DISEÑO DE CANALES

Un canal es una Estructura de Conducción y sirve a diferentes Proyectos como:

Riego, Centrales Hidroeléctricas, abastecimiento de agua potable, drenaje y otros que requieran

conducir el agua de un lugar a otro.

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Material del canal

Canal no revestido El canal se traza en el terreno natural: tierra, roca u otro material. Generalmente se utilizan en canales secundarios de sistemas de riego y en sistemas de drenaje.

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Canal revestido Tiene por finalidad proteger al canal de la fuerza erosiva de la corriente, evitar excesivas pérdidas por filtración, disminuir la rugosidad logrando una mayor velocidad permisible con lo cual se reduce la sección transversal.

El espesor del revestimiento puede variar de 2 a 4 pulgadas (5 cm. 10cm) en canales trapezoidales, para canales rectangulares el espesor es mayor que para canales trapezoidales desde un mínimo de 10 cm, hasta un máximo de 20cm.

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Canal revestido • La construcción de canales revestidos se

realiza usando diferentes materiales como mampostería de piedra, concreto, madera, ladrillo, planchas de fierro, etc., el costo es un porcentaje importante del costo total del canal y su elección de efectúa tomando en cuenta: función del canal, materiales de construcción y los medios técnicos disponibles en cada zona, para finalmente efectuar una evaluación técnico-económica.

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P.E Olmos Tinajones - Túnel Trasandino

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Pendiente y Rasante del canal

Sistema de Canales de Drenaje

Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta:

• Los puntos de captación 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 caídas o saltos de agua.

Pendiente y Rasante del canal Para definir la pendiente de fondo se prueba con diferentes cajas hidráulicas, chequeando siempre si la velocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construirá el canal.

Valores de 1/1000,2/1000,3/1000,5/1000, 0.8/1000 ó 0.2/1000 son usuales en la costa del Perú.

Asimismo se debe tener en cuenta que el fondo del canal debe estar por encima del nivel freático de lo contrario cuando el canal este vació la presión hidrostática puede dañar el canal.

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Angulo

G M S

PI-0 0+000

PI-1 0+020 20 39 0 0 0.68067841 15 5.31177859 10.2101761 0.91273049 10.0142058 0.86037763 14.6882214 24.8983975

PI-2 0+031 11 31 30 0 0.54977871 10 2.82029168 5.49778714 0.39009361 5.428809 0.37544764 27.7663273 33.2641144

PI-3 0+0455 14.5 28 0 0 0.48869219 10 2.49328003 4.88692191 0.30613629 4.83843791 0.29704274 42.4505427 47.3374646

PI-4 0+086 40.5 38 0 0 0.66322512 35 12.0514665 23.2128791 2.01672384 22.7897708 1.90684985 73.2927181 96.5055972

PI-5 0+133 47 26 30 0 0.46251225 45 10.5960935 20.8130513 1.23069539 20.6280352 1.19793337 120.858037 141.671089

PI-6 0+153 20 29 30 0 0.51487213 15 3.94917043 7.72308194 0.51115557 7.63805845 0.49431092 147.125825 154.848907

PI-7 0+174 21 74 0 0 1.29154365 15 11.3033108 19.3731547 3.78203487 18.0544507 3.02046735 160.596425 179.96958

PI-8 0+2235 49.5 45 0 0 0.78539816 50 20.7106781 39.2699082 4.11961001 38.2683432 3.80602337 197.455591 236.725499

PI-9 0+251 27.5 14 30 0 0.25307274 25 3.1804017 6.32681854 0.20148716 6.30994846 0.19987626 240.33442 246.661238

PI-10 0+2645 13.5 32 30 0 0.56723201 0 0 0 0 0 0 256.980836 256.980836

PT (m)Tangente

T (m)Lc (m) E (m) C (m) F (m) PC (m)PI

Progresiva

(Km)L (m)

Angulo

(radianes)

Radio

(m)

Elementos de Plano de Canal

Planta

Perfil longitudinal

Sección(es) Típica(s)

Cuadro de Características Hidráulicas y Geométricas

Cuadro de Elementos de Curva

Membrete

Perfil Longitudinal

• Una vez definido el trazo del canal, se procede a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas más usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10.

El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mínimo la siguiente información. (Ver Planos)

PROGRESIVA

(Km)

0+

000

0+

020

0+

040

0+

060

0+

080

COTA DE

TERRENO

80

8.1

63

80

8.0

73

80

7.9

35

80

7.6

80

7.3

96

COTA DE

RASANTE

80

7.5

90

80

7.1

90

80

6.7

90

80

6.3

90

80

5.9

90

PENDIENTE 0.02 0.004

SECCION TIPO I II

TIPO DE

SUELO

Franco arenoso

Kilometraje Cota de terreno Cota de rasante Pendiente Indicación de las deflexiones del

trazo con los elementos de curva Ubicación de las obras de arte Sección o secciones hidráulicas del

canal, indicando su kilometraje Tipo de suelo

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Características Hidráulicas y Geométricas

Tipo: tipo de canal a describir Q: caudal de diseño S: pendiente del fondo del canal n: coeficiente de rugosidad de Manning. b: ancho de solera ó ancho de plantilla., ancho de la

base de un canal y: profundidad del agua o tirante A: área de la sección transversal V: velocidad del agua P: perímetro mojado R: radio hidráulico B : borde libre (H – y) H: altura total del canal.

β

m

1

B.L

θ

1 z

B1

H y

b

B2 W

T

Tipo Q

(m3/s)

S n b

(m)

y

(m)

A

(m2)

V

(m/s)

P

(m)

R

(m)

B

(m)

H

(m)

W

(m)

z F

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Características Hidráulicas y Geométricas β

m

1

B.L

θ

1 z

B1

H y

b

B2 W

T W: ancho total del canal z: talud lateral F: número de Froude B1: Banqueta, corona, incluye vía de

mantenimiento del canal. Ancho Mínimo 1.20m (buguis), 4m

(autos), ssegún la importancia del canal. En algunos casos la banqueta puede ir en ambos márgenes.

B2: Berma del camino, puede ser: 0,5, 0,75, 1,00 m.

m: talud de dique de relleno, los valores de diseño varían entre 1.5 y 2; de acuerdo a la contextura del relleno.

θ: ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal

β: ángulo de fricción interna del terreno de corte

Tipo Q

(m3/s)

S n b

(m)

y

(m)

A

(m2)

V

(m/s)

P

(m)

R

(m)

B

(m)

H

(m)

W

(m)

z F

Tabla

Ángulos de fricción interno y

Pesos Específicos de suelos (Valores medios)

Clase de terreno β S (Ton/m3)

Tierra de terraplén seca 37° 1.40

Tierra de terraplén húmeda 45° 1.60

Tierra de terraplén empapada 30° 1.80

Arena seca 33° 1.60

Arena húmeda 40° 1.80

Arena empapada 25° 2.00

Légamo diluvial seco 43° 1.50

Légamo diluvial húmedo 20° 1.90

Arcilla seca 45° 1.60

Arcilla húmeda 22° 2.00

Gravilla seca 37° 1.83

Gravilla húmeda 25° 1.86

Grava de cantos húmedos 45° 1.80

Grava de cantos rodados 30° 1.80

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Para canales revestidos, la USBR (United States Bureau of Reclamation) recomienda un talud estándar de 1.5:1, sin embargo, el talud práctico en estos casos es 0.8:1 a 1:1

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Borde Libre

Espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

Según la USBR (United States Bureau of Reclamation) recomienda estimar el borde libre con la siguiente fórmula

Bl: Borde libre en metros

y: Tirante del canal en m.

C : constante

En forma práctica se diseña un borde libre del canal igual a un 5 a 30% del tirante.

Bl = (0.05 – 0.3)y

Canal Miguel Checa 19 m3/s - P.E Chira Piura

C Q

1.5 < 0.56 m3/s

2.5 Hasta 84.95 m3/s

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Diseño de Canales por Sección de Máxima Eficiencia (SME)

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Diseño de Canales por Sección de Máxima Eficiencia (SME)

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Diseño de Canales por Sección de Mínima Infiltración (SMI)

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Diseño de Canales por SME y SMI

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Diseño de Canales No Erosionables

Velocidad mínima (Vmin)

Las partículas sólidas que son transportadas por el flujo se sedimentan) debido a una baja velocidad.

Velocidades límites -Dubuat Se entiende por velocidad límite o velocidad mínima a la velocidad que debe adquirir el flujo para evitar la sedimentación en un canal y aquella que no permita el crecimiento de plantas

acuáticas. En la práctica se toman valores de

velocidad mayores que 0.4 m/s

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Crecimiento de algas debido a baja velocidad del flujo

Velocidades de Sedimentación

Velocidades límites -Dubuat

Material Velocidad de

Sedimentación

arcilla 0.081 m/s

arena fina 0.16 m/s

arena gruesa 0.216 m/s

Diseño de Canales No Erosionables

Velocidad máxima y Fuerza Tractiva Crítica Es aquella velocidad que no causará erosión del cuerpo del canal, un valor más alto de velocidad podría producir movimiento de las partículas del lecho del canal.

Cuando el agua fluye en un canal, se desarrolla una fuerza que actúa en la dirección del flujo sobre el lecho del canal y es conocida como Esfuerzo Cortante ó Fuerza Tractiva.

El valor medio de la fuerza tractiva unitaria es igual a:

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Velocidad Máxima de Erosión

hSW

Revestimiento

Variación de

Velocidad Máxima

(m/s)

Arena suelta muy ligera 0.30 0.45

Suelo arenoso 0.45 0.60

Suelo arenoso grueso 0.60 0.75

Tierra vegetal, suelo

aluvial

0.75 0.85

Tierra vegetal arcillosa 0.90 1.15

Suelo arcilloso duro 1.30 1.50

Suelo con grava 1.50 1.80

Conglomerado 1.80 2.40

Roca sedimentaria suave 2.40

Roca dura 3.00 4.50

Concreto f’c 140 kg/cm2 3.80 4.40

Concreto f’c 210 kg/cm2 6.60 7.40

Diseño de Canales por Máxima Fuerza Tractiva

Para el diseño de canales estables, los esfuerzos cortantes o fuerzas de arrastre del flujo sobre las paredes de un canal es:

Estas fuerzas no deben ser mayores a los esfuerzos cortantes críticos de fondo y de talud que se requiere para iniciar el movimiento y no exista arrastre de material.

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Transporte de sedimentos

hSW

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Diseño de Canales por Máxima Fuerza Tractiva

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Diseño de Canales por Máxima Fuerza Tractiva

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2

1cos

tg

tg

crf

crtEl esfuerzo cortante crítico de talud (crt) se halla con el siguiente

criterio:

: ángulo de la pendiente lateral del canal : ángulo de reposo del material de del canal

Diseño de Canales por Máxima Fuerza Tractiva

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Bibliografía

Pag web de la ANA , MINAG- Perú

http://www.ana.gob.pe/media/389716/manual-dise%C3%B1os-1.pdf

Villón Béjar, Máximo; “Hidráulica de canales”

Ven Te Chow “Hidráulica de canales”

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