HIDRAULICA DE HIDRAULICA DE CANALESCANALESConceptos BsicosConceptos BsicosM. Sc. Freddy M. Franco Alvarado M. Sc. Freddy M. Franco AlvaradoProfesor del Curso Profesor del CursoUNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICAFacultad de Inenie!"a Ci#ilDe$inici%n de CanalesDe$inici%n de CanalesSon conductos abiertos que transportan el agua por accin de Son conductos abiertos que transportan el agua por accin dela gravedad y sin ningn tipo de presin. la gravedad y sin ningn tipo de presin.De una manera muy De una manera muygeneral podemos general podemosclasificar los Canales clasificar los Canalesen dos grandes en dos grandesgrupos, a saber: grupos, a saber:Canales Naturales Canales Naturales o ode cauce normal. de cauce normal.Canales Artificiales Canales ArtificialesCon o sinCon o sin revestimientos. revestimientos. Clasi$icaci%n de CanalesClasi$icaci%n de Canalesos Canales naturalesos Canales naturales se estudian se estudianen la !idr"ulica #luvial, en la !idr"ulica #luvial,principalmente se dise$an para principalmente se dise$an paralograr %n equilibrio o estabilidad lograr %n equilibrio o estabilidadante la presencia de sedimentos.ante la presencia de sedimentos. &ncluye todos los cursos de agua&ncluye todos los cursos de agua de la superficie terrestre. de la superficie terrestre.os Canales artificialesos Canales artificiales son losson los e'ecutados por el (ombre, see'ecutados por el (ombre, se anali)an sus caracter*sticasanali)an sus caracter*sticas (idr"ulicas y estructurales.(idr"ulicas y estructurales. +or supuesto tambi,n se pueden+or supuesto tambi,n se pueden clasificar los canales por su forma,clasificar los canales por su forma, tipo de flu'o, servicio que brindan. tipo de flu'o, servicio que brindan.&RINCI&IOS DE LA HIDRAULICA DE CANALES&RINCI&IOS DE LA HIDRAULICA DE CANALESLa Hidrulica de Canales se basa en muchos de los La Hidrulica de Canales se basa en muchos de losprincipios desarrollados en la Mecnica de Fluidos bsica, principios desarrollados en la Mecnica de Fluidos bsica,esencialmente en las Ecuaciones Fundamentales, es decir esencialmente en las Ecuaciones Fundamentales, es deciren: en:a) a) La Ecuacin del gasto La Ecuacin del gastob) b) La Ecuacin de la Energa La Ecuacin de la Energac) c) La Ecuacin de la Cantidad de Movimiento La Ecuacin de la Cantidad de MovimientoLa Ecuacin del Gasto La Ecuacin del Gasto-l gasto o Caudal es la cantidad de fluido que pasa a -l gasto o Caudal es la cantidad de fluido que pasa atrav,s de la seccin del flu'o en la unidad de tiempo, trav,s de la seccin del flu'o en la unidad de tiempo,normalmente se e.presa en m normalmente se e.presa en m/ /0seg y se calcula por la 0seg y se calcula por lae.presin: e.presin:1 2 A 3 4 2 A1 2 A 3 4 2 A5 534345 5 2 A2 A6 634346 6 2 A2 An n3434n nEcuaci%n de la Ene!"aEcuaci%n de la Ene!"aEn los canales normalmente se tiene un lu!o En los canales normalmente se tiene un lu!opermanente " real, siendo los luidos reales viscosos# permanente " real, siendo los luidos reales viscosos#$or lo tanto la ecuacin de %ernoulli considera tambi&n $or lo tanto la ecuacin de %ernoulli considera tambi&nla perdidas de carga ' la perdidas de carga 'hp)# El valor ( hp)# El valor () llamado ) llamadocoeiciente de coriolis ' coeiciente de coriolis ') es un actor de correccin de ) es un actor de correccin dela energa de velocidad# la energa de velocidad#La Ecuacin *ueda e+presa por: La Ecuacin *ueda e+presa por:

''( ( ) *) *( ( ) V) V( (+ +,+ - ,+ - ..p p / '/ '+ + ) *) *+ + ) V) V+ ++ +,+,+,onde: ,onde:"-, "./0irante del agua, metros "-, "./0irante del agua, metrosEcuaci%n de la Ene!"aEcuaci%n de la Ene!"a7576Ecuaci%n de la Cantidad de 0o#i1ientoEcuaci%n de la Cantidad de 0o#i1ientoSe deduce para flu'o permanente, a partir de la segunda Se deduce para flu'o permanente, a partir de la segundaey del movimiento de Ne8ton. a ey de Conservacin de ey del movimiento de Ne8ton. a ey de Conservacin dela cantidad de movimiento establece: 9a cantidad de la cantidad de movimiento establece: 9a cantidad demovimiento total antes del impacto, es igual a la cantidad movimiento total antes del impacto, es igual a la cantidadde movimiento total despu,s del impacto:. de movimiento total despu,s del impacto:.116 60gA0gA5 5 2 A2 A5 5335 5 2 12 16 60gA0gA6 6 2 A2 A6 6336 6,onde:,onde: / ,istancia de la sup# libre del agua al c#g# del rea mo!ada/ ,istancia de la sup# libre del agua al c#g# del rea mo!ada 2ipos de Flu3o en Canales A4ie!tos2ipos de Flu3o en Canales A4ie!tosCa!acte!"sticas Geo15t!icas e Hid!ulicas Ca!acte!"sticas Geo15t!icas e Hid!ulicas de un Canalde un Canala) Elementos Geomtricos : El tirante (a,d,y), el ancho de fondo (b,f), reamojada (A), Permetro Mojado (P), Ancho de la suerficie (!,"), "irante #ritico (dc,yc),"alud ($:%), !orde &ibre (!'&', fb)'b) Elementos #inticos: Gasto ((), Gasto )nitario (*), +elocidad media (,), +elocidad Puntual (-)'c) Elementos .in/micos: #oeficiente de 0u1osidad (n), Pendiente hidr/ulica (2) Va!iaci%n de la Velocidad en una Secci%nVa!iaci%n de la Velocidad en una Secci%nEl eecto de las paredes de un canal en el lu!o esta representado por la El eecto de las paredes de un canal en el lu!o esta representado por laviscosidad, el ro1amiento, la tensin supericial, las irregularidades de la viscosidad, el ro1amiento, la tensin supericial, las irregularidades de laseccin " la alineacin de la conduccin2 por lo cual no son uniormes las seccin " la alineacin de la conduccin2 por lo cual no son uniormes lasvelocidades en la seccin transversal " se pueden representar as: velocidades en la seccin transversal " se pueden representar as:

3ariacin vertical de la velocidad en la 3ariacin vertical de la velocidad en la seccin de un canalseccin de un canalFOR0ULAS &ARA EL DISE6O DE FOR0ULAS &ARA EL DISE6O DE CANALESCANALES a frmula de C(e)y modificada por Darcy y simplificada queda a frmula de C(e)y modificada por Darcy y simplificada quedae.presada de la siguiente forma: e.presada de la siguiente forma:Q = A * V=A * C Q = A * V=A * C S SDonde: Donde:1 1 ; Caudal, en m/0seg. ; Caudal, en m/0seg.A A ; o -? a@os de uso del canal# o -? a@os de uso del canal#FOR0ULAS DE RUGOSIDAD EN GRAVAFOR0ULAS DE RUGOSIDAD EN GRAVA+ara cauces en lec(os de grava y a partir de la granulometr*a del lec(o tenemos:-cuacin de ane y Carlson >5?@/A, piedras grandes:n 2 DB@50C0/?DB@: Di"metro B@ en pulgadas-cuacin de DardeE=a'u >5?BFA, Subramanya >5?F6An 2 G.GHB D@G50CD@G: Di"metro medio de las part*culas en metros -cuacin de Ieyer;+eter;Iuller>5?HFAn 2 G.G/F D?G50CD?G: Di"metro noventa en metros.-cuacin de Jray>5?B?A -cuacin de Jray>5?B?An n 2 G.GH?@ D 2 G.GH?@ D@G @GG.5C G.5CD D@G @G: Di"metro medio en metros. : Di"metro medio en metros.Aplicando las recomendaciones de 4-N K- C!LM, CLMAN en 5?@5 Aplicando las recomendaciones de 4-N K- C!LM, CLMAN en 5?@5planteo la relacin: planteo la relacin:n =! n n =! n" " # n # n$ $ # n # n% %# n# n& & # n # n' ' (* ) (* )* *Donde los valores de n Donde los valores de nG G, n , n5 5, n , n6 6, n , n/ /, n , nH Hy my m@ @, dependen de las, dependen de las caracter*sticas del canal y pueden determinarse con el siguiente cuadro: caracter*sticas del canal y pueden determinarse con el siguiente cuadro:Condicin del Canal Variables ValoresMaterial(n3) "ierra 3'3630oca cortada 3'369Gra,a fina 3'364Gra,a 1ruesa 3'36?@rre1ularidad ( n%) &iso 3'333Menor 3'339Moderado 3'3%32e,ero 3'363+ariaci;n de la 2ecci;n"rans,ersal ( n6 )Gradual 3'333+ariaci;n ocasional 3'339+ariaci;n frecuente 3'3%3 A 3'3%9Bbstrucciones ( n8 ) .esreciable 3'333Menor 3'3%3 A 3'3%9Areciable 3'363 A 3'3832e,ero 3'343 A 3'3>3+e1etaci;n ( n4 ) !aja 3'339 A 3'3%3Media 3'3%3 A 3'369Grande 3'369 A 3'393Muy 1rande 3'393 A 3'%33#antidad dCMeandros ( m9 ) Menor %'333Areciable %'%932e,ero %'833Condicin del Canal Variables Valores2alud2alud,epende de la naturale1a del terreno " del grado de ,epende de la naturale1a del terreno " del grado deestabilidad *ue este orece# Mientras ms estable sea el estabilidad *ue este orece# Mientras ms estable sea elsuelo menor ser el ngulo de inclinacin# suelo menor ser el ngulo de inclinacin#Cuando se trata de un talud con material erosionable, se Cuando se trata de un talud con material erosionable, sedeber veriicarse *ue el dise@o sea con el criterio de deber veriicarse *ue el dise@o sea con el criterio dem+ima velocidad permisible# m+ima velocidad permisible#PA0A #B0"E D: %PA0A 0E&&E:B D: %#on1lomerado %: %"ierra %'9 : %Arcillas %: % Arena 8: %Areno A limosas %'9 : %Arenosas 6: %Arena saturada 8: %0oca alterada 3'9 : %0oca sana E : %2alud en Canales2alud en Canales-n )onas con pendientes no pronunciadas y estables, el canal puede desarrollarse por medio de secciones de corte total o secciones combinadas corte;relleno >fig. a y bA. -n los sectores empinados y estables resultar" conveniente incorporar un muro en el sector e.terior >fig. c y fA.Bo!de Li4!eBo!de Li4!eSe denomina borde libre > J.. A a la altura adicionalSe denomina borde libre > J.. A a la altura adicionalque se le da al canal a fin de absorber los nivelesque se le da al canal a fin de absorber los nivelese.traordinarios que pueden presentarse por encimae.traordinarios que pueden presentarse por encimadel caudal de dise$o. del caudal de dise$o. +ara 4-N K- C!LM el borde libre var*a entre m"s del+ara 4-N K- C!LM el borde libre var*a entre m"s del@N y menos del /GN del tirante >yA.@N y menos del /GN del tirante >yA.-l &ng. CL=LNADL plantea:-l &ng. CL=LNADL plantea:+ara Canales sin revestir +ara Canales sin revestir ; 50/ y; 50/ y+ara Canales revestidos+ara Canales revestidos; 50@ y; 50@ ya J%=-A% L# =-CAIAK&LN D- --.%%.para canalesa J%=-A% L# =-CAIAK&LN D- --.%%.para canalesen tierra plantea:en tierra plantea:Canales peque$osCanales peque$os; G./G mts.; G./G mts.Canales grandesCanales grandes; 5.6G mts.; 5.6G mts.Velocidad 0"ni1a de Sedi1entaci%nVelocidad 0"ni1a de Sedi1entaci%nSe debe considerar que la velocidad delSe debe considerar que la velocidad del flu'o no debe descender el l*mite de laflu'o no debe descender el l*mite de la velocidad de deposicin. velocidad de deposicin.Segn =. O-NN-DP: Segn =. O-NN-DP:4 2 C 3y 4 2 C 3yG.CH G.CHDonde: y Donde: y ;Kirante del agua ;Kirante del aguaC C ;Coef. Sedimentacin ;Coef. Sedimentacinde Qennedy de Qennedy Tipo de Suelo C de KennedyArena muy fina 3'96Arena fina 3'9=Arena media 3'>9Arena 1ruesa 3'56Velocidad 1:i1a de E!osi%nVelocidad 1:i1a de E!osi%na velocidad del flu'o en el canal noa velocidad del flu'o en el canal no debe ser mayor que la que producedebe ser mayor que la que produce destro)os en las paredes y el fondo,destro)os en las paredes y el fondo, se puede admitir los siguientes valoresse puede admitir los siguientes valores recomendados por el &ngR =osell pararecomendados por el &ngR =osell para los tipos de revestimientos: los tipos de revestimientos:Material Velocidad Mnima Velocidad MximaArena suelta muy li1era 3'83 mCse1' 3'49 mCse1'2uelo arenoso 3'49 mCse1' 3'>3 mCse1'"ierra +e1etal alu,ial 3'59 mCse1' 3'?9 mCse1'2uelo arcilloso duro %'83 mCse1' %'93 mCse1'2uelo con 1ra,a %'93 mCse1' %'?3 mCse1'#on1lomerado %'?3 mCse1' 6'43 mCse1'0oca dura 8'33 mCse1' 4'93 mCse1'#oncreto fFcG %43 H1Ccm68'?3 mCse1' 4'43 mCse1'