Topografa de canalesEnviado porRaul Moreno Chiroque

1. Introduccin2. Generalidades3. Partes de un canal4. Canales de riego por su funcin5. Elementos bsicos en el diseo de canales6. Seccin hidrulica ptima7. Diseo de secciones hidrulicas8. Conclusiones9. Anexos10. BibliografaIntroduccinLa localizacin de un canal importante es algo parecida a la descrita para las carreteras, excepto que las pendientes son relativamente pequeas y las diferencias de elevacin pequeas tienen relativamente mayor importancia. Debido a la falta de flexibilidad en las pendientes permitidas, el nmero y variedad de alternativas que se deben investigar durante el reconocimiento son generalmente mucho menores que en la localizacin de una carretera. Para el reconocimiento deber usarse el nivel de anteojo generalmente, poniendo trompos a distancias de mas o menos cien metros a la elevacin de la rasante requerida y hace desde un punto decontrola un extremo de la lnea. La pendiente se elige de manera queel aguacorra con lavelocidaddeseada en la seccin transversal elegida para el canal. Como en el caso de las carreteras, la preliminar puede hacerse exclusivamente en el campo o con una combinacin deprocedimientosde campo y areos. Cuando se utilizan procedimientos topogrficos, generalmente la brigada de nivel va adelante, poniendo estacas a la rasante como una gua para la localizacin correcta de la lnea. Se traza luego una poligonal con el trnsito o la plancheta, con cinta con estada a lo largo de la lnea estacada obteniendo suficientesdatostopogrficos y planimetritos, con los que se pueda trazar la lnea definitiva en su posicin correcta.En general, los trabajos topogrficos para la localizacin yconstruccinde un canal son los mismos que para una carretera o ferrocarril. Existen, sin embargo, algunas diferencias en elproyectoque se hace en el gabinete de la lnea central debido principalmente a la forma de la seccin transversal. En los cortes de poca profundidad, la seccin transversal del canal tiene la forma de un canal excavado con un terrapln a cada lado, construidos con el material excavado. En ladera el material excavado se usa para formar un terrapln en el lado de ladera abajo del canal. En vez de construir un terrapln en los tramos bajos, como se hara al construir un ferrocarril o una carretera, se usan comnmente un acueducto o un sifn invertido.DESARROLLO DEL TEMAGeneralidadesEn un proyecto de irrigacin la parte que comprende eldiseode los canales y obras dearte, si bien es cierto que son de vital importancia en elcostode 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.Partes de un canalA lo largo de un canal de riego se sitan muchas y variadasestructuras, llamadas "obras de arte", estas son, entre otras: Obras de Derivacin.- que como su nombre lo indica, se usan para derivar el agua (utilizandopartidores), desde un canal principal (ejm. unaacequia) a uno secundario (ejm. unbrazal), o de este ltimo hacia un canal terciario, o desde el terciario hacia el canal de campo y el can deboquera. Generalmente se construyen enhormign, o enmamposterade piedra, y estn equipadas concompuertas, algunas simples,manuales(tambin denominadastablachos, y otras que pueden llegar a ser sofisticadas. Controles de Nivel.- muchas veces asociadas a las obras de derivacin, son destinadas a mantener siempre, en el canal, el nivel de agua dentro de un cierto rango y, especialmente en los puntos terminales, con una inclinacin descendente Controles de seguridad.- estos deben funcionar en forma automtica, para evitar daos en elsistema, si por cualquier motivo hubiera una falla de operacin (alguien deca alguna vez, que no puede ser que si una vaca decide acortarse en el canal a tomar el fresco, todo el sistema, en cascada se autodestruya), esto que parece una broma es tomado muy en serio por los proyectistas de lossistemasde riego. Existen bsicamente dos tipos de controles deseguridad: losvertederos, y lossifones; Secciones de aforo.- destinadas a medir la cantidad de agua que entra en un determinado canal, en base al cual el usuario del agua pagar, por elservicio. Existen diversos tipos desecciones de aforo, algunas muy sencillas, constan de una regla graduada que es leda por el operador a intervalos pre establecidos, hasta sistemas complejos, asociados con compuertas autorregulables, que registran el caudal en forma continua y lo trasmiten a la central de operacin computerizada. obras de crucedel canal de riego con otras infraestructuras existentes en el terreno, pertenecientes o no al sistema de riego. Estas a su vez pueden ser de: cruce de canal de riego con uncanal de drenajedel mismo sistema de riego; cruce de un dren natural, con el canal de riego, a una cota mayor que este ltimo cruce de canal de riego con una hondonada, o valle; cruce de canal de riego con una va.Canales de riego por su funcinLos 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 un sistema de riego, este sistema adopta el nombre ocodificacindel canal madre o de primer orden.Elementos bsicos en el diseo de canalesSe 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 los datos precisos, 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 01. 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

Fuente: "International Institute For Land Reclamation And Improvement" ILRI,Principios y Aplicaciones del Drenaje, Tomo IV, Wageningen The Netherlands 1978.Tabla 02. Radio mnimo en canales abiertos enfuncindel espejo de agua

Fuente: Salzgitter Consult GMBH "Planificacin de Canales, Zona Piloto Ferreafe"Tomo II/ 1- Proyecto Tinajones Chiclayo 1984.Tabla 03. 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. Elementos de una Curva de un Canal

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.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 la velocidad obtenida 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 suelo Seccin tpica de un canal

Donde: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 sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., segn el canal 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 trfico.Seccin hidrulica ptima 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:

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 04. 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/2 . Donde: R = Radio hidrulico, e Y = Tirante del canal.No 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.Diseo de secciones hidrulicasSe 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:

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 inconvenient e debido a los altoscostos. 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 davaloresde "n" estimados, estos valores pueden ser refutados coninvestigacionesy manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseo:Tabla 05. Valores de 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 de vegetacin.

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.

Tabla 06. Relaciones geomtricas de las secciones transversales ms frecuentes.

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:Tabla 07. 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 en grandes canales1:1

Arcilla firme 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 Desarrollode Aguas y Tierras CIDIAT, Merida,Venezuela, 1974Tabla 08. Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo

Fuente: Aguirre Pe, Julin, "Hidrulica de canales", Dentro Interamericano deDesarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974 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.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 09. Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin

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 conducir el agua a mayores velocidades sinerosin, que otros menos profundos.Tabla 10. Velocidades mximas en hormign en funcin de suresistencia.

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978Esta tabla 10, 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. 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 pies.Tabla 11. 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, 1981Conclusiones Loscanales de riegotienen la funcin de conducir el agua desde la captacin hasta el campo ohuertadonde ser aplicado a los cultivos. Son obras de ingenieraimportantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no provocardaos alambientey para que se gaste la menor cantidad de agua posible. Estn estrechamente vinculados a las caractersticas del terreno, generalmente siguen aproximadamente las curvas de nivel de este, descendiendo suavemente haciacotasms bajas (dndole una pendiente descendente, para que el agua fluya ms rpidamente y se gaste menos lquido). La construccin del conjunto de los canales de riego es una de las partes ms significativas en el costo de lainversininicial delsistema de riego, por lo tanto su adecuadomantenimientoes una necesidad imperiosa. Las dimensiones de los canales de riego son muy variadas, y van desde grandes canales para transportar varias decenas de m3/s, los llamados canales principales, hasta pequeos canales con capacidad para unos pocos l/s, son los llamados canales de campo.Anexos

Bibliografa HARVEY CONDORI LUQUE - Ingeniero Agrcola - Especialista en Manejo deRecursos NaturalesPer - Puno diciembre de 2004. VILLN BJAR MXIMO; "Hidrulica de canales" - Depto. De Ingeniera Agrcola Instituto Tecnolgico de Costa Rica - Editorial Hozlo - Lima, 1981. "INTERNATIONAL INSTITUTE FOR LAND RECLAMATION AND IMPROVEMENT" -Principiosy Aplicaciones del Drenaje - Tomo IV - Wageningen The Netherlands 1978. SALZGITTER CONSULT GMBH - "Planificacin de Canales - Zona Piloto Ferreafe" - Tomo II/ 1- Proyecto Tinajones Chiclayo 1984. MINISTERIO DE AGRICULTURA - Boletn Tcnico N- 7 "Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" - Lima 1978. AGUIRRE PE, JULIN - "Hidrulica de canales" - Dentro Interamericano de Desarrollo de Aguas y Tierras CIDIAT- Mrida- Venezuela, 1974.Autor:Moreno Chiroque RalGarcia Togas Giancarlo Warner" AO DEL CENTENARIO DE MACHUPICCHU PARA EL MUNDO"

FACULTAD DE AGRONOMAESCUELA DE INGENIERIA AGRCOLATRABAJO ENCARGADOCURSO : TOPOGRAFA IIPROFESOR : ING. GILMER CAMACHO LZAROPiura, 28 de diciembre del 2011

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