Diseo de Canales1. Introduccin2. Generalidades.-3. Canales de riego por su funcin4. Elementos bsicos en el diseo de canales5. Seccin Hidrulica Optima6. Diseo de secciones hidrulicas1. En unproyectode irrigacin la parte que comprende eldiseode los canales y obras dearte, si bien es cierto que son de vital importancia en el costode la obra, no es lo ms importante puesto que el caudal, factor clave en el diseo y el ms importante en un proyecto de riego, es un parmetro que se obtiene sobre la base del tipo desuelo, cultivo, condiciones climticas,mtodosde riego, etc., es decir mediante la conjuncin de la relacinagua suelo planta y la hidrologa, de manera que cuando se trata de unaplanificacinde canales, el diseador tendr una visin mas amplia y ser mas eficiente, motivo por lo cual el ingeniero agrcola destaca y predomina en un proyecto de irrigacin.2. Canales de riego por sufuncin.-Los canales de riego por sus diferentesfuncionesadoptan las siguientes denominaciones: Canal de primer orden.- Llamado tambin canal madre o de derivacin y se le traza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub laterales, el rea de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. Canal de tercer orden.- Llamados tambin sub laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a travs de las tomas del solar, el rea de riego que sirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.De lo anterior de deduce que varias unidades de rotacin constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen unsistemade riego, este sistema adopta el nombre ocodificacindel canal madre o de primer orden.1. Elementos bsicos en el diseo de canales.-Se consideran algunos elementos topogrficos, secciones, velocidades permisibles, entre otros: Trazo de canales.- Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguienteinformacinbsica: Fotografas areas, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo, vas decomunicacin, etc. Planos topogrficos y catastrales. Estudios geolgicos, salinidad,suelosy dems informacin que pueda conjugarse en el trazo de canales.Una vez obtenido losdatosprecisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, obtenindose finalmente el trazo definitivo.En el caso de no existir informacin topogrfica bsica se procede a levantar elrelievedel canal, procediendo con los siguientes pasos:a. Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotndose todos los detalles que influyen en la determinacin de un eje probable de trazo, determinndose el punto inicial y el punto final.b. Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topogrfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelar la poligonal y se har el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harn de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsin de relieve, la seccin se hace a cada 5 m, si el terreno nomuestramuchas variaciones y es uniforme la seccin es mximo a cada 20 m.c. Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta laescaladel plano, la cual depende bsicamente de latopografade la zona y de la precisin que se desea: Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500. Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a 1:2000. Radios mnimos en canales.- En el diseo de canales, elcambiobrusco dedireccinse sustituye por una curva cuyoradiono debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significa ningnahorrode energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayordesarrollo.Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:Tabla DC01. Radio mnimo en canales abiertos para Q > 10 m3/sCapacidad del canalRadio mnimo

Hasta 10 m3/s3 * ancho de la base

De 10 a 14 m3/s4 * ancho de la base

De 14 a 17 m3/s5 * ancho de la base

De 17 a 20 m3/s6 * ancho de la base

De 20 m3/s a mayor7 * ancho de la base

Los radios mnimos deben ser redondeados hasta el prximo metro superior

Fuente: "International Institute For Land Reclamation And Improvement" ILRI,Principiosy Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.Tabla DC02. Radio mnimo en canales abiertos en funcin del espejo de aguaCANALES DE RIEGOCANALES DE DRENAJE

TipoRadioTipoRadio

Sub canal4TColector principal5T

Lateral3TColector5T

Sub lateral3TSub colector5T

Siendo T el ancho superior del espejo de agua

Fuente: Salzgitter Consult GMBH "Planificacin de Canales, Zona Piloto Ferreafe" Tomo II/ 1- Proyecto Tinajones Chiclayo 1984.Tabla DC03. Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/sCapacidad del canalRadio mnimo

20 m3/s100 m

15 m3/s80 m

10 m3/s60 m

5 m3/s20 m

1 m3/s10 m

0,5 m3/s5 m

Fuente: Ministerio deAgriculturayAlimentacin, Boletn Tcnico N- 7 "Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978.Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mnimo que ms se ajuste a nuestro criterio. Elementos de una curva.-

A=Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C=Cuerda larga, es la cuerda que sub tiende la curva desde PC hasta PT.

=Angulo de deflexin, formado en el PI.

E=External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.

F=Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda larga.

G=Grado, es el ngulo central.

LC=Longitud de curva que une PC con PT.

PC=Principio de una curva.

PI=Punto de inflexin.

PT=Punto de tangente.

PSC=Punto sobre curva.

PST=Punto sobre tangente.

R=Radio de la curva.

ST=Sub tangente, distancia del PC al PI.

Rasante de un canal.- Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas ms usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relacin entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10, eldibujodel perfil es recomendable hacerlo sobre papel milimetrado transparentecolorverde por ser ms prctico que el cnson y adems el color verde permite que se noten las lneas milimtricas en las copias ozalid.Para el diseo de la rasante se debe tener en cuenta: La rasante se debe efectuar sobre la base de una copia ozalid del perfil longitudinal del trazo, no se debe trabajar sobre un borrador de l hecho a lpiz y nunca sobre el original. Tener en cuenta los puntos de captacin cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren. La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan cadas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas hidrulicas, chequeando siempre si lavelocidadobtenida es soportada por el tipo de material donde se construir el canal. El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mnimo la siguiente informacin. Kilometraje Cota de terreno Cota de rasante Pendiente Indicacin de las deflexiones del trazo con los elementos de curva Ubicacin de las obras de arte Seccin o secciones hidrulicas del canal, indicando su kilometraje Tipo de sueloPara ver el grfico seleccione la opcin "Descargar" del men superiorSeccin tpica de un canalPara ver el grfico seleccione la opcin "Descargar" del men superiorDonde:T = Ancho superior del canalb = Plantillaz =Valorhorizontal de la inclinacin del taludC = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., segn el canal seade tercer, segundo o primer orden respectivamente.V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., segn elcanal 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 mrgenes, segn las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no ser necesaria, dependiendo de la intensidad del trafico.1. Determinacin de MximaEficienciaHidrulica.

Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la misma rea y pendiente conduce el mayor caudal, sta condicin est referida a un permetro hmedo mnimo, la ecuacin que determina la seccin de mxima eficiencia hidrulica es:siendo q el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z)Determinacin de Mnima Infiltracin.Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua por infiltracin en canales detierra, esta condicin depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuacin que determina la mnima infiltracin es:La siguiente tabla presenta estas condiciones, adems del promedio el cual se recomienda.

Tabla DC04. Relacin plantilla vs. tirante para, mxima eficiencia, mnima infiltracin y el promedio de ambas.TaludAnguloMxima EficienciaMnima InfiltracinPromedio

Vertical90002.00004.00003.0000

1 / 4 : 175581.56163.12312.3423

1 / 2 : 163261.23612.47211.8541

4 / 7 : 160151.16062.32131.7410

3 / 4 : 153081.00002.00001.5000

1:145000.82841.65691.2426

1 : 138400.70161.40311.0523

1 : 133410.60561.21110.9083

2 : 126340.47210.94430.7082

3 : 118260.32460.64910.4868

De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde el ngulo a que forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquier seccin de mxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2donde: R = Radio hidrulicoy = Tirante del canalNo siempre se puede disear de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseo propio para cada situacin.2. Seccin Hidrulica Optima3. Diseo de secciones hidrulicas.-Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad, velocidad mxima y mnima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.

La ecuacin ms utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresin es:donde:Q = Caudal (m3/s)n = RugosidadA = Area (m2)R = Radio hidrulico = Area de la seccin hmeda / Permetro hmedoEn la tabla DC06, se muestran las secciones ms utilizadas. Criterios de diseo.- Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseo de canales, aunque el diseo final se har considerando las diferentes posibilidades y el resultado ser siempre una solucin de compromiso, porque nunca se podrn eliminar todos losriesgosy desventajas, nicamente se asegurarn que la influencia negativa sea la mayor posible y que la solucin tcnica propuesta no sea inconveniente debido a los altoscostos.a. Tabla DC05.Valoresde rugosidad "n" de ManningnSuperficie

0.010Muy lisa,vidrio,plstico,cobre.

0.011Concreto muy liso.

0.013Madera suave, metal,concretofrotachado.

0.017Canales de tierra en buenas condiciones.

0.020Canales naturales de tierra, libres devegetacin.

0.025Canales naturales con alguna vegetacin y piedras esparcidas en el fondo

0.035Canales naturales con abundante vegetacin.

0.040Arroyos de montaa con muchas piedras.

b. Tabla DC06. Relaciones geomtricas de las secciones transversales ms frecuentes.c. d. Rugosidad.- Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radio hidrulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se disea canales en tierra se supone que el canal est recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difcilmente se conservar con eltiempo, lo que quiere decir que en al prctica constantemente se har frente a un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente tabla nos da valores de "n" estimados, estos valores pueden ser refutados coninvestigacionesymanuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseo:Tabla DC07. Taludes apropiados para distintos tipos de materialMATERIALTALUD(horizontal : vertical)

RocaPrcticamente vertical

Suelos de turba y detritos0.25 : 1

Arcilla compacta o tierra con recubrimiento de concreto0.5 : 1 hasta 1:1

Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes canales1:1

Arcilla firma o tierra en canales pequeos1.5 : 1

Tierra arenosa suelta2:1

Greda arenosa o arcilla porosa3:1

Fuente: Aguirre Pe, Julin, "Hidrulica de canales", Dentro Interamericano de Desarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT, Merida,Venezuela, 1974Tabla DC08. Pendientes laterales en canales segn tipo de sueloMATERIALCANALES POCO PROFUNDOSCANALES PROFUNDOS

Roca en buenas condicionesVertical0.25 : 1

Arcillas compactas o conglomerados0.5 : 11 : 1

Limos arcillosos1 : 11.5 : 1

Limos arenosos1.5 : 12 : 1

Arenas sueltas2 : 13 : 1

Concreto1 : 11.5 : 1

Fuente: Aguirre Pe, Julin, "Hidrulica de canales", Dentro Interamericano de Desarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974e. Talud apropiado segn el tipo de material.- La inclinacin de las paredes laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de laclasede terreno donde estn alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud nico de 1,5:1 para sus canales, a continuacin se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material:La velocidad mxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos.Tabla DC09. Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacinMATERIAL DE LA CAJA DEL CANAL"n"ManningVelocidad (m/s)

Agua limpiaAgua con partculas coloidalesAgua transportando arena, grava o fragmentos

Arena fina coloidal0.0201.450.750.45

Franco arenoso no coloidal0.0200.530.750.60

Franco limoso no coloidal0.0200.600.900.60

Limos aluviales no coloidales0.0200.601.050.60

Franco consistente normal0.0200.751.050.68

Ceniza volcnica0.0200.751.050.60

Arcilla consistente muy coloidal0.0251.131.500.90

Limo aluvial coloidal0.0251.131.500.90

Pizarra y capas duras0.0251.801.801.50

Grava fina0.0200.751.501.13

Suelo franco clasificado no coloidal0.0301.131.500.90

Suelo franco clasificado coloidal0.0301.201.651.50

Grava gruesa no coloidal0.0251.201.801.95

Gravas y guijarros0.0351.801.801.50

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978Para velocidades mximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los nuevos; adems un canal profundo conducirel aguaa mayores velocidades sinerosin, que otros menos profundos.Tabla DC10. Velocidades mximas en hormign en funcin de suresistencia.RESISTENCIA,en kg/cm2PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS

0.513510

509.610.612.313.014.1

7511.212.414.315.216.4

10012.713.816.017.018.3

15014.015.618.019.120.6

20015.617.320.021.222.9

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978Esta tabla DC10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de hormign no armado, las velocidades no deben exceder de 2.5 m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante.f. Velocidades mxima y mnima permisible.- La velocidad mnima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentacin, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de lasplantas, en canales de tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento de plantas en el canal.g. Borde libre.- Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el calculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente formula:donde: Borde libre: en pies.C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies3/seg.Y = Tirante del canal en piesLa secretara deRecursosHidrulicos deMxico, recomienda los siguientes valores en funcin del caudal:Tabla DC11. Borde libre en funcin del caudalCaudal m3/segRevestido (cm)Sin revestir (cm)

0.057.510.0

0.05 0.2510.0020.0

0.25 0.5020.040.0

0.50 1.0025.050.0

> 1.0030.060.0

Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentacin, Boletn Tcnico N- 7 "Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978Mximo Villn Bjar, sugiere valores en funcin de la plantilla del canal:Tabla DC12. Borde libre en funcin de la plantilla del canalAncho de la plantilla (m)Borde libre (m)

Hasta 0.80.4

0.8 1.50.5

1.5 3.00.6

3.0 20.01.0

Fuente: Villn Bjar, Mximo; "Hidrulica de canales", Depto. DeIngenieraAgrcola Instituto Tecnolgico deCosta Rica, Editorial Hozlo, Lima, 1981