER5) =uelos mu! permea$les =uelos comunes -medios. =uelos impermea$les

de $ p $ p

0%04 0%03 0%01

 9órmula de KostiaMo( KostiaMo( dedu/o la siguiente ecuación? P=1000 & ( b + 2.4 y √ 1 + Z ) … … .. ( 2.6 ) 2

6ónde? 31

GRUPO N° 07



3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm & = c"efici c"eficiente%#e ente%#e repr represen esenta ta la permeab permeabilid ilidad ad enm en m / s b =anc! anc!" " de s"le s"lera ra enm y =tiran tirante te enm Z =tal#d

 9órmula de E% 5% 8orit 8orit encontró la siguiente fórmula? 1 1

P=0.0375 $ m A =0.0375 $ m 2

Q2 1

… … . ( 2.7 )

'2

6ónde? 3

P= pérdidas pérdidasen en m / skm $ m =c"eficiente c"eficiente %#erepr %#e representa esentala la permeabilid permeabilidad ad A = )rea!idr)# )rea!idr)#lica licaen en m

2

3

Q= ca#dalenm / s * = 'el" 'el"ci cidad dad enm / s

33

GRUPO N° 07




de $ m

)5=E 6E =UE)O 9ranco arcilloso impermea$le 9ranco arcilloso semi@ impermea$le so$re arcilla compacta# a una profundidad no ma!or de 1 m $a/o el fondo del canal 9ranco arcilloso ordinario# limo 9ran 9ranco co arci arcillllos osos os con con aren arena a o gra(a# gra(a cementada -conglomerados.# arcilla ! arena 9ranco arenoso =uelos arenosos sueltos =uelos arenosos con gra(a Roca desintegrada con gra(a =uelo con muc*a gra(a

34

m 0%0B D 0%11 0%11 @ 0%1>

0%1> D 0%34 0%34 D 0%40

0%40 D 0%;> 0%;> D 0%>> 0%>> D 0%7> 0%7> D 0%C0 0%C0 D 1%C0

GRUPO N° 07



c.- O(r#s $,(#%#s

 ouHer ouHer propone tres condiciones distintas del flu/o de filtración desde un canal trap trapec ecia iall con con talu talude dess 1?1% 1?1% 6ic* 6ic*as as condi condici cion ones es ! la sim$ sim$ol olog ogía ía util utili iad ada a se representan en la figura ! corresponden a los modelos $+sicos de filtración "ue enseguida se analian% ondición 5? )a filtración ocurre desde el canal e2ca(ado en un suelo *omog'neo e isotrópico# limi limita tado do por por una una fron fronte tera ra infe inferi rior or cons constititu tuid ida a por por un mate materi rial al de meno menor r permea$ilidad "ue la del propio suelo% Un su$caso particular es cuando el ni(el fre+tico "ueda de$a/o de la frontera mencionada ! se reduce a o$tener la filtración *acia una capa de drena/e de profundidad ! = y + H % Este su$caso *a reci$ido reci$ido + gran atención dentro de la literatura ! se designa como la condición A %

ondición ? )a filtración ocurre desde el canal e2ca(ado en un suelo *omog'neo *omog'neo e isotrópico isotrópico "ue (a limitado por una frontera inferior constituida por material impermea$le ondición ? 3;

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=e presenta en un suelo *omog'neo e isotrópico de profundidad infinita# desde un canal "ue en su plantilla ! taludes tienen un re(estimiento delgado ligeramente permea$le# natural o artificial -material arcilloso# sellos "uímicos# etc%. Geometría ! sím$olos para la filtración en un canal# segn ouHer -1CA>.

)os resultados de ouHer (alen para canales trapeciales con taludes 1?1 no re(estidos ! para las condiciones 5 ! % )as figuras a# $ ! c corresponden a tres dist distin into toss (alo (alore ress de la relac relació ión n  s / k

y / b  en cada cada una una se relac relacio iona na

!/ b

con

mediante una familia de cur(as cu!o par+metro es H / b # limitadas en la

+ parte superior por otra cur(a "ue representa la solución para la condición A % El

significado de las literales es? b ? 5nc*o del plantilla del canal en m% H

? 6esni(el entre la plantilla plantilla del canal ! la capa permea$le -ondición 5. o

impermea$le -ondición . en m% ! ? 6esni(el entre la superficie li$re de agua en el canal ! el ni(el freatico en el

su$suelo en m%

3>

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 s


? Gasto de filtración por metro de longitud del canal ! por unidad de anc*o de

la superficie li$re del mismo en mLd &

? oeficiente oeficiente de permea$ilidad permea$ilidad del suelo# en mLd# o$tenido o$tenido de prue$as de

permea$ilidad en el sitio o en la$oratorio% =e encuentran (alores medios en las ta$las% - ? &irante de canal en m%

Por la condición de filtración # el gasto de filtración segn ouHer resulta?  s=

k r T

[

*

( y − P c ) b + ( y −2 Pc ) sen

]

6ónde? T ? 5nc*o de la superficie li$re del canal en m% t ? Espesor del re(estimiento en m% & T

? oeficiente de permea$ilidad del re(estimiento mLd%

(J(elocidad media del canal en mLs Pc

? arga de presión de$a/o de$a/o de la capa de re(estimient re(estimiento# o# para la cual se

satisface en forma apro2imada "ue la permea$ilidad del suelo sea pr+cticamente cero por efecto de la saturación del mismo% =e conoce como carga de presión critica ! se e2presa en m% de columna de agua%



? ngulo del talud del canal con la *oriontal

)os resultados de ouHer para canales no re(estidos muestran "ue es suficiente realiar e2ploraciones por de$a/o del fondo del canal *asta profundidades cinco (eces el anc*o de la misma# con o$/eto de determinar la localiación de capas 3A

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perm permea$ ea$le less e imper imperme mea$ a$le les% s% 6e encon encontr trars arse e estas estas capas capas a prof profun undi dida dades des ma!ores# la reducción en la infiltración por dic*o efecto es mu! pe"ue,a% )a profundidad del manto fre+tico se de$e determinar por e2ploraciones ale/adas a una distancia no ma!or de die (eces el anc*o de plantilla# pues la influencia en los cam$ios de profundidad a distancias ma!ores%  =u$raman!a ! coautores Otro m'todo para estimar la filtración en canales parcialmente re(estidos se de$e a =u$raman!a ! coautores -1C74.% En su an+lisis esta$lecieron las siguientes *ipótesis?

•

Un re(estimiento impermea$le de espesor desprecia$le% El mate materi rial al por poroso oso de$a de$a/o /o del del cana canall se sup supone one isot isotró rópi pico co##

•

*omog'neo ! de profundidad infinita% )a acción de la capilaridad es desprecia$le%

•

)a primera situación 5naliada fue la de un canal con taludes re(estidos ! plantilla sin re(estir ! los resultados se muestran en la figura# donde? Q ? Prdida total total de filtración filtración por metro de longitud del canal en

2

m /d

& ? oeficiente de permea$ilidad del material su$!acente en el canal 

? ngulo de los taludes respecto de la *oriontal e2presada en rad %

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En la figura se o$ser(a "ue# para un (alor dado de

b / y # el efecto de

 so$re

la filtración es desprecia$le ! cuando = 0 la solución es aplica$le a la filtración desde un terrapl'n de poca altura%

)a segu segund nda a situ situac ació ión n anal anali iad ada a corresponde a la de un canal en de % / ky Variación donde los taludes no se re(isten# función de b / y y pero si la plantilla% En estaenocurren tres casos "ue dependen del anc*o  / / relati(o de la plantilla? •

en canales

)as )as líne líneas as de fron fronte tera ra del del flu/o "ue inician en los e2tremos de la plantilla no se

• •

/untan )as dos líneas de frontera se /untan en algn punto de$a/o del canal )as dos líneas de frontera se /untan en la plantilla misma%

6e los tres casos# =u$raman!a ! coautores -1C74. resol(ieron solo el primero# pero ad(ierten "ue la solución de los otros dos se puede efectuar por t'cnicas analíticas% 3B

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6e los tres casos# =u$raman!a ! coautores -1C74. resol(ieron solo el primero# pero ad(ierten "ue la solución de los otros dos se puede efectuar por t'cnicas analíticas%

Filtración en un canal parcialmente revestido según Subramanya y

En la figu figura ra apare aparece ce la rela relaci ción ón "ue "ue guard guardan an

b / y

!

 / /

# ! permite la

clasificación de un pro$lema de filtración dado en alguno de los casos a# $ ! c segn la posición del punto resultante%

Curva de frontera éntrelos distintos casos de filtración en un canal con revestimiento revestimiento en la plantilla, según según

En la figura se presenta presenta la solución solución del caso a# donde se o$ser(a "ue los taludes del canal tienen un efecto importante so$re % % 3C

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1

Variación de

con

( )( 2

% ) ky

 / / para la

En la figura se muestra la (ariación en el porcenta/e de reducción de la filtración como como una una func funció ión n de

b / y

!

 / /

en canales parcialmente re(estidos% El

c+lculo de la perdida por filtración " en un canal sin re(estir fue realiado por el m'todo de :ederniMo(% )as líneas discontinuas "ue aparecen en la figura indican la (ariación pro$a$le en el porcenta/e de reducción de la filtración para los casos $ ! c cuando solo se re(iste la plantilla%

Variación del porcentaje de reducción de la filtración en canales con plantilla o taludes taludes revestidos, según

=e o$ser(a "ue# para un (alor determinado  / / # *a! un (alor de b / y

"ue

lle(a a una reducción igual en la filtración# independiente del tipo de re(estimiento 40

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parcial% Para (alores ma!ores de b / y "ue el antes o$tenido# el re(estimiento en la plantilla es m+s efecti(o para reducir la filtración# mientras "ue para (alores menores de b / y # el m+s efecti(o es en los taludes %PQR665= % PQR665= &O&5)E= &O&5)E=  Es necesario conocer la p'rdida total de agua "ue se produce en un canal% =e *a o$ser(ado "ue las p'rdidas no son un porcenta/e constante del caudal I# sino "ue aumentan cuando 'ste disminu!e% Kostia iaMo( Mo( esta$ esta$le leci ció ó "ue "ue este este porce porcent nta/ a/e e puede puede repr represe esent ntar arse se  Kost mediante la siguiente relación? r=

a Q

n

 6onde a ! n son constantes "ue (arían con el tipo de suelo% El (alor de n (aría entre 0%4 para suelos impermea$les ! 0%> para suelos mu! permea$les pudiendo tomarse como (alor medio 0%;%  =i r fuera un (alor constante# el caudal I -en m4Ls. al final del tramo del canal de longitud ) -en Mm.# sería?

6onde? P=Q " rL

)uego? Q=Q" −Q " rL Q=Q" ( 1−rL )

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 5l ser r un (alor (aria$le# se puede tomar para el c+lculo de un (alor promedio entre el (alor inicial r " correspondiendo a Q" ! un (alor final# o este ltimo si se "uiere tener un margen de seguridad%

%

PQR6 PQR665= 65= 6E 6E 5 5N5)E N5)E= = RE: RE:E E=& =&6O 6O= =  =egn 6a(is todo canal de$e de ser re(estido cuando las p'rdidas

por infiltración e2cedan a

0.46 m

/ dia (

−4 5.3 10 cm

∗

s

)

re(est stim imie ient nto o de un cana canall no elim elimin ina a comp comple leta tame ment nte e las las  El re(e p'rdi p'rdida dass por infi infiltltra raci ción# ón# pues pues siem siempre pre *a! fuga fugass a tra(' tra('ss de grietas "ue se producen o del mismo *ormigón# pero las reduce considera$lemente%  =egn
0.0122 n / dia ¿

 6e acuerdo al tra$a/o desarrollado por Uginc*us las p'rdidas en un canal re(estido pueden o$tenerse multiplicando por un factor las p'rdidas p'rdidas "ue se producen producen en el mismo canal no re(estido% Para el caso de un re(estimiento de *ormigón de 7%> cm o$tu(o "ue el coeficiente fue de 0%14% Uginc* c*us us mani manififies esta ta "ue "ue para para el c+lc c+lcul ulo o de las las p'rdi p'rdida dass por  Ugin infi infiltltra raci ción ón en un cana canall re(e re(est stid ido o se pued puede e usar usar la fórm fórmul ula a e2perimental? P= &

y ( b + y √ 1 +Z 2 ) x 1000 e

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6ónde? 3

m P= perdida perdida en ( s− km) m & = permeabilidad de re'estimient" re'estimient" de !"rmig"n , en s e =espes"r espes"r del re'esti re'estimient mient" " en m b =anc! anc!" " de s"le s"lera ra enm y =tiran tirante te enm 0 =tal#d

%

)O )OGR595 S ) )NKOGR595 
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Perdida de Agua Por Infiltración en Canales

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