DISEÑO DE CANALES

DISEÑO DE CANALES •

INTEGRANTES: G L A DY S YA S M I N F O R A Q U I TA H U A N A C U N E • A I D A R O S M E RY C A L I Z AYA Q U I S P E • G A B R I E L A S O R AYA A R I A S M A R Í N

CAPITULO I : GENERALIDADES

GENERALIDADES Los canales son elementos de transporte de agua que son conducciones artificiales en las que el agua circula sin presión, es decir en contacto continuo con la atmosfera Se caracterizan porque el movimiento de agua se realiza por su propio peso lo que quiere decir que se genera sin ningún gasto energético y aprovechando la fuerza de la gravedad.

Lo más importante es el caudal, el factor clave en el diseño de canales y el más significativo en un proyecto de riego.

Son conductos abiertos en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, dado que la superficie libre del líquido está en contacto con la atmosfera.

CLASIFICACION DE CANALES •

La Función que cumplen en los sistemas

•

•

De acuerdo a su origen •

CANAL DE DERIVACION: Es el canal que conduce las aguas desde la toma hasta el punto inicial de reparto de las aguas.

CANALES LATERALES: Son los que llevan las aguas a las áreas de riego y finalmente a las parcelas.

NATURALES: Son los cursos de agua existentes en forma natural como consecuencia del escurrimiento de la lluvia.

ARTIFICIALES: Son los construidos por el hombre.

SECCION TRANSVERSAL IRREGULAR

INFORMACIÓN BÁSICA DE DISEÑO

a) b) c) d) e)

Capacidad Trazo Topografía Geología Geotecnia

Ejemplo: RIO MATAMBA, CUICLATLAN

RIOS NATURALES

CLASIFICACION DE CANALES •

Canales de riego por su función •

•

Canal de primer orden. - Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.

Canal de segundo orden. - Llamados también laterales, son aquellos que 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.

Canal de tercer orden. - Llamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a través de las tomas del solar, el área de riego que sirve un sub – lateral se conoce como unidad de rotación.

TIPO DE SECCION HIDRAULICA Secciones transversales mas comunes

SECCION RECTANGULAR

SECCION TRAPEZOIDAL

SECCION TRIANGULAR

SECCION PARABOLICA

•

Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.

•

Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

•

Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.

•

Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.

CAPITULO II : DISEÑO DE CANALES

ELEMENTOS BASICOS DE DISEÑO Pueden ser definidos por completo por la geometría de la sección y la profundidad de flujo

Se consideran elementos; topográficos, geológicos, geotécnicos, hidrológicos, hidráulicos, ambientales, agrológicos, entre otros.

ESTRUCTURA QUE SE CONSTRUYEN LOS CANALES

Trazo de canales Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente información básica:

Captaciones: Son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o el agua subterránea de un acuífero. A continuación, se hace un análisis de las captaciones en corrientes naturales.

• 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.

ELEMENTOS GEOMETRICOS MAS IMPORTANTES

ESTRUCTURA - CANALES

Compuertas y vertedores: Son estructuras de control hidráulico. Su función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura, y el aumento de la velocidad aguas abajo.

Transiciones: Son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo, un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc.

Sinfones y acueductos: Cuando en la trayectoria de un canal se presenta una depresión en el terreno natural se hace necesario superar esa depresión con un sifón o con un puente que se denomina acueducto.

ESTRUCTURA - CANALES TUNELES

Un tĂşnel es un conducto que se excava con el objeto de atravesar una loma. Utilizada para poder trasladar las aguas; evitando fuertes pendientes.

Se emplean en los siguientes casos:

Cuando pasa el agua de un valle a otro

Cuando de este modo se evita un desarrollo muy largo del canal abierto y asi aumenta d e pendiente y reduce la secciĂłn{.

La pendiente transversal demasiado elevado y el material de mala calidad no permite asegurar la estabilidad del canal

ELEMENTOS BASICOS DE DISEÑO a. Reconocimiento del terreno. - Se recorre la zona, anotándose todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable de trazo, determinándose el punto inicial y el punto final (georreferenciados).

b. Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topográfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal y se hará el levantamiento de secciones transversales. c. Trazo definitivo. - Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende básicamente de la topografía de la zona y de la precisión 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 MINIMOS EN CANALES

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.

ELEMENTOS BASICOS DE DISEÑO RADIOS MINIMOS EN CANALES

ELEMENTOS DE LA CURVA

ELEMENTOS BASICOS DE DISEÑO ELEMENTOS DE LA CURVA

RASANTE DE UN CANAL

La pendiente de un canal es uno de los factores más importantes para el diseño; su elección de la topografía y del aprovechamiento económico que se deriva de la condición de agua.

Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta: • La rasante se debe trabajar sobre la base de una copia del perfil longitudinal del trazo • Tener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren u obra de arte.

ELEMENTOS BASICOS DE DISEÑO • ELEMENTOS DE LA SECCION DE UN CANAL 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.

H= Altura de caja o profundidad de rasante del canal

RELACIONES GEOMETRICAS DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES MAS FRECUENTES

TIPO DE FLUJO DE CANALES El parámetro que se utiliza para su clasificación es el tiempo FLUJO PERMANENTE

FLUJO NO PERMANENTE

En un flujo permanente, los parámetros hidráulicos (y, A, v, etc.) no varían con el tiempo, es decir: “La velocidad permanece constante en función del tiempo”.

En un flujo no permanente, los parámetros hidráulicos (y, A, v, etc.) varían con el tiempo, es decir: “La velocidad es variable y depende del tiempo”.

Dy/dt=0 , dv/dt=0, dA/dt=0 (Permanente)

Dy/dt 0 , dv/dt 0, dA/dt 0 (No Permanente)

El parámetro que se utiliza para su clasificación es la longitud FLUJO UNIFORME

FLUJO VARIADO

En un flujo uniforme, los parámetros hidráulicos (y, A, v, etc.) no varían de una sección a otra, es decir: "La velocidad media permanece constante”

En un flujo variado, los parámetros hidráulicos (y, A, v, etc.) varían de una sección a otra, es decir: "La velocidad varia en forma gradual en función del espacio y tiempo”

Dy/dt=0 , dv/dt=0 , dA/dt=0 (Uniforme) Dy/dt 0 , dv/dt 0 , dA/dt 0 (Variado)

TIPO DE FLUJO DE CANALES El parámetro que se utiliza para su clasificación es el numero de Reynolds

El parámetro que se utiliza para su clasificación es el numero de Froude

El número de Reynolds es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos. Su valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento.

El número de Froude es un número adimensional que relaciona el efecto de las fuerzas de inercia y las fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido

FLUJO LAMINAR,TURBULENTO Y TRANSICION

FLUJO CRITICO, SUBCRITICO, SUPERCRITICO

Re = (vR) / y Donde: Re= Numero de Reynolds R= radio hidráulico, en m.

V= velocidad media, en m/s.

Y= viscosidad cinematica del agua, en m/s2 Y su selección es según el rango en que se encuentra el numero de Reynolds.

Si Re< 580 flujo laminar.

Si 580≤ Re ≤ 750 flujo de transicion Si Re< 750 flujo turbulento

F = v/ (gy) ½ = v/ (gA/T) ½ Donde: F= Numero de Froude V= velocidad media, en m/s. g= aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2 Y= tirante medio, en m.

A= área hidráulico, en m2 T= espejo de agua, en m

Y su selección es según el rango en que se encuentra el numero de Froude.

Si F < 1 flujo Subcritico.

Si F = 1 flujo Critico Si F > 1 flujo supercritico

ECUACIONES ECUACION DE CONTINUIDAD

ECUACION DE ENERGIA ECUACION BEROULLI

Cuando el caudal es constante en un tramo, la ecuación que gobierna el flujo desde el punto de vista de la conservación de la masa, se llama ecuación de continuidad, la cual se expresa:

La forma mas conocida de la ecuación de Bertoulli (Fig.2), para un fluido perfecto, es aquella en la que la energía total se expresa por unidad de peso (m-kg/kg):

Q = vA Para la sección (fig.1), se tiene Q = v1 A1 = v2 A2 = Cte Donde: Q= Caudal V= velocidad media de la sección A= area hidráulica

E= Z+(P/y) + α (v2/2g) = Cte E= Z+ Y + α (v2/2g) = Cte La ecuación de la energía por unidad de peso, para un fluido real para el tramo 1 y 2 se represente como: Z1+y1+ α (v1 2/2g) = Z2+y2 + α (v2 2/2g) + hf 1 – 2 E1 = E2 + h f 1 – 2 Donde: E= energía total de la sección Z= energía de posición Y= tirante de la sección V= velocidad meda que lleva el flujo en la sección α = coeficiente de coriolis α α ( V2/2g)= carga de velocidad H f 1 – 2 = disipación de energía en el tramo 1-2

CONSIDERACIONES PRACTICAS PARA EL DISEÑO DE CANALES SEGÚN NORMAS:

DISEÑO DE CANALES SEGÚN NORMA La Autoridad Nacional del Agua (ANA), es un organismo constitucional autónomo del Perú. Está adscrito al Ministerio de Agricultura y se encarga de realizar las acciones necesarias para el aprovechamiento multisectorial y sostenible de los recursos hídricos por cuencas hidrográficas. Tienen el Manual: Criterios De Diseños De Obras Hidráulicas Para La Formulación De Proyectos Hidráulicos Multisectoriales Y De Afianzamiento Hídrico, el cual define las variables y diseños de canales de regadío. Considerando las siguientes puntos

CAUDAL VELOCIDAD MEDIA EN LOS CANALES (V)

PENDIENTE ADMISIBLE EN CANALES DE TIERRA (S) AREA HIDRAULICA (A)

ANCHO DE SOLERAS (b)

TALUDES (Z)

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n) TIRANTE (y)

ANCHO DE CORONA (C)

BORDE LIBRE

PROFUNDIDA TOTAL (H)

DISEÑO DE CANALES SEGÚN NORMA • A nivel de parcela lo mas generalizado es encontrar canales de tierra de sección trapezoidal, por lo cual las recomendaciones que se proporcionan estarán mas a estos tipos de canales.

• El diseño implica en darle valor numérico a las siguientes especificaciones técnicas: Donde: Q= Caudal en, m3/s V= velocidad media del agua en m/s S= pendiente, en m/m n= coeficiente de rugosidad, sin unidades Z= talud b= ancho de solera, en m. y= tirante, en m.

A= área hidráulica, en m2 B.L= H-y borde libre, en m.

H= profundidad total desde la corona al fondo del canal, en m C= ancho de corona, en m.

CRITERIOS PARA EL DISEÃ&#x2018;O DE UN CANAL

DISEÑO DE UN CANAL Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de un canal, aunque el diseño final se hará considerando las diferentes posibilidades

RUGOSIDAD

• Esta depende del cauce y el talud, Valores dado a las de paredes laterales “n” del mismo, vegetación, irregularidad y Rugosidad de Manning trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales lisaesta vidrio, plástico, cobre en tierra se0.010 supone que Muy el canal recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme.

0.011

Concreto muyapropiados liso Taludes para distintos materiales • La inclinación de las paredes laterales de metal, un canal, depende frotachado de varios TALUD factores, pro en especial de la 0.013 Madera suave, concreto MATERIAL TALUD APROPIADO SEGÚN EL TIPO DE MATEROAL

VELOCIDAD MAXIMA Y MINIMA

BORDE LIBRE

clase de terreno donde están alojados, la US.BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud 0.017 Canales de tierra en buenas condicionesPrácticamente vertical único de 1,5:1 para sus canales.

Roca

Borde función del caudal 0.020 Canales naturales delibre tierra,en libres de vegetación Suelos de turba y detritos 0.25:1 CAUDAL Canales naturales con alguna REVESTIDO (cm.)

SIN REVESTIR vegetación y piedras en el(cm.) fondo • La velocidad0.025 mínimacompacta es aquella o que no permite sedimentación, este valor eshasta muy esparcidas variable Arcilla tierra con recubrimiento 0.5:1 1:1 ≤máxima 0.05 permisible, 7.5 10.0 • La velocidad0.035 senaturales estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero.

Canales conpequeños abundante vegetación Tierra fierma o tierra en canales 1:1 0.05-0.25 10.00 piedras 20.0 0.040 con muchas Arcilla firmaArroyos o tierrade enmontaña canales pequeños 1.5:1 0.25-0.50 20.0 40.0 2:1 ninguna regla fija que se • Es el espacioTierra entre arenosa la cota desuelta la corona y la superficie del agua, no existe 0.5-1.00 25.0 50.0 pueda aceptar universalmente para el calculo del borde libre.

Greda arenosa o arcilla porosa 3:1 > 1.00 30.0 60.0

CAPITULO III: EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO

EJERCICIO APLICATIVO