Manuel Vicente HERQUINIO ARIASEspecialidad HIDRAULICA HIDROLOGIA.Ingeniero MECANICO DE FLUIDOS.Estudios de Maestra en Ingeniera Hidrulica Computacional.

Un canal abierto tiene una superficie en contacto con la atmosfera estructuras construidas o naturales, ros, arroyos, las canaletas, el flujo del fluido, se debe a la gravedad.

DISEO DE CANALES

Los canales no erosionables se construyen por las siguientes cinco razones:

1. Permitir el transporte de agua a altas velocidades a travs de terreno con excavaciones profundas o difciles en forma econmica. 2. Permitir el transporte de agua a alta velocidad con un costo reducido de construccin. 3. Disminuir la infiltracin, conservando el agua y reduciendo la sobrecarga en los terrenos adyacentes al canal. 4. Reducir el costo anual de la operacin y mantenimiento. 5. Asegurar la estabilidad de la seccin transversal del canal. DISEO DE CANALES

El diseo de un canal involucra la seleccin y equilibrio de los distintos parmetros hidrulicos, geomtricos y condiciones del suelo como:Canales de lecho NO erosionable.Canales de lecho erosionable.MaterialPendienteTaludMargen libreVelocidad.DISEO DE CANALES

DISEO DE CANALES NO EROSIONABLES

Rugosidad En las ecuaciones del flujo uniforme para canales, el material de las paredes del canal tiene un rol muy importante, es el que magnifica en la mayor o menor aspereza de dicho material, adoptando para el diseo la ecuacin de Manning. El que incluye el Coeficiente de Manning n para distintos materiales del revestimiento.

DISEO DE CANALES NO EROSIONABLES

Coeficientes de rugosidad de Manning n .2CANALES REVESTIDOS DE CEMENTOMINIMONORMALMAXIMO2.1 SUPERFICIE PULIDA0.010.0110.0132.2 SUPERFICIE DE MORTERO0.0110.0130.015

Pendiente y Talud del Canal. La pendiente longitudinal del canal depende de la topografa y de la cota de partida y llegada destino.Los taludes de la seccin del canal dependen del ngulo de reposo del material.

Tabla de valores de taludes (pendiente lateral), para diferentes clases de materiales.

DISEO DE CANALES NO EROSIONABLES

En la determinacin de la seccin transversal de los canales resulta siempre necesario dejar un desnivel entre la superficie del agua para el tirante, Y, o profundidad normal y la superficie del terreno o corona de los bordes como margen de seguridad denominado borde libre, BL.BORDE LIBRE EN CANALES

No existe una regla para el clculo del borde libre, pues la accin de las ondas o fluctuaciones en la superficie del agua en un canal puede crearse por muchas causas incontrolables como el movimiento del viento y la accin de las mareas, tambin pueden inducir ondas altas que requieren una consideracin especial en el diseo.Una prctica corriente para canales en tierra, es dejar un borde libre o resguardo igual aun tercio del tirante, es decir: B.L. = d/3.Mientras que para canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta parte del tirante: B.L. = d/5BORDE LIBRE EN CANALES

El Manual de Pequeas Presas, en aliviaderos de presas de la USBR, en flujo subcrtico, propone un BL :

El valor mnimo de Bl es de 0.30m y el valor mximo es de 0.60m.

Para caudales mayores que da:

Si es rgimen de torrente o supercrtico:

Bl en metrocaudal en m3/s.BORDE LIBRE EN CANALES

En relacin al caudal se tiene:

En relacin al ancho de solera se tiene:

BORDE LIBRE EN CANALES

Caudal m3 /segBorde Libre (m) Menores que 0.50.3 Mayores que 0.50.4

Ancho de solera (m)Borde Libre (m)Hasta 0.80.4De 0.80 a 1.500.5De 1.50 a 3.000.6De 3.00 a 20.001

Velocidad. La velocidad deber ser tal que no permita la sedimentacin del material en suspensin limitndose con la Velocidad mnima permisibles.Las velocidades mayores que los valores mximos permisible modifican las rasantes y crean dificultades al funcionamiento de las estructuras que tenga el canal .A la inversa, los problemas de sedimentacin ocasionado por las bajas velocidades demandan mayores gastos de conservacin, por que se embarcan y disminuye su capacidad de conduccin.

Velocidad mnima permisible o velocidad no sedimentante.

DISEO DE CANALES NO EROSIONABLES

La mejor seccin hidrulica:Es aquella seccin del canal que tiene el menor permetro mojado para un rea dada y tiene el transporte mximo. Una seccin del canal debe ser diseada para la mejor eficiencia hidrulica pero debe ser modificada para su mejor practicabilidad. Con esto se logra un rea de mnima excavacin.

DISEO DE CANALES NO EROSIONABLESSECCION HIDRAULICA

CRITERIOS PARA EL TRAZADOEl criterio que dirige el trazado de los canales o tneles y la seleccin de una u otra posibilidad es el de conseguir la mayor eficiencia hidrulica y seguridad de las obras con el menor costo.El trazado de trabajo es similar a la que se realiza para carreteras, con la principal diferencia de que la pendiente longitudinal de un canal debe ser siempre positiva (bajando en la direccin del movimiento del agua) y puede variar solo dentro de ciertos limites.

CRITERIOS PARA EL TRAZADOPor lo general, el sitio de la iniciacin de la utilizacin del agua, como tanque de presin (Riego por Aspersin y/o goteo), comienzo de la zona de riego, etc. Esta establecida y desde all se traza la lnea de gradiente hacia el rio para determinar la ubicacin de las obras de toma.La gradiente del canal es forzosamente menor que la del rio y mientras menor es la primera, mas larga resulta la longitud del canal y mayor el costo. A la inversa, un canal disminuye de seccin y consiguientemente de costo con el aumento de la gradiente.

REVESTIMIENTO EN CANALES.-

REVESTIMIENTO EN CANALES.-

REVESTIMIENTO EN CANALES.-

Si se traza la lnea del canal desde la toma hasta el sitio donde se utilizara el agua, siguiendo las lneas de nivel del terreno y descendiendo el numero de metros por kilometros que da la gradiente escogida, se puede obtener un resultado sumamente tortuoso, que puede tener una longitud dos o tres veces mayor que la lnea recta que une los dos puntos.Por eso debe estudiarse la posibilidad de rectificar la alineacin acortando su longitud por medio de tneles, acueductos, rellenos u otros tipos de obras. En cada caso es necesario comparar el costo de las distintas alternativas.CRITERIOS PARA EL TRAZADO

Los tneles se construyen cuando representan una solucin mas econmica o mas estable que un canal abierto. Si la pendiente transversal del terreno es muy fuerte (45 o mas), entonces el volumen de excavacin de la plataforma se hace tan grande que resulta mas econmica hacer un tnel.Tambin cuando el canal debe contornear una loma muy pronunciada, muchas veces se puede reducir considerablemente la longitud por medio de un tnel que atraviesa la loma de un lado a otro.El tnel se construye cuando la longitud de recorrido de un canal es mayor a 2.5 longitud del tnel.CRITERIOS PARA EL TRAZADO

Al comparar los costos de un canal con un canal, es necesario tomar en cuenta no solo las inversiones, sino tambin los tiempos de construccin.Un tnel puede costar mucho menos que un canal, pero su construccin tendr un avance de 1 metro hasta 5 metros por un da, lo cual si tiene gran longitud demorara mucho tiempo en completarse.CRITERIOS PARA EL TRAZADO

Para el replanteo de las curvas horizontales es necesario determinar el radio de curvatura mnimo, de acuerdo al diseo elegido. Se recomienda que varias entre los siguientes valores:Rc 10d ~ 15dy/o Rc 3B ~ 5B

En el caso de canales con flujos de velocidades altas ser necesario calcular la mayor elevacion que se produce por el cambio de direccin en el lado exterior de la curva, lo cual obliga a aumentar el borde libre en la pared exterior del canal.RADIOS DE CURVATURA MINIMOS

SECCION TRANSVERSALAl realizar el diseo de un canal, generalmente son dados el caudal Q que se desea conducir y la gradiente de la que se dispone y que puede variar dentro de ciertos limites. Tambin se conoce el coeficiente de rugosidad que depender del tipo de revestimiento que se escoja.

El rea mojada se calcula en funcin de la velocidad aceptable en el canal. Esta generalmente varia de 0.60 m/s y 3 m/s para evitar la sedimentacin y la erosin. La forma de la seccin optima, hidrulicamente hablando, es aquella que con su superficie mojada mnima, conduzca el caudal mximo. La seccin que tiene las mejores caractersticas hidrulicas es semicircular pero es relativamente difcil de construir y generalmente carece de estabilidad. Por este motivo la forma de seccin mas usada en canales es la trapezoidal. SECCION TRANSVERSAL