02 trazo y-diseño-de-canales clase untrm martes 14 oct 2014 editado
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Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental
DISEÑO Y CRITERIOS DE
PLANIFICACIÓN DE CANALESCURSO : OBRAS HIDRAULICAS
DOCENTE : ING. ZEGARRA VASQUEZ, OSCAR
DISEÑO DE CANALES
Los canales como elementos de transporte del agua,
son conducciones artificiales en las que el agua
circula sin presión, es decir en contacto continuo con la
atmósfera. El estudio hidráulico de estas conducciones
se caracteriza porque el movimiento del agua se
realiza por su propio peso, es decir, sin ningún gasto
energético y aprovechando la fuerza de la gravedad.
En un proyecto de irrigación, lo que compete al diseño
de canales y obras de arte no es la más importante;
pues es el caudal el factor clave en el diseño y el más
significativo en un Proyecto de Riego, se obtiene en
base a la interrelación de ciertos factores como son: tipo
de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de
riego.
Los canales de riego dentro de una planificación, comúnmente tienen
forma rectangular o trapezoidal, adoptando por su función diferentes
denominaciones, así tenemos por ejemplo:
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS:
Donde:
b = Base del canal o ancho de solera.
d = Tirante de agua.
f = Borde libre.
m1 = Talud interior del canal.
m2 = Talud de corte.
m3 = Talud exterior del terraplén del canal.
C1 y C2 = Anchos de bermas o caminos de servicio o
vigilancia.
H = f + d = Altura total del canal.
T = Ancho superficial de agua en el canal.
- Gasto en m3/seg (Q)
- Gasto unitario en m3/seg/ml (q)
- Velocidad media en m/seg (v)
- Velocidad puntual en m/seg (w)
- Coeficiente de rugosidad (n)
- Pendiente hidráulica (s)
La sección típica de un canal tanto de riego como de drenaje deberá
entenderse como una sección, en la cual se muestre además de las
características geométricas de la caja del canal, las características
geométricas de su camino de vigilancia.
Las secciones tienen las siguientes características:
Cuando el canal se encuentra en
relleno, primeramente se construirá
una plataforma compactada hasta
una altura limitada por el bordo del
canal revestido, menos el espesor
del revestimiento
Cuando el canal este construido
en corte, primeramente se
prepara una plataforma de
excavación con un ancho que
facilite la excavación y el
revestimiento mecanizados de la
caja del canal.
Los ejes de la caja del canal y del
camino de vigilancia deben ser
paralelos solo en casos
excepcionales de excavación y
relleno el paralelismo se distorsiona.
Los taludes de relleno y
excavación deben tener una
inclinación de 1.5:1
SECCIONES TÍPICAS EN CANALES DE RIEGO
FORMAS DE LA SECCION TRANSVERSAL
Sección trapecial
Sección rectangular
Sección circular
Las más conocidas en la práctica son:
CANAL TRAPECIAL CANAL RETANGULAR
Es la más común,
adaptándose esta forma
sobre todo por razones de
estabilidad de taludes del
canal y facilidades
CONSTRUCTIVAS
En este caso 𝒎𝟏 = 𝟎 ,
esta sección se adapta
sobre todo en zonas de
suelos estables y se
quiere ahorrar cortes
excesivos.
CANAL TAYMI CANAL TÚCUME
CANAL CIRCULAR
Es la sección hidráulica más
eficiente, generalmente son
tubos prefabricados o cilindros
de gasolina que son usados
como canales. Son baratos y se
ahorra excavación.
CLASIFICACION DE CANALES
Canal principal o de conducción
Canal de 2° orden o sub canales
Canales de 3er orden o laterales
Canales de 4to orden o sub laterales
Canales de 5to orden o regaderas
POR SU CAPACIDAD DE CONDUCCION:
Los canales de riego dentro de una planificación, comúnmente tienen formarectangular o trapezoidal, adoptando por su función diferentes denominaciones, asítenemos por ejemplo:
Representación gráfica de la jerarquía de los canales
En el diseño de la rasante de un canal se debe tener en cuenta las
siguientes consideraciones generales:
La pendiente de la rasante de fondo debe ser en lo posible igual a la
pendiente natural promedio del terreno, para optimizar el
movimiento de tierras.
Para definir la rasante de fondo se prueba con el caudal
especificado y diferentes cajas hidráulicas.
Al diseñar la rasante del canal deberá diseñarse casi
simultáneamente la rasante de su camino de vigilancia.
Necesariamente deberán conjugarse los siguientes parámetros:
Caudal, pendiente, tipo de suelo, talud, plantilla del canal y
velocidad máxima permisible.
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.
Un sistema de riego debe cumplir en forma
óptima con las siguientes condiciones:
- Costos mínimos para operación y mantenimiento.
- Operación sencilla y control fácil para usarlos y los responsables para
la operación.
- Pérdidas mínimas de agua por operación.
- Pérdidas mínimas de agua por infiltración.
- Impedir el robo de agua.
- Seguridad contra desbordes.
- Flexibilidad para adaptarse a las diferentes exigencias de caudales y
métodos de riego para los diferentes cultivos.
- Finalmente, tratándose de satisfacer las condiciones señaladas en los
puntos anteriores, con el diseño final del sistema de riego deberá
lograrse:
Longitudes mínimas de canales.
Secciones mínimas de los canales.
Costos mínimos de construcción.
Una vez obtenido el perfil longitudinal del eje del canal, se procede a
dibujarlo en gabinete a escalas 1:1000 ó 1:2000 para el sentido horizontal y
1:100 ó 1:200 para el sentido vertical, los parámetros que suelen
presentarse en el diseño de canales del perfil longitudinal de un canal de
riego, son los siguientes:
Kilometraje
Cota de Terreno
Tipo y Número de Obras de Arte
Rasante de Canal
Pendiente de fondo de canal
Cota de nivel de agua de canal
Dimensiones del Canal
Sección Transversal o TípicaÁrea irrigada por el Canal de
RiegoCaudal de Diseño
Tirante
Ancho total de Plataforma
Curvatura de Trazo
Tubo de Drenaje
Pozo de Control
PERFILES LONGITUDINALES EN
CANALES DE RIEGO
POZOS DE CONTROL
De Control Simple
Sirve para controlar y limpiar el tubo entrante y saliente en tramo del tubo con una longitud máxima 200 m aguas arriba y agua abajo, en caso de que el dren entubado
esté formando una curva horizontal mayor de 20° también se colocara un pozo de este tipo.
De Control con Desarenador
Cuando el dren entubado cambie dependiente mayor a menor, existe elpeligro de sedimentación en el tramomenor. Para evitarlo se colocara eneste punto de cambio un pozo decontrol con desarenador, estedesarenador consiste en un fondo de0.50 m por debajo de la entrada ysalida de los tubos.
De control con Caída
En el caso que se deba salvar un
desnivel entre el tubo de entrada y salida; se debe prever un pozo de control con caída,
donde el tubo de entrada tiene un nivel
más alto que el de salida
Deberá tenerse siempre presente, que el diseño de un sistema de riego
implica también el diseño de un sistema de drenaje, pues la experiencia ha
demostrado que de no ser así y al poner bajo riego áreas nuevas sin ningún
problema de drenaje con niveles freáticos profundos, al cabo de algunos
años este problema presenta mayores dificultades y por lo tanto resulta más
costoso que si se hubiera previsto inicialmente.
En general un sistema de drenaje debe cumplir principalmente las siguientes
condiciones:
Ser colector para el sistema de
drenaje a nivel de parcela, del
agua procedente del riego que se
percola a cierta profundidad
(afluencias continuas).
Ser desagüe para las demasías del
sistemas de riego principal que
puede presentarse de las siguientes
maneras: regulación inexactas en la
obras de distribución y captación,
operación deficiente del sistema,
perdidas por regulación hasta que se
estabilice el sistema y perdidas por
limpieza (todas son afluencias
accidentales).
Ser conductor para la excavación
de aguas foráneas (afluencias
accidentales).
Ser desagüe ara las afluencias
superficiales como consecuencia
de las precipitaciones (afluencias
accidentales).
FUNCIÓN Y DENOMINACIÓN DE LOS
DIFERENTES CANALES DE DRENAJE
Un sistema de drenaje agrícola es aquel que recibe exceso de agua
directamente de las parcelas y la conducen al sistema de drenaje
principalmente que evacua el agua fuera del área. El sistema de drenaje
principal debe proporcionar una salida libre y segura para los drenes de las
parcelas, las cuales pueden ser zanjas abiertas, tubos enterrados o la
combinación de ambos
En un sistema de drenaje principal los drenes por su función pueden
adoptar la siguiente denominación:
Zanjas de Desagüe
Los Subcolectores
Los Colectores
Colectores Principales
Cada canal lleva a su costado un camino de vigilancia que normalmente
debe tener una altura sobre el terreno de por lo menos 0.30m.
Solamente en el caso de que se presente profundidades excepcionales,
la distancia entre los ejes del camino y del canal será determinada en
función de su profundidad. En los demás casos esta distancia deberá ser
constante de manera que exista un paralelismo entre dichos ejes.
Los materiales de excavación no usados para relleno se deben depositar
en los bancos de escombros según se indica en el plano 3.4. estos serán
dimensionados en dependencia del volumen sobrante de excavación y
de la nivelación de los bordos y diques de los canales existentes. Las
dimensiones mínimas de los bancos de escombros se recomienda a
continuación:
CANAL DE
DRENAJE
ANCHO DE CORONA DEL BANCOALTURA DEL
BANCO
Mínimo(m) Preferible(m) Mínimo(m)
Subcolector 0.50 2.50 0.50
Colector 0.50 4.00 0.50
Colector Principal 0.50 4.00 0.50
SECCIONES TÍPICAS EN CANALES DE DRENAJE
PERFILES LONGITUDINALES EN CANALES DE DRENAJE
Kilometraje
Cota de terreno
Tipo y numero de obra de arte
Rasante del canal
Pendiente del fondo
Dimensión del canal
Caudal máximo
Velocidad y tirante máximo
Área drenada
Tipo y numero de obra de arte
Cota del tubo
Pendiente del tubo
Diámetro del tubo
Caudal de diseño
Sección típica
Ancho total de la plataforma
Curvatura del trazo
Tipo de suelo.
Los parámetros que
suelen presentarse en
el perfil longitudinal de
un dren:
NOTA:
La información
varía para drenes
abiertos como para
drenes entubados.
Caminos secundarios (V3)Estos caminos de vigilancia a la vez sirven de acceso a las parcelas de
riego y generalmente tienen poco tráfico, normalmente se proyecta al lado
de sublaterales, subcolectores y zanjas de desagüe.
Caminos secundarios(V2)Estos caminos de vigilancia a la vez son caminos colectivos de tráfico de
las parcelas, que generalmente tienen un tráfico zonal de poca importancia,
estos caminos se proyectan al lado de laterales y colectores.
Caminos Principales (V1)Generalmente son diseñados como caminos de intercomunicación con la
función de integrar la infraestructura vial de la zona del proyecto con los
pueblos cercanos, los caminos de este tipo se encuentran casi siempre a
un lado de subcanales y con menor frecuencia al costado de colectores
principales.
FUNCIÓN Y DENOMINACIÓN DE CAMINOS
Cuando un camino va paralelo a un canal la base del diseño de la curva es el radio mayor ya sea del camino o del canal.
Cuando el radio del canal es mayor, el camino va paralelo al canal teniendo el mismo centro de curvatura, este caso se presenta en los canales de drenaje.
Cuando el radio del camino es mayor, el canal que va al lado, se acomoda a la curvatura del camino combinando tramos curvos con rectos, con el fin de no tener mucha longitud del canal en curva, este caso se presenta en los canales de riego.
La base para el diseño de las curvas son los ejes tanto de camino como del canal, teniendo como origen el mismo centro de curvatura de radio dominante.
El tramo de curva en camino tendrá como peralte una pendiente no menor a 5% hacia el canal de riego o de drenaje.
CURVAS DE CANALES CON CAMINO
CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE
Sublaterales 3T = 5m Subcolector 5T = 25m
Lateral 3T = 8m Colector = 5T = 50m
Subcanal 4T = 20m Colector principal 5T =
50m
En cuanto a los radios mínimos y tratándose de canales de riego y drenaje se recomiendan los siguientes valores en función de “T”, siendo “T” en ancho superior del espejo de agua.
Valores de radios mínimos para caminos se recomienda los siguientes:
- Radio mínimo = 20m
- α < 30°, no se necesita sobre ancho. α=
ángulo de deflexión.
- Para un radio de 20m y α > 30° se necesita
un sobre ancho con las siguientes
características:
- Sobre ancho al inicio de la curva 0.40m
- Sobre ancho en el centro de la curva 0.40m
- Longitud de la transición del sobre ancho
4.0m
- Radio mínimo = 100m para cualquier ángulo,
no se necesita sobre ancho.
Se tienen en cuenta los
Siguientes criterios:
Tipo de sobrecargaPara el diseño de alcantarillas y puentes se deberá tener en cuenta los
siguientes valores:
H15 – S12 para caminos secundarios V2 y V3
H20 – S16 para caminos principales V1
AfirmadoEl tipo de afirmado incluso la procedencia de los materiales se debe
describir en forma detallada. Teniendo en cuenta la importancia de los
diferentes caminos, estos serán construidos según las especificaciones y
con los espesores siguientes:
CAMINOS DE VIGILANCIA Y COMUNICACIÓN
CAMINOS SECUNDARIOS V2 y V3: Una capa de base de 20 cm de material de
excavación con cantidades limitadas de material fino, sobre la cual va una capa
de desgaste o capa de rodadura de 10cm de material arena – grava proveniente
de canteras, o alternativamente, aunque de menor calidad, una mezcla de
material arenoso seleccionado con suelo salitroso. La capa de desgaste está en
dependencia a la intensidad del tráfico.
CAMINOS PRINCIPALES V1: Una capa de base de 20cm de material arena –
grava provenientes de canteras, sobre esta va una capa de desgaste de 10 cm
de arena salitrosa (25 a 30 %) y grava (65 a 75 %) proveniente de canteras con
cantidad de sales determina sin agua destilada y relacionada al peso del suelo
seco de 1 al 3%.
Velocidades de diseñoLas velocidades recomendables para el diseño de los caminos son de
30 km/h para caminos secundarios (V2 y V3) y 60 km/h para caminos principales
V1.
Para el diseño de la curva de un canal se necesita:
Datos:
∆ = á𝒏𝒈𝒖𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒇𝒍𝒆𝒙𝒊ó𝒏 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝑷𝑰.𝑷𝑰 = 𝑷𝒖𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝑰𝒏𝒇𝒍𝒆𝒙𝒊ó𝒏
𝑹 = 𝑹𝒂𝒅𝒊𝒐 𝒎í𝒏𝒊𝒎𝒐 𝒔𝒆𝒍𝒆𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏𝒂𝒅𝒐
Valores por Calcular
𝑺𝑻 = 𝑺𝒖𝒃𝒕𝒂𝒏𝒈𝒆𝒏𝒕𝒆, 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝑷𝑪𝒂 𝒍𝒂 𝑷𝑰,𝒊𝒈𝒖𝒂𝒍 𝒂 𝒍𝒂 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝑷𝑰, 𝒊𝒈𝒖𝒂𝒍 𝒂 𝒍𝒂 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝑷𝒊 𝒂𝒍 𝑷𝑻𝑷𝑪 = 𝑷𝒓𝒊𝒏𝒄𝒊𝒑𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝑪𝒖𝒓𝒗𝒂𝑷𝑻 = 𝑷𝒓𝒊𝒏𝒄𝒊𝒑𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝑻𝒂𝒏𝒈𝒆𝒏𝒕𝒆𝑬 = 𝑬𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂, 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂𝒅𝒆𝒍 𝑷𝑰 𝒂 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒓𝒗𝒂𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒃𝒊𝒔𝒆𝒄𝒕𝒓𝒊𝒛.𝑭 = 𝑭𝒍𝒆𝒄𝒉𝒂, 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒑𝒆𝒓𝒑𝒆𝒏𝒅𝒊𝒄𝒖𝒂𝒍𝒓 𝒅𝒆𝒔𝒅𝒆𝒆𝒍 𝒑𝒖𝒏𝒕𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒓𝒗𝒂 𝒂 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒓𝒅𝒂 𝒍𝒂𝒓𝒈𝒂𝑪 = 𝑪𝒖𝒆𝒓𝒅𝒂 𝒍𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒔𝒖𝒃𝒕𝒊𝒆𝒏𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒓𝒗𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒅𝒆 𝑷𝑪 𝒉𝒂𝒔𝒕𝒂 𝑷𝑻.𝑷𝑺𝑪 = 𝑷𝒖𝒏𝒕𝒐 𝒔𝒐𝒃𝒓𝒆 𝒍𝒂 𝑪𝒖𝒓𝒗𝒂𝑷𝑺𝑻 = 𝑷𝒖𝒏𝒕𝒐 𝒔𝒐𝒃𝒓𝒆 𝒍𝒂 𝑻𝒂𝒏𝒈𝒆𝒏𝒕𝒆
El diseño de la curva de un canal consiste en determinar básicamente la
longitud de curva (Lc), la Subtangente (St), la Progresiva del Principio de
Curva (Pc), la Progresiva del Principio de Tangente (Pt), al External (E), la
Flecha (F) y la Cuerda Larga (C); pues los valores del radio (R), el valor del
ángulo de deflexión (∆) y la progresiva del punto de inflexión (PI) casi
siempre son datos conocidos
Elementos de una Curva en Canales
Las fórmulas a emplear son:
𝑺𝑻 = 𝑹 × 𝒕𝒂𝒏∆
𝟐
𝑷𝑪 = 𝑷𝑰 − 𝑺𝑻 𝑷𝑻 = 𝑷𝑪 + 𝑳𝑪
𝑳𝒄 =𝟐×𝝅×𝑹×∆
𝟑𝟔𝟎°
𝑬 = 𝑺𝑻 × 𝒕𝒂𝒏∆
𝟒
𝑭 = 𝑬 × 𝒄𝒐𝒔∆
𝟐
𝑪 = 𝟐 × 𝑹 × 𝒔𝒆𝒏∆
𝟐
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.
Tabla 1: Radio Mínimo en Canales Abiertos Para Q>10
m3/s.
CAPACIDAD DEL CANAL RADIO MÍNIMO
Hasta 10 m3/seg. 3*ancho de la base
De 10 a 14 m3/seg. 4*ancho de la base
De 14 a 17 m3/seg. 5*ancho de la base
De 17 a 20 m3/seg. 6*ancho de la base
De 20 m3/seg. A mayor 7*ancho de la base
Los radios
mínimos deben ser
redondeados hasta
el próximo metro
superior.
Tabla 2: Radio Mínimo en Canales Abiertos en función del Espejo de
Agua (T)
CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE
Hasta 10
m3/seg.4T
Colector
principal5T
De 10 a 14
m3/seg.3T Colector 5T
De 14 a 17
m3/seg.3T Sub-Colector 5T
Siendo T el
ancho superior
del espejo de
agua.
Tabla 3: Radio Mínimo en Canales Abiertos Para Q<20
m3/s.
CAPACIDAD DEL CANAL RADIO MÍNIMO
20 m3/seg. 100 m.
15 m3/seg. 80 m.
10 m3/seg. 60 m.
5 m3/seg. 20 m.
1 m3/seg. 10 m.
0.5 m3/seg. 10 m.
En base a estas tablas el diseñador puede seleccionar el radio
mínimo que más se ajuste a su criterio.
Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica, si para la
misma área y pendiente conduce el mayor gasto, esta condición está
referida a un perímetro húmedo mínimo o menor área de fricción, la
fórmula que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es:
𝑏
𝑌= 2 × tan
𝜃
2
Siendo “b” la plantilla del canal.
De todas las secciones la más eficiente es la parabólica, sin embargo
por razones constructivas suele adoptarse la trapezoidal y la sección
trapezoidal más eficiente es aquella donde el ángulo "𝜽" 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 (m).
Y= Tirante del canal (m).
Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua
por infiltración en los canales de tierra, esta condición depende del tipo
de suelo y del tirante del canal, la fórmula que da esta condición es:
El promedio de ambas queda expresado por la siguiente igualdad:
𝑏
𝑌= 4 × tan
𝜃
2
𝑏
𝑌= 3 × tan
𝜃
2
Tabla 4: Relación Plantilla (b) VS. Tirante Para Máxima
Eficiencia Mínima Infiltración y el Promedio de Ambas
TALUD ANGULOMÁXIMA
EFICIENCIA
MÁXIMA
INFILTRACIÓNPROMEDIO
VERTICAL 90° 2.000 4.000 3.000
1/4 : 1 75° 58" 1.562 3.123 2.343
1/2 : 1 63° 26" 1.236 2.472 1.854
4/7 : 1 60° 16" 1.161 2.321 1.741
3/4 :1 53° 08" 1.000 2.000 1.500
1 : 1 45° 00" 0.828 1.657 1.243
1 1/4 : 1 38° 40" 0.702 1.403 1.053
1 1/2 : 1 33° 41" 0.605 1.211 0.908
2 : 1 26° 34" 0.472 0.944 0.708
3 : 1 18° 26" 0.325 0.649 0.487
Es necesario remarcar, que no siempre se puede diseñar de acuerdo a
las condiciones de máxima eficiencia y mínima infiltración, en la práctica
se impone una serie de circunstancias o características locales que lo
impiden, especialmente cuando se diseña canales en zonas de topografía
accidentada como es el caso de la Serranía Peruana.
Este parámetro resulta ser de gran importancia para la evaluación económica
de los canales que se van a ejecutar o de los que ya están ejecutados, el
cálculo se efectúa en base a un examen de las propiedades hidráulicas del
suelo donde intervienen muchas variables, razón por la cual aún no se han
establecido ninguna regla general para el cálculo de este valor.
Se considera de gran importancia antes de dar inicio a las obras, el estudio
del perfil estratigráfico del suelo donde se construirá el canal, para esto se
hacen perforaciones a lo largo del eje hasta una profundidad que va más allá
del fondo del canal en un metro como mínimo, las perforaciones pueden
hacerse como el “Auger Hole” o Barreno tipo holandés, uno cada 100 ó 200
metros, dependiendo de la longitud del canal.
Con la información obtenida en campo, se elabora el perfil estratigráfico o
textural
EQUIPO NECESARIO
𝟎𝟏 𝐭𝐮𝐛𝐨 𝐝𝐞 ∅ = 𝟐" 𝐲 𝐥𝐨𝐧𝐠𝐢𝐭𝐮𝐝 𝟏, 𝟎𝟎 𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨𝐬. 𝟎𝟏𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨 𝐨 𝐰𝐢𝐧𝐜𝐡𝐚. 𝟎𝟏 𝐫𝐞𝐜𝐢𝐩𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐩𝐞𝐪𝐮𝐞ñ𝐨 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐚𝐠𝐮𝐚. 𝟎𝟏 𝐫𝐞𝐜𝐢𝐩𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐜𝐨𝐧 𝐜𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝟐𝟎 𝐥𝐢𝐭𝐫𝐨𝐬. 𝟎𝟏 𝐫𝐞𝐥𝐨𝐣 𝐨 𝐜𝐫𝐨𝐧ó𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨.
PROCEDIMIENTO
1. Se excava una calicata
de 1,0 x 1,0 cuyo
fondo coincida con el
fondo del canal a
construir.
MÉTODO DE CAMPO:
2. Se excava un hueco de 30 cm
en el fondo de la calicata, se
retiran las piedras y otros
agentes extraños, para colocar
el tubo en posición vertical
dentro del hueco.
3. Se compacta el hueco
alrededor del tubo
apisonando el relleno muy
bien en capas de 10 cm.
4. Se llena el tubo con agua y
se deja 2 horas, tiempo que
se estima suficiente para
que el suelo alrededor del
extremo inferior del tubo se
sature.
5. Transcurridas las dos horas, se
vuelve a llenar el tubo y al cabo de
una hora se mide el descenso, la
operación se repite cada hora y el
ensayo termina cuando el
descenso se hace constante.
6. Por requerir un ensayo,
aproximadamente un día
entero (supuesto suelos
cohesivos) se recomienda
de efectuarlo al mismo
tiempo en 2 a 4 sitios.7. Cuando se presentan descensos
fuertes (mayores de 5 cm/hora)
reducir los intervalos a ½ y ¼ de
hora.
Cálculo de la Permeabilidad
El factor de permeabilidad, se calcula según la ecuación:
𝐾 =𝑄
5.5 × 𝑅 × 𝐻 × 𝑇Donde:
𝑄 = 𝑐𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒.𝑅 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑚.𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (100𝑐𝑚)𝑇 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠.
Cálculo de la Magnitud de la Infiltración
Según Darcy, ésta se calcula mediante la ecuación:
𝑞 = 𝐾 × 𝐼 × 𝐴Donde:
𝑞 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛𝑐𝑚3
𝑠𝑒𝑔.
𝐾 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔.
𝐼 = 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜 𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎, 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑟𝑠𝑒𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙, 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑐𝑎 𝑎 𝑢𝑛𝑜, 𝑠𝑖𝑒𝑚𝑝𝑟𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑎 𝑚ú𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙.𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑚2, 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 1 𝑚2𝑐𝑜𝑚𝑜 á𝑟𝑒𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑦 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑛𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝑡𝑒𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠:
Valores de Permeabilidad de Varios
Suelos
TIPO DE MATERIAL K (cm/seg)
Grava limpia 10
Arena Limpia Mezclada con grava 10-1 - 10-3 muy permeable
Arenas frías mezcladas con limo 10-3 - 10-5 poco permeable
Depósito de arcilla en estratos 10-5- 10-7 casi permeable
Arcilla Homogéneas 10-7- 10-9 impermeables
Los suelos con permeabilidad de 𝟏𝟎−𝟒 a
𝟏𝟎−𝟔 , son generalmente para canales
pequeños y aquellos con permeabilidad
menor a 𝟏𝟎−𝟔 son propios para canales
de cualquier longitud y magnitud.
DARVIS Y WILSON
Para estimar la pérdida en canales revestidos sugieren la siguiente
ecuación:
Donde:
𝑞 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑚3 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎.𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑚 .𝑃 = 𝑝𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 𝑚 .
𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑚 .
𝑣 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑚
𝑠𝑒𝑔.
𝐶 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜.
𝑞 = 0.45 × 𝐶 ×𝑃 × 𝐿
4 × 106 + 3650 𝑣× 𝐻 1 3
MÉTODO INDIRECTO DE FÓRMULAS EMPÍRICAS
EL BUREAU OF RECLAMATION
TIPO DE REVESTIMIENTO Y
ESPESOR
VALOR DE C
Hormigón 10 cm 1
Arcilla en masa 15cm 4
Asfalto Ligero 5
Arcilla 7.6 cm 8
Mortero de cemento y asfalto 10
Propone la siguiente ecuación llamada de Moritz
Esta fue aprobada en 8 distintos sistemas de canalización.
Donde:
𝑞 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 𝑠𝑒𝑔 𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙.𝑄 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑝𝑖𝑒𝑠3 𝑠𝑒𝑔 .
𝑣 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑝𝑖𝑒𝑠
𝑠𝑒𝑔.
𝐶 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.
𝑞 = 0.2 × 𝐶 ×𝑄
𝑉
TIPO DE SUELO VALORES DE C
Grava cementada y capa dura con franco arenoso 0.34
Arcilloso y franco arcilloso 0.41
Franco Arenoso 0.66
Cenizas volcánicas 0.68
Arena cenizas volcánicas o arcilla 1.20
Arenoso con roca 1.68
Arenoso con grava 2.20
La rugosidad depende del cauce y talud, dado a las paredes laterales del
mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y
obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra
se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado
uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido
difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en la
práctica constantemente se hará frente a un continuo cambio de rugosidad.
En conclusión, no siempre estará claro y no es un tema sencillo seleccionar
el valor definitivo de rugosidad, ni tampoco definir qué correcciones, se
deben introducir al valor inicialmente tomado, únicamente queda efectuar un
mantenimiento normal de manera que se pueda mantener el valor “n”.
Influencia del Mantenimiento
sobre la Rugosidad
Tabla 6: Influencia de la Rugosidad en
la Velocidad y Tirante del Flujo de Agua
n V (m/s) Y (m) A (m2)
0.025 0.54 0.82 1.84
0.033 0.43 0.94 2.25
0.050 0.32 1.18 3.25
Para:
- b=1.0
- Z=1.5
- S=0.0005
- Q=1.0 m3/seg
Tratándose de canales no revestidos, Cowan propuso la siguiente fórmula
para estimar el valor de rugosidad.
𝑁 = (𝑁0 + 𝑁1 + 𝑁2 +𝑁3 + 𝑁4)𝑁5
La cual puede ser usada en canales con un radio hidráulico menor de 4.5 m,
los valores de N se pueden obtener de la Tabla 7.
Tabla 7: Condiciones del Canal
y Valores Correspondientes de
“N” CONDICIONES DEL CANAL VALORES
MATERIAL EMPLEADO
Tierra
N0
0.020
Corte en Roca 0.025
Grava fina 0.024
Grava gruesa 0.028
GRADO DE
IRREGULARIDAD
Liso
N1
0.000
Menor 0.005
Moderado 0.010
Severo 0.020
VARIACIONES DE LA
SECCIÓN TRANSVERSAL
DEL CANAL
Gradual
N2
0.000
Variaciones ocasionales 0.005
Variaciones frecuentes 0.01 0.015
EFECTO RELATIVO DE
LAS OBSTRUCCIONES
Despreciable
N3
0.000
Menor 0.010 0.015
Apreciable 0.02 0.030
Severo 0.04 0.060
VEGETACIÓN
Bajo
N4
0.005 0.010
Medio 0.01 0.015
Alto 0.025 0.050
Muy Alto 0.05 0.100
GRADO DE SINUOSIDAD
Menor
N5
1.000
Apreciable 1.150
Severo 1.300
Tabla 8: VALORES DE n DADOS POR HORTON PARA SER
EMPLEADOS EN LAS FORMULAS DE KUTTER Y MANNING
SUPERFICIE CONDICIONES DE LAS PAREDES
PERFECTAS BUENAS MEDIANAMENTE
BUENAS
MALAS
Tubería fierro forjado negro comercial. .012 .013 .014 .015
Tubería fierro forjado galvanizado comercial .013 .014 .015 .017
Tubería de latón o de vidrio. .009 .010 .011 .013
Tubería acero remachado en espiral. .013 .015 .017
Tubería de barro vitrificado. .010 .013 .015 .017
Tubos comunes de barro para drenaje .011 .012 .014 .017
Tabique vidriado. .011 .012 .013 .015
Tabique con mortero de cemento; albañales de
tabique.
.012 .013 .015 .017
Superficies de cemento pulido. .010 .011 .012 .013
Superficies aplanadas con mortero de cemento. .011 .012 .013 .015
Tuberías de concreto. .012 .013 .015 .016
Tuberías de duela. .010 .011 .012 .013
ACUEDUCTOS DE TABLON:
Labrado .010 .012 .013 .014
Sin labrar .011 .013 .014 .015
Con astillas .012 .015 .016
Canales revestidos con concreto. .012 .014 .016 .018
Superficie de mampostería con cemento. .017 .020 .025 .030
Superficie de mampostería ceca. .025 .030 .033 .035
Acueductos semicirculares metálicos, lisos. .011 .012 .013 .015
Acueductos semicirculares metálicos
corrugados.
.0225 .025 .0275 .030
CANALES Y ZANJAS:
En tierra, alineados y uniformes. .017 .020 .0225 .025
En roca, lisos y uniformes. .025 .030 .033 .035
En roca, con salientes y sinuosos. .035 .040 .045
Sinuosos y de escurrimiento lento. .0225 .025 .0275 .030
Dragados en tierra. .025 .0275 .030 .033
Con lecho pedregoso y bordes de tierra
enhierbados.
.025 .030 .035 .040
Plantilla de tierra, taludes asperos. .028 .030 .033 .035
CORRIENTES NATURALES:
1) Limpios, bordos rectos, llenos, sin
hendeduras ni churcos profundos.
.025 .0275 .030 .033
2) Igual al (1) pero con algo de hierba y
piedra.
.030 .033 .035 .040
3) Sinuoso, algunos charcos y escollos,
limpio.
.033 .035 .040 .045
4) Igual al (3), de poco tirante, con
pendiente y sección menos eficiente.
.040 .045 .050 .055
5) Igual al (3), algo de hierba y piedras. .035 .040 .045 .050
6) Igual al (4), secciones pedregosas. .045 .050 .055 .060
7) Ríos perezosos, cauce enhierbado o con
charcos profundos.
.050 .060 .070 .080
8) Playas muy enhierbadas. .075 .100 .125 .150
Tabla 9: Valores de Rugosidad “n” de
Maningn Superficie
0.01 Muy lisa, vidrio, plástico, cobre
0.011 Concreto muy liso
0.013 Madera suave, metal, concreto
0.017 Canales de tierra en buenas condiciones
0.02 Canales naturales de tierra, libres de vegetación
0.025 Canales naturales con alguna vegetación y piedras
esparcidas en el fondo
0.035 Canales naturales con abundante vegetación
0.04 Arroyos de montaña con muchas piedras
Tabla 10: Taludes
Apropiados para Distintos
Tipos de Material
MATERIAL TALUD HORIZONTAL:
VERTICAL
Roca Prácticamente vertical
Suelos de Turba y Detritos 0.25:1
Arcilla Compacta o Tierra con
recubrimiento de concreto
0.5: hasta 1:1
Tierra con recubrimiento de piedra o tierra
en grandes canales
1:1
Arcilla firme o tierra en canales
pequeños
1.5:1
Tierra arenosa suelta 2:1
Greda arenosa o arcilla porosa 3:1
Tabla 11: Pendientes Laterales
en Canales Según Tipo de
Suelo
MATERIAL CANALES POCO
PROFUNDOS
CANALES
PROFUNDOS
Roca en buenas
condiciones
vertical 1/4 : 1
Arcillas compactadas
o conglomerados
0.5:1 1:1
Limos Arcillosos 1:1 1.5:1
Limos Arenosos 1.5:1 2:1
Arenas Sueltas 2:1 3:1
Concreto 1:1 1.5:1
La velocidad mínima permisible:
Es aquella velocidad mínima que no permite sedimentación, su valor es muy
incierto y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin
limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece al
crecimiento de las plantas; cuando se trata de canales en tierra, da el valor
0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no produce sedimentación y
además impide el crecimiento de la vegetación en el canal.
La velocidad máxima permisible:
Es algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia
local o el juicio Ingenieril. A continuación se dan varias tablas que son de
mucha ayuda en el diseño de canales.
TABLA 12: MAXIMA VELOCIDAD PERMITIDA SEGÚN FORTIER Y SCOBEY EN CANALES NO
RECUBIERTOS DE VEGETACION
MATERIAL DE LA CAJA DEL
CANAL
¨n¨
MANNING
VELOCIDAD(m/s)
AGUA
LIMPIA
AGUA CON
PARTICULAS
COLOIDALES
AGUA
TRANSPORTAND
O ARENA, GRAVA
O FRAG.
Arena fina coloidal 0.020 1.450 0.750 0.450
Franco arenoso, no coloidal 0.020 0.530 0.750 0.600
Franco limoso no coloidal 0.020 0.600 0.900 0.600
Limos aluviales, no coloidales 0.020 0.600 1.050 0.600
Franco consistente normal 0.020 0.750 1.050 0.680
Ceniza volcánica 0.020 0.750 1.050 0.600
Arcilla consistente muy coloidal 0.025 1.130 1.500 0.900
Limo aluvial, coloidal 0.025 1.130 1.500 0.900
Pizarra y capas duras 0.025 1.800 1.800 1.500
Grava fina 0.020 0.750 1.500 1.130
Suelo franco clasificado no
coloidal
0.030 1.130 1.500 0.900
Suelo franco clasificado coloidal 0.030 1.200 1.650 1.500
Grava gruesa no coloidal 0.025 1.200 1.800 1.950
Gravas y guijarros 0.035 1.800 1.800 1.500
TABLA 13: VELOCIDADES PERMISIBLES EN SUELOS NO
COHESIVOS (m/s)
MATERIAL DIAMETRO MEDIO
DE LAS
PARTICULAS EN
mm
PROFUNDIDAD MEDIA DE LA CORRIENTE EN METROS
0.40 1.00 2.00 3.00 5.00 más de 10
Polvo y limo 0.005-0.05 0.15-0.2 0.2-0.3 0.25-0.40 0.30-0.45 0.40-0.55 0.45-0.65
Arena fina 0.05-0.25 0.20-0.35 0.3-0.45 0.40-0.55 0.45-0.60 0.55-0.70 0.65-0.80
arena media 0.25-1.00 0.35-0.50 0.45-0.60 0.55-0.70 0.60-0.75 0.70-0.85 0.80-0.95
Arena gruesa 1.00-2.5 0.50-0.65 0.60-0.75 0.70-0.80 0.75-0.90 0.80-1.00 0.95-1.20
Gravilla fina 2.5-5.00 0.65-0.80 0.75-0.85 0.80-1.00 0.90-1.10 1.00-1.20 1.20-1.50
Gravilla media 5.00-10.00 0.80-0.90 0.85-1.05 1.00-1.15 1.10-1.30 1.20-1.45 1.50-1.75
Gravilla gruesa 10.00-15.00 0.90-1.10 1.05-1.20 1.15-1.35 1.30-1.50 1.45-1.65 1.75-2.00
Grava fina 15.00-25.00 1.10-1.25 1.20-1.45 1.35-1.65 1.50-1.85 1.65-2.00 2.00-2.30
Grava media 25.00-40.00 1.25-1.50 1.45-1.85 1.65-2.10 1.85-2.30 2.00-2.45 2.30-2.70
Grava gruesa 40.00-75.00 1.50-2.00 1.85-2.40 2.10-2.75 2.30-3.10 2.45-3.30 2.70-3.60
Guijarro fino 75.00-100 2.00-2.45 2.40-2.80 2.75-3.20 3.10-3.50 3.30-3.80 3.60-4.20
Guijarro medio 100.0-150.0 2.45-3.00 2.80-3.35 3.20-3.75 3.50-4.10 3.80-4.40 4.20-4.50
guijarro grueso 150.0-200.0 3.00-3.50 3.35-3.80 3.75-4.30 4.10-4.65 4.40-5.00 4.50-5.40
Canto rodado
fino
200.0-300.0 3.50-3.85 3.80-4.35 4.30-4.70 4.65-4.90 5.00-5.50 5.40-5.90
Canto rodado
medio
300.0-400.0 --- 4.35-4.75 4.70-4.95 4.90-5.30 5.50-5.60 5.90-6.00
Canto rodado
grueso
400.0-500.0 --- -- 4.95-5.35 5.30-5.50 5.60-6.00 6.00-6.20
TABLA 14: VELOCIDADES PERMISIBLES EN SUELOS COHESIVOS (m/s)
MATERIAL
PORCENTAJES
DEL CONTENIDO
DE PARTICULAS
PROFUNDIDADES MEDIAS DE LA CORRIENTE EN METROS
0.005
(mm)
0.005-
0.05
(mm)
Suelos poco
compactos, peso
volumétrico seco
hasta 1.66 T/m3
Suelos
medianamente
compactos, peso
volumétrico seco
1.2-1.66 T/m3
Suelos
compactos Peso
volumétrico seco
1.66-2.04 T/m3
Suelos muy
compactos.
Peso
volumétrico
seco 2.04-2.14
T/m3
0.4 1.0 2.0 3.0 0.4 1.0 2.0 3.0 0.41.
0
2.
03.0 0.4
1.
0
2.
0
3.
0
Arcilla, tierras 30-50 70-50 0.35 0.40.4
50.5 0.7
0.8
50.95 1.1 1
1.
2
1.
41.5 1.4
1.
7
1.
9
2.
1
Fuertemente
arcillosas20-30 80-70
Ligeramente
arcillosas10-20 90-80 0.35 0.4
0.4
50.5
0.6
50.8 0.9 1
0.9
5
1.
2
1.
41.5 1.4
1.
7
1.
9
2.
1
Suelos de aluvion
Arcillas margosas 0.6 0.7 0.8 0.85 0.8 11.
21.3 1.1
1.
3
1.
5
1.
7
Tierras arenosas 5-10 20-40 SEGÚN TABLA 13RESISTEN
CIA
PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS
Kg/cm2 0.5 1 3 5 10
50 9.6 10.6 12.3 13 14.1
75 11.2 12.4 14.3 15.2 16.4
100 12.7 16.0 16.0 17.0 18.3
150 14.0 18.0 18.0 19.1 20.6
200 15.6 20.0 20.0 21.2 22.9
Tabla 15: VELOCIDADES
MAXIMAS DE HORMIGON EN
FUNCION DE SU
RESISTENCIA
No existe ninguna regla fija que se puede aceptar universalmente para el cálculo
del borde libre, debido a que la fluctuación de la superficie del agua en un canal,
se puede originar por causas incontrolables. Las figuras a y b; y las tablas 16 y 17
son una guía para su cálculo; algunos autores lo estiman igual al 30% del tirante
normal como máximo y 5% como mínimo.
Fig. (a). Altura del Terraplén y Borde libre sobre la Superficie del Agua
Fig. (b). Bordes Libres
permitidos en canales
revestidos
TABLA 16: BORDE LIBRE EN FUNCION
DEL CAUDAL
GASTO (m3/s) REVESTIDO(cm) SIN REVESTIR(cm)
≤ 0.05 7.50 10.00
0.05-0.25 10.00 20.00
0.25-0.50 20.00 40.00
0.50-1.00 25.00 50.00
˃ 1.00 30.00 60.00
TABLA 17: BORDE LIBRE EN FUNCION
DE LA PLANTILLA DEL CANAL
ANCHO DE LA PLANTILLA (m) BORDE LIBRE (m)
Hasta 0.8 0.4
0.8-1.5 0.5
1.5-3.0 0.6
3.0-20.0 1.0
Debido al alto costo de los canales revestidos
estos suelen diseñarse a máxima eficiencia
siendo el máximo declive de los taludes de
1:1,5 cuando solo trata de canales grandes y
1:1 para el caso de canales pequeños.
Tratándose de canales revestidos de concreto, es indispensable
que el terreno donde se construirá revestimiento deba tener
firmeza, ya que de esta manera se reduce la posibilidad de dietas o
roturas por asentamiento de subsuelo. Se debe tener conocimiento
del terreno de fundación a lo largo del eje del canal y en toda su
longitud.
Cuando se trata de un revestimiento de concreto sobre arcillas
expansivas existen tantas maneras de evitar los daños probables.
El peor problema para los diseñadores, es decidir cuándo y en qué
medida son necesarias las medidas preventivas contra los suelos
expansivos, cuando el peligro es obvio no hay problema, es en los
casos que están en la incertidumbre de un hinchamiento potencial
allí está el reto. Pues todos los métodos de preocupación
aumentan el costo, la decisión de no tomar precauciones tomarlas
al mínimo o del todo es el aspecto más difícil en este complejo
asunto.
INDICE DE
PLASTICIDAD (I.P)
GRADO DEL
PROBLEMA
0-14 No critico
14- 25 Marginal
25-40 Critico
Más de 40 Altamente Critico
Las pruebas del (I.P) son una herramienta
económica muy usada para indicar el
problema expansivo de los suelos.
Finalmente debemos decir que el índice de plasticidad (I.P) es el primer
indicador de suelos expansivos y cuando está relacionado con el porcentaje de
arcilla en la muestra también es un indicador del grado del problema. Elvin F.
Henry, hizo un inventario de 151 pruebas resultantes de muchos lugares en los
Estados Unidos y Hawái; y aunque las pruebas del I.P son un estimado nos
indican lo siguiente:
Cuando se construyen los canales revestidos en terrenos donde el
nivel freático alcance una altura superior al fondo del cauce del canal,
la presión hidrostática externa contra el revestimiento puede
levantarlo o agrietarlo, principalmente cuando el canal este vacío o el
nivel de agua dentro del sea menor al nivel freático, estos se ubican
tanto en el fondo como en los taludes.
Los DRENES o “LLORADORES” sirven para aliviar la presión
hidrostática de agua subterránea o nivel freático que se acumula
detrás del revestimiento del canal, evitando que lo levante o agriete,
principalmente cuando el canal está vació o leve poco caudal.
Estos DRENES son huecos de = 1” – 2” que se perforan en el fondo
y taludes del canal revestido, descargando directamente al canal.
La distancia vertical entre filas de lloradores debe ser ó - 1.50 m y
la separación entre llorador y llorador de una misma fila es 10 m.
Según KRAATZ: El distanciamiento de estos drenes pueden ser de 3
a 6 mts.
Sistema de drenaje
para proteger un
revestimiento de
ladrillo en suelo de
poca permeabilidad
No existe una regla en general que fije el espesor de los revestimientos de
concreto; sin embargo se puede usar un espesor de 5 cm. A 7.5 cm. Para
canales pequeños y medianos y de 7.5 a 10 cm. Para canales medianos y
grandes siempre que los canales sean sin armadura. Y también tiene
dependencia de los siguientes factores:
PROPIEDADES DEL SUELO
TOPOGRAFÍA
NIVEL DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS
EL APROVECHAMIENTO DE LA TIERRA Y USOS SISTEMAS DE RIEGO
EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO
ESTANQUEIDAD
DURACIÓN
DISPONIBILIDAD DE MATERIALES DE CONSTRUCCION
DISPONIBILIDAD DE MANO DE OBRA Y MAQUINARIA
COSTO Y ASPECTOS FINANCIEROS
JUNTAS
JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN
Son aquellas que se colocan debido a la interrupción de los trabajos, es común hacerlas coincidir con los otros tipos de
juntas.
JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN
TRANSVERSALES
Se instalan para prevenir el agrietamiento transversal debido a la disminución de volumen del concreto por
cambios de temperatura y pérdida de humedad al curarse; la separación entre ellas no debe exceder los 5 m.
JUNTAS DE CONTRACCIÓN
LONGITUDINALES
Sirven para prevenir el agrietamiento longitudinal en canales, cuyo perímetro de revestimiento es igual o mayor
a 9 m. Y se espacian entre sí de 2,5 a 4,5 m
JUNTAS DE DILATACIÓN O
EXPANSIÓN Se instalan cuando el canal entra en contacto con estructuras fijas.
El autor recomienda para este tipo de juntas y tratándose revestimientos sin armadura, los siguientes
espaciamientos:
Espesor (CM) Separación entre juntas
(m)
5 a 7,5 2,5 a 3,5
7,5 a 10,0 3,5 a 4,0
La Sociedad Americana de Ingenieros agrícolas citada por kraatz,
recomienda las dimensiones de la tabla 18, según la Figura.
TABLA 18: DIMENSIONES DE LA SECCIONES
TRAPEZOIDALES NORMALIZADAS
SECC. z a b c e. min e. máx. R
A1 1.1 14,07 12,00 4,00 15,00 30,00 9,0
A2 1:1 26,07 24,00 4,00 15,00 30,00 18,00
B2 1,5:1 25,51 24,00 6,00 24,00 48,00 18,00
B3 1,5:1 37,51 36,00 6,00 27,00 54,00 18,00
B5 1,5:1 49,51 48,00 6,00 33,00 66,00 18,00
B6 1,5:1 61,51 60,00 6,00 36,00 72,00 18,00
1,5:1 73,51 72,00 6,00 42,00 84,00 18,00
La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es:
𝑄 =1
𝑛𝐴𝑅 2 3𝑆 1 2
Donde:
Q = Caudal (m3/s)
n = Rugosidad
A = Área (m2)
R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda / Perímetro húmedo
Tabla 19: Relaciones
Geométricas
De Las Secciones Transversales
Más Frecuentes
Algunos canales presentan rugosidades
distintas en los diferentes tramos del
perímetro húmedo, en este caso aplicamos
la fórmula de Manning con la hipótesis de
que la velocidad será única en todos los
elementos del área, es decir si
𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3… . 𝑉𝑛
CASO A:
Se tiene:
Dónde:
𝑛 =Valor de rugosidad único para todo el perímetro
𝑃1 =Perímetro en la sección del área 𝐴1𝑛1 =Rugosidad en la sección del área 𝐴1𝑃2 =Perímetro húmedo en la sección del área 𝐴2𝑛2 =Rugosidad en la sección de área 𝐴2𝑃 =Perímetro húmedo total
n =𝑃1 𝑛1
1.5 + 𝑃2 𝑛21.5 +⋯𝑃𝑛 𝑛𝑛
1.5 2 3
𝑃 2 3
CASO B:
Cuando la forma de la sección transversal del canal no permite por lógica
suponer que la velocidad sea única en todos los elementos del área, la
rugosidad se estima mediante la fórmula:
𝑛 =𝐴 5 3
𝑃 4 3×
1
𝐴1 5 3
𝑛1 𝑃1 2 3+
𝐴2 5 3
𝑛2 𝑃2 2 3+
𝐴𝑛 5 3
𝑛𝑛 𝑃 2 3
En los dos casos cuando se ha obtenido el valor de n, este se introduce en la
fórmula de Manning para el cálculo en la sección total.
EJERCICIOS
EJERCICIO 1:
Calcular el tirante critico en un canal rectangular, con una
plantilla de fondo b= 3m, por donde fluye un caudal Q= 6
m3/s.
3 m
Yc
EJERCICIO 2:
En un canal de sección trapezoidal con una plantilla b = 3 m
y taludes con inclinación z= 1.5 circula un gasto Q = 9 m3/s.
se pide calcular:
El tirante critico
Yc
La velocidad critica
La energía especifica mínima
El numero de Froude. Yc
3 m
Z=1.5
EJERCICIO 3
Se tiene un canal trapecial revestido en tierra en
regulares condiciones de conservación. El ancho en la
base es de 4 m. El talud de 45°. La longitud de canal
entre los puntos A y B es de 1 000 m. La cota del punto
A es 836,5 m y la cota del punto B es 835,8 (ambas
cotas están medidas en la superficie libre). El gasto es
de 8 m3/s. Calcular el tirante normal.
EJERCICIO 4
Hallar el tirante crítico para un canal de 10 m3/s en un canal
trapecial cuyo ancho en la base es de 0,50 m. El talud es 3.
Yc
0.5 m
Z=3
EJERCICIO 5:
La sección obtenida topográficamente en el canal que
se muestra en la figura se tiene: n1 = 0.035 y n2 =
0.050. Calcular el caudal que fluye por dicha sección si
al pendiente es de 1 °/ 00
2.10
Z=1.5
4.5
0.6Z=0.75
3.5 2.25 2.8 3.15
Z=1.5
A1A2
EJERCICIO 6:
Un canal tiene un caudal de 10 m3/ s, una pendiente de
0.001 se se le quiere revestir de concreto con taludes
1:1, determinar el tirante y la plantilla para condición
de máxima eficiencia hidráulica
Y nZ=1
b
GENERALIDADES
PROYECTO DE IRRIGACIONY/O
MEJORAMIENTO DE RIEGO
Planificación del trazo y diseño
CANALES DE CONDUCCION
CANALES DE DISTRIBUCIÓN
OBRAS CONEXAS
CONSIDERACIONES PREVIAS
CANALES DE RIEGO
Según funcionalidad
CANAL DE PRIMER ORDEN
CANAL DE SEGUNDO ORDEN
CANAL DE TERCER ORDEN
CANAL DE PRIMER ORDEN
Llamado también canal Principal: Madre o dederivación
Es trazado con pendiente mínima
EJEMPLOS:
CANAL TAYMI – PROYECTO TINAJONES CANAL MADRE – PROYECTO CHAVIMOCHIC
CANAL DE SEGUNDO ORDEN
Llamados también Laterales 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
EJEMPLOS:
CANAL TÚCUMECANAL MOCHUMÍ
CANAL DE TERCER ORDEN
Llamados también Sub Laterales Nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es
repartido hacia los propietarios individuales a través de lastomas de granja
El área de riego que sirve de un sub-lateral se conoce comoUNIDAD DE ROTACIÓN
CONSIDERACION PRELIMINARES
Es necesario recopilar la siguiente información básica:
Se efectuará un análisis de los antecedentes o historia del proyecto
Elementos; topográficos, geológicos, geotécnicos, hidrológicos, hidráulicos, ambientales, agrológicos, entre otros.
Fotografías aéreas, imágenes satelitales, 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.
CONSIDERACION PRELIMINARES
Es necesario que se conozcan algunos detalles
1• Volumen de agua que se ha de conducir
2• Probable longitud del canal
3.• Limitaciones económicas para la construcción del canal
4• Probables formas de captación de la fuente
5• Tipo de canal
CONSIDERACION PRELIMINARES
Fuentes de información disponibles en el Perú
El Archivo Técnico de las Unidades Agrarias
Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA)
Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología e Hidrología (SENAMHI)
Oficina Nacional de Planificación
Instituto Geográfico Militar (IGM)
Proyecto Nacional Manejo de Cuencas Hidrográficas (PRONAMACH)
Direcciones Generales del Ministerio de Agricultura
Proyectos Hidráulicos Especiales
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Se recorre la zona, anotándose todos
los detalles que influyen en la
determinación de un eje probable
de trazo se trata de localizar laposible posición de laruta que ha de seguir elcanal, determinándoseel punto inicial y final delcanal, debiendoanotarse lascaracterísticas mássobresalientes delterreno
Luego de este reconocimiento se podrá contar con
algunas decisiones, tales como si se ha de trabajar a pendiente
fija o a pendiente variable; longitud de tramos en laderas o
en suelo llano.
Eclímetro, brújula, altímetro, wincha, jalones, etc.
Clavar en elterreno las estacasde la poligonalpreliminar o deapoyo, fijando unpunto de partida(entrega o decaptación)
Debe monumentarse el BM principal y los
BN (Bancos de Nivel) c/Km.
Posteriormente se NIVELARÁ la poligonal referido al BM principal.
Se hará ellevantamiento dela poligonalabierta conTeodolitoorientado al NM.
ESQUEMAS REFERENCIALES PARA EL TRABAJO DE CAMPO
Poligonal de apoyo
ESQUEMAS REFERENCIALES PARA EL TRABAJO DE CAMPO
Poligonal Abierta:
1. ESCALAS DE REPRESENTACION:
Especificaciones Técnicas del Proyecto
Representatividad del terreno
2. PLANO A CURVAS DE NIVEL
Las curvas de nivel deben guardar una equidistancia de 50 cm (a veces 1m).
3. TRAZO PRELIMINAR:
4. SEÑALIZACIÓN DE OBRAS HIDRÁULICAS:
5. POLIGONAL ABIERTA:
Se realiza en el gabinete con los datos obtenidos, sirve para efectuar la localización definitiva del canal, con algunas modificaciones por motivos locales.
El método más usado EL DE DEFLEXIONES.
El trazo definitivo (Poligonal de PI) no debe alejarse del trazo preliminar, se buscara siempre la mayor longitud de los tramos rectos (tangentes) disminuyendo el Nº de P.I., los ángulos deben ser los mas obtusos posibles, con el propósito de evitar el desarrollo excesivo del canal, y posteriormente mucho corte o relleno.
En zonas de laderas debe tenerse mucho cuidado; tendiendo solamente a tenercortes.
Sobre este trazo se calculan los datos necesarios para el replanteo.
CURVAS HORIZONTALES EN EL TRAZO DE CANALES
Circular simple:
Circular inversa:
Circular compuesta:
ELEMENTOS DE UNA CURVA
TRAZO DE CURVAS CALCULADAS:
Determinando PC y PT se levantan las perpendiculares y en la intersección de
ambas se encuentra el centro de curva, luego con radio entre el centro de curvatura
y el PC se traza la curva.
El trazo definitivo consiste en la unión de los tramos rectos y curvos demarcando
necesariamente PC, PI, PT, R y Ɵ (Ver esquema).
PERFIL LONGITUDINAL
Se construyen 2 ejes perpendiculares: el horizontal designado a
distancias longitudinales y el vertical a distancias verticales o Alturas.
Se debe elegir una escala horizontal y una vertical.
Recomendación: H/V: 1/10, 1/20, es decir:
Esc. Horiz. 1: 1000, ó 1: 2000
Esc. Vertc. 1: 100, ó 1: 200
Siguiendo el trazo definitivo se deben conseguir 2 datos (cada 20 o 50 m).
distancia recorrida y su respectiva cota.
Consiste en unir el punto inicial del perfil trazado con el punto final en valor
de COTAS, considerando las pendientes empleadas en diferentes tramos
o si fue una pendiente uniforme.
Para el trazo de rasante de fondo (plantilla) considerar las cotas de
plantillas y luego trazar de la manera anterior.
RASANTE
El proyectar con acierto la sección transversal de un canal es unasituación delicada, a la cual el ingeniero debe dedicar la máximaatención.
Las secciones transversales consisten en dibujar sobre un eje verticallas alturas y sobre otro horizontal la ubicación de la esas alturas, (pormedio de distancias). en donde se tendrá como punto de intersecciónde los ejes, la ubicación de un material en el terreno especifico en elplano.
SECCIONES TRANSVERSALES
I. GENERALIDADES II. SU USO
III. VENTAJAS Y
DESVENTAJAS
IV.FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO
TÚNELES A GRAVEDAD
TÚNELES A PRESIÓN
FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICA DE TÚNELES
TÚNEL TRASANDINO PROYECTO OLMOS
TÚNEL LLAUCANO ( II ETAPA PROYECTO
TINAJONES )
V. CONSTRUCCIONES TÉCNICAS
• El trazo de un túnel debe
seguir la distancia más corta.
• Evitar las zonas de roca
meteorizada, descompuesta
o agrietada.
• Tiempo de construcción.
• Costo del transporte de los
materiales escavados
V. SECCIÓN HIDRÁULICA
FORMAS
• Geología. • Mecánica de
suelos y rocas.• Procedimiento
constructivo.
DIMENSIONES MÍNIMAS
Además de satisfacer condiciones hidráulicas
y estructurales, los túneles deben tener
dimensiones mínimas que permitan colocar la instalaciones (tubo de
ventilación, tuberías de agua, etc.).
• 1.80 m x 1.80 m (Equipos de perforación pequeños)
• 2.44 m x 2.44 m (Maquinas Excavadoras)
VELOCIDADES RUGOSIDADES
TÚNELES A FLUJO LIBRE
TÚNELES A PRESIÓN
Caudales constantes:𝑉 = 1.5 − 2.5 𝑚/𝑠
Caudal variable:𝑉 = 2.5 − 4.5 𝑚/𝑠
Velocidad: V = 2.5 − 4.5 m/s
El coeficiente derugosidad
𝑛 = 0.013 − 0.017
VI. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS
DE TÚNELES EN EL PERÚ.
PROYECTO COLCA - HUAMBOS (PROYECTO MAJES)
Características Hidráulicas
Q (m3/s) 34.00
V (m/s) 3.24
A (m2) 10.50
d (m) 3.06
D (m) 4.20
S (%0) 1.50
n 0.014
e(m) 0.20
L (km) 88.00
PROYECTO INTERCUENCAS (PROYECTO CHAVIMOCHIC)
Características Hidráulicas
Q (m3/s) 78.00
V (m/s) 3.76
A (m2) 20.75
d (m) 4.36
D (m) 5.32
S (%0) 1.45
n 0.014
e(m) 0.40
L (km) 10.05
TÚNEL TRASANDINO (PROYECTO OLMOS)
Características Hidráulicas
Q (m3/s) 90.80
V (m/s) 4.97
A (m2) 18.27
d (m) 4.80D (m) 4.80S (%0) 1.23-2.2
n 0.014
e(m) 0.20 – 0.50
L (km) 19.20
TÚNEL LLAUCANO (PROYECTO TINAJONES II)
CaracterísticasHidráulicas
Q (m3/s) 20.00
V (m/s) 2.85
A (m2) 6.69
d (m) 2.45D (m) 3.40S (%0) 2.25
n 0.017
e(m) 0.25
L (km) 16.08
VII. TÚNELES IMPORTANTES EN EL MUNDO.
TÚNEL BELLEDONE (ARC – ISERE, FRANCIA)
• Longitud: 18.20 km• Diámetro: 5.80 m• Temperatura máxima:
35°C• Cobertura: 2.0 km
EUROTÚNEL (FRANCIA – INGLATERRA)
• Une Francia y Gran Bretaña, bajo el canal de la mancha.
• Situado bajo 240 m sobre el nivel del mar en su punto más profundo.
• Túnel ferroviario de 50 km por cada túnel gemelo.
• Diámetro: 7.60 m• Costo: 15 Billones de
Dólares.
TÚNEL SIMPLON (ITALIA - SUIZA)
• Une el trafico ferroviario entre Italia y Suiza.
• Longitud: 20 km
VII. EXCAVACIONES
GENERALIDADES
La construcción de túneles requiere de
conocimiento y experiencias adicionales
a las excavaciones en superficie
El empleo de equipos y maquinarias es muy variable y depende de la geología y geotecnia del terreno, longitud y sección del túnel.
En túneles cortos (1 – 1.5 km), resulta económico usar una sola pendiente.
En túneles largos, mayor de 12 km, se ejecuta por dos frentes y en contrapendiente.
METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES
PERFORACION Y
VOLADURA
EXCAVACION A SECCCION COMPLETA CON TBM
METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES
EXCAVACIÓN EN
PORTALES
TIPOS DE ROCAS A EXCAVAR
Denominación Americana
TIPO I O ROCA DURA
RQD =75 – 100%
TIPO II O ROCA FRACTURADARQD =50 – 75%
TIPO III O ROCA TRITURADA
RQD =25 – 50%
TIPO IV O ROCA DESCOMPUESTA
RQD < 25 %
CICLO DE LA EXCAVACIÓN
MARCACIÓN DEL FRENTE
PERFORACIÓN CARGA DE DISPARO
VENTILACIÓN DESATE LIMPIEZA
CICLO DE TRABAJOS EN TÚNELES
VIII. SOSTENIMIENTOS
SOSTENIMIENTO ACTIVO DE ROCA
SOSTENIMIENTO PASIVO DE ROCA
VIII. REVESTIMIENTOS
El espesor de revestimiento esta relacionado con el
diámetro escavado y se recomienda los
siguientes:
• Roca sana:e = 0.15 - 0.20 m. Roca fracturada:e = 0.20 - 0.30 m.Roca triturada:e = 0.30 - 0.40 m.Roca descompuesta:e = 0.40 - 0.50 m
VIII. REVESTIMIENTOS
• Encofrado• Preparación y
vaceado de concreto.
• Perforaciones e inyecciones
