diseÑo de canales

7/18/2019 DISEÑO DE CANALES

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CANALES

Ing. Washington Sandoval E., Ph.D.

2015



CANALES

CANALES POR SU FUNCIÓN• RIEGO• DRENAJE• CONDUCCIÓN• DERIVACIÓN• TRASBASE• TRANSPORTE FLUVIAL• HIDROELÉCTRICOS• DESCARGA• PISCICOLA (ESCALERA DE PESCES)• OTROS



• NATURAL• RECTANGULAR• TRAPEZOIDAL (TRAPECIAL)• TRIÁNGULAR• POLIGONAL• CIRCULAR• PARABOLOIDE• OTROS

POR LA FORMA DE LA SECCIÓN



POR SU CAPACIDAD

• ACEQUIA Q < 0,5 m³/s

• CANAL PEQUEÑO Q = 0,5 a 2,5m³/s

• CANAL MEDIANO Q = 2,5 a 5m³/s

• CANAL GRANDE Q = 5 a 25 m³/s

• CANAL MUY GRANDE Q = 25 a 50 m³/s

• CANAL EXTRA GRANDE Q = 50 a 250 m³/s

• CANAL SUPER GRANDE Q = 250 a 500 m³/s

• MEGA CANAL Q > 500 m³/s



OTRAS CLASIFICACIONES

• PRIMARIOS, SECUNDARIOS Y TERCIARIOS

• PENDIENTE SUAVE Y PRONUNCIADA

•

PENDIENTE POSITIVA, HORIZONTAL YADVERSA

• PERMANENTES Y TEMPORALES

•

PRISMÁTICOS Y NO PRISMÁTICOS• REVESTIDOS Y NO REVESTIDOS

• OTROS



PARÁMETROS DE UN CANAL

ctgβi = mi



ETAPAS DEL DISEÑO DE CANALES• Reconocimiento del terreno.- Se determina el punto inicial y el punto

final. Se recorre la zona, anotando todos los detalles que influyen en ladeterminación de un eje probable de trazo.

• Trazo preliminar.- Se procede a realizar el levantamiento topográfico dela zona, clavando en el terreno estacas de la poligonal preliminar. Luegose nivela la poligonal y se continúa con el levantamiento de lassecciones transversales, con el siguiente criterio: Realizar las seccionescada 5 m para un terreno con alta variación de relieve y cada 20 m si elterreno es relativamente plano.

• Trazo definitivo.- Con los datos del trazo preliminar se procede al trazo

definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende de latopografía de la zona y de la precisión que se desea:

- Escala de 1:500 para terrenos con pendiente transversal mayor al25%.

- Escalas de 1:1000 a 1:2000. para terrenos con pendiente menor a 25%.



DISEÑO DE CANALES• 1) La ruta más conveniente a seguirse se marca en los planos

topográficos, buscando en general las partes más altas quepermitan dominar la mayor superficie posible de las tierraspor regar.

• 2) Cuando la zona de riego queda distante de la obra decaptación, se hacen varias alternativas de rutas posibles; al

canal inicial principal se le denomina tramo de conducciónprimario o muerto.• 3) Para canales en ladera, la cubeta por seguridad del canal,

deberá ir totalmente enterrada para que esté en terrenofirme. Además, hay que dejar una berma o banqueta lo

suficientemente ancha, que tiene como fin maniobrar en laconstrucción y posteriormente la operación y mantenimientodel mismo.

• 4) La superficie libre del agua debe dominar los terrenos deriego, de manera que las tomas principales y las tomas

laterales tengan carga suficiente desde el inicio.



ELEMENTOS DEL CANAL



• 5) El canal principal se localiza fijando la elevación de la superficie

libre del agua en el sitio de derivación propuesto, se considera laelevación de los terrenos de riego en su inicio y en su parte másalejada, determinando entre estos el desnivel, se establece undesarrollo aproximado y se determina una pendiente media.

• 6) Con la pendiente y con la elevación de la superficie libre del aguapropuesta, se va localizando el eje del canal siguiendo una curva denivel. Se toma en cuanta, de manera aproximada, las pérdidas decarga con el desnivel necesario.

• 7) Para cuando el canal cruce un arroyo o accidentes donde serequiera construir estructuras: puentes canal (canoas), sifones,rápidas, caídas, se debe indicar en el esquema preliminar del

proyecto, para que se tome en cuenta en el análisis económicocomparativo.• 8) Se deben considerar los estudios geológicos para guiarse en la

localización del canal y que quede en las mejores condiciones deseguridad y estabilidad, así como definir los taludes másconvenientes que debe tener el canal.

DISEÑO DE CANALES



CANAL CHONGON-PLAYASECUADOR



•

9) Con el trazo definitivo, para conocer las condiciones geológicas de lazona, se realizan pozos de prueba cada 500 m en el área de riego y cada200 m en el canal principal. Se realizarán pruebas de permeabilidad enel eje del canal para determinar si es necesario diseñar unrevestimiento.

• 10) Se debe considerar en la parte final del canal un arroyo, río o drende modo que se pueda descargar los caudales excedentes o noutilizados.

• 11) Para el control de la línea del trazado del canal se va dibujando ymidiendo el cadenamiento, por lo que se debe llevar un registro de lasdistancias y elevaciones

• 12) Después se procede a marcar el trazo sobre el terreno estacando acada 20 m, se nivela la línea trazada para obtener el perfil de los canalescon el fin de adaptar la obra en el terreno y evitar cortes o terraplenes

excesivos que pueden encarecer la obra.

DISEÑO DE CANALES



• 13) Radios mínimos en canales. En el diseño de

canales, el cambio brusco de dirección sesustituye por una curva cuyo radio no debe sermuy grande para canales de riego, porque no serequiere mayor ahorro de energía ni que la curva

sea hidráulicamente más eficiente, en cambio síserá más costoso al darle una mayor longitud omayor desarrollo. Para canales de derivación paraenergía eléctrica es todo lo opuesto.

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= 12 11 Radio de curvatura para canales decentrales hidroeléctricas o transportefluvial.

≥ 3 Radio de curvatura para canalesde riego y otros.

= 0,95,



RÍO GRANDE - ECUADOR



ECUACIONES HIDRÁULICAS

• Ecuación de Chezy. =

• Ecuación de Manning =

/

• Ecuación de Pavlovsky =

• Donde: = 1,5 para R<1 y, = 1,3 para

R>1

Las ecuaciones de Manning y

Pavlovsky dan buenosresultados para n=0,011 y 0,04 yR=0,1 a 3 m.Para valores de h>10m , Rabkova(1982), recomienda tomar elexponente de Pavlovskyy=(0,01 a 0,3)h



COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

CAUDAL (m³/s) TIPO DE SUELO Coeficiente n

< 1,0Limo-arenosos 0,0275

Arena gruesa y grava 0,0300

1,0 a 25,0Limo-arenosos 0,0225


> 25,0

Limo-arenosos 0,0200


TALUDES RECOMENDADOS

TIPO DE SUELO Q < 1,0 (m³/s) Q =10,0 (m³/s)

ARCILLA 1 1,5

LIMO 1,25 1,75

LIMOARCILLOSO 1,5 2ARENA FINA 1,5 2,5

ARENA CON GRAVA 1,25 1,5

ROCA BLANDA 0,5 1

ROCA SEMIFISURADA 0,1 0,25

ROCA FISURADA 0,25 0,5



DIMENSIONAMIENTO DE CANALESTRAPECIALES

•

Tirante del canalℎ = /

Para agua limpia A=1,06-2,37d+3,11d²

Para agua turbia (de 4 a 5 kg/m³), = 0,406/

• Radio hidráulico

≈ (0,4 0,5),

• Relación base – tirante

ℎ = 3

ℎ

ℎ = 0



CANAL DE SECCIÓN Y RUGOSIDADVARIABLE

.χ χ

χ nχ nn21

2211

.χ χ

nχ nχ n21

2

22

2

11 p



VELOCIDAD DEL FLUJO

•

La velocidad media de un canal debe sermenor a la velocidad erosiva y mayor a lavelocidad de sedimentación.

> >

= 0,3, Norma SNIP 2.06.03-85

= %,

0,24 Ec. de Zhoukovsky

= 0,545ℎ, Ec. de Kennedy



VELOCIDAD EROSIVA

Fuente SAGARPA (2012)

= 3,6 (ℎ),

CRITERIO DE GRISHININ

= 0,82(

ℎ

ℎ

)

/

/

G < 1 – Hay erosión en el canalG > 1 – Hay sedimentación en el cauce

Nedrigui (1983)



CANAL CHONGON-SAN VICENTEECUADOR



METODO DEL USBR• Esfuerzo de corte en la solera

= =

, = ℎ

<

• Esfuerzo de corte permitido en los taludes

= 1

d (mm)

ESFUERZO PERMITIDO (kgf/m²)

AGUA LIMPIA AGUA CON POCOS

AZOLVES

AGUA CON BUENACANTIDAD DE

SEDIMENTOS

0,10 0,12 0,24 0,370,20 0,13 0,25 0,380,50 0,15 0,27 0,401,00 0,20 0,29 0,442,00 0,29 0,39 0,54

5,00 0,68 0,80 0,90

Para d > 5 mm

= 80



BERMAS

• Los tamaños de las bermas pueden variar enfunción de las condiciones geológicas,topográficas y de mantenimiento.

•

La berma interna puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m,según el canal sea de tercer, segundo o primerorden respectivamente.

• La berma externa puede contener un camino de

vigilancia y puede ser de: 3; 4 y 6 m, según elcanal sea de tercer, segundo o primer ordenrespectivamente.



BORDOS LIBRES• En caso de canales el bordo libre según Zhuravlov (1979),

es igual a:

• = 0,1 para régimen subcrítico

• = 0,2 para régimen supercrítico

• SAGARPA (2012) recomienda para canales revestidos bl =h/6. En los dos casos el bordo libre tiene que ser por lomenos 10 cm.

• = 0,5 0,05 ℎ Bureau of Reclamation

• = 0,15, Chebaevsky V. (1982)



LOSA DE SOLERA = 0,035 ℎ

a= 1,0 – para arcillas y limos compactadosnaturalmente.

a=1,5 – suelos limo arenosos.a=2,0 – suelos arenosos.



PERDIDA DE AGUA POR FILTRACIÓNEN CANALES

• Para b/h < 4 Q f = 0,0116 k f (B + 2h), m³/s/km

m

para b/h

2

3

4

1 0,98 1,0 1,14

1,5

0,78

0,98

1,04

2,0

0,62

0,82

0,94

Kf – coeficiente depermeabilidad del sueloen m/día



PÉRDIDAS POR FILTRACIÓN EN CANALESREVESTIDOS

• = 0,0116 +

ℎ 1 , m³/s/km

MATERIAL

Kf*10³(m/día)

Hormigón en obra 1 a 5

Hormigón armado en obra 2,5 a 3,5

Hormigón armado prefabricado 3,5 a 4,5

Asfalto 1,0 a 10,0

Capa de arcilla 0,1 a 1

Geomembrana 1 a 5

De acuerdo con Kostiakov A. para canales de riego en % del caudal por cada km delongitud se tiene una pérdida de = 3,6 ∗ −,77



CLASIFICACIÓN DE LOS TÚNELESHIDRÁULICOS

• Por su condición Hidráulica: – A presión

– A gravedad (con superficie libre)

•

Por su función: – Energéticos

– Riego

– Trasvase

– De descarga – De período de construcción

– Otros



CONDICIONES PARA DISEÑO•

Túneles con flujo a presión se utilizan cuando hay unavariación considerable de los niveles de agua a laentrada.

• Túneles con flujo a gravedad se utilizan para pequeñasvariaciones del nivel de agua.

• El trazado de los túneles depende de las condicionestopográficas y geológicas de la zona.

• Se debe evitar zonas con grandes flujos de aguasubterránea, zonas con posibles condiciones de

deslizamiento y zonas con alta presión interior deconfinamiento.• Los ángulos de giro son con radios R5BT y no mayor a

60°.



SECCIÓN CIRCULAR

• La sección circular se utiliza para flujo a presión o para condiciones de estratosgeológicos inclinados o variables, para presiones de confinamiento asimétricas,para altos valores de presión de las aguas subterráneas o por condiciones

constructivas (el uso de tuneladoras).

Para energía el OLADE (1985)recomienda, para presiones de hasta

100 mca, = 0,0052.

Según Garbovsky (1977) elrevestimiento de túneles de presióndebe ser ≤

Con revestimiento de hormigón

=

,

(

),

Con revestimiento de hormigón

armado

= 0,093 0,039 ∗ ln(

)



SECCIONES HIDRÁULICAS

• TIPO I. Para túneles de ancho BT 4m, pararocas de resistencia 800 kg/cm² y pocapresión de confinamiento.




TIPO II. Túneles de dimensiones medias BT 6m, para rocas de 400 < R < 800 kg/cm²y mediana presión de confinamiento.




• TIPO III. Túneles para rocas de 200 R 400kg/cm² o con alta presión vertical deconfinamiento y poca presión lateral.




• TIPO IV. Túneles para rocas con R < 200 kg/cm²o con alta presión vertical y lateral deconfinamiento.



EJEMPLOS DE DRENAJE



BIBLIOGRAFIA•

French, R. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México,México. Editorial Mc Graw-Hill.• Ibad-Zade, Yu. (1983). Transporte de agua en canales

abiertos. Moscú, Rusia. Editorial Estroyizdat.• Nedrigui, V. et al (1983). Manual de Diseño de Estructuras

Hidráulicas. Moscú, Rusia. Editorial Estroyizdat.• Pérez, G. y Molina J. (2013). Obras Hidráulicas. Universidad

Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Michoacán, México.Ebook.

• Rabkova, E. (1982). Diseño de Canales de Riego. Moscú,

Rusia. Editorial Universidad de los Pueblos.• Ven, T. C. (1983). Hidráulica de los Canales Abiertos.

México, México. Editorial Diana.

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