MECANICA DE FLUIDOS SESION 12

HIDRAULICA DE CANALES

(DISEO - FLUJO UNIFORME)

DOCENTE:

Ing. Abimael Antonio Beltrn Cruzado

Huaraz, 2015

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

1.- INTRODUCCION

La presente sesin de aprendizaje da a conocer sobre: HIDRAULICA DE CANALES (DISEO, FLUJO UNIFORME): -Introduccin

- Definicin

- Importancia

2.- OBJETIVO

Conocer, identificar y definir las condiciones hidrulicas

para el diseo.

Conocer el tipo de seccin ms eficiente para el transporte del caudal.

Disear las secciones hidrulicas del canal de tal manera que cumpla con todas las condiciones necesarias

para su funcionamiento eficiente

3.- HIDRAULICA DE CANALES

El diseo hidrulico de canales consiste en realizar el dimensionamiento y la forma geomtrica del canal en funcin al caudal que transporta de acuerdo a la demanda de agua requerida por el sistema de riego.

El diseo comprende la ingeniera de trazo: alineamiento, pendiente de fondo, secciones transversales, as como la forma y dimensiones de la seccin del canal, su revestimiento y la determinacin de las caractersticas hidrulicas como la velocidad y el tirante que permiten establecer el rgimen del flujo de agua en el canal.

El diseo hidrulico trata principalmente al clculo del tirante normal que es el que corresponde para cada descarga en una canal con pendiente de fondo, seccin, seccin transversal y rugosidad de paredes establecidas.

CONSIDERACIONES GENERALES

3.- HIDRAULICA DE CANALES

Condiciones Hidrulicas:

a. Por el tipo de flujo

CONDICIONES HIDRULICAS Y NO HIDRULICAS

PARA EL DISEO

Donde:

V: velocidad (m/s)

g: aceleracin de la

gravedad (m/s2)

A: rea Hidrulica (m2) T: Espejo de agua (m)

Para: F>1; Flujo sper critico

F=1; Flujo critico F

3.- HIDRAULICA DE CANALES

Condiciones de diseo

Mxima eficiencia hidrulica Mnima infiltracin Mxima eficiencia hidrulica y mnima infiltracin

a. Topografa del eje de ruta del canal

Nos muestra el relieve uniforme o quebrado del suelo a lo largo del

eje del canal, segn esto se determina la pendiente.

b. Geologa

Ofrece informacin sobre la conformacin del suelo donde

se alojara la caja del canal, nos ayudara a determinar el talud de la

caja y el coeficiente de Manning para canales sin revestir.

Condiciones no Hidrulicas:

3.- HIDRAULICA DE CANALES

c. Condiciones ambientales Principalmente se considera en el diseo de los canales la temperatura

y sus variaciones. Influye en el fraguado del concreto para canales revestidos.

d. Hidrologa e hidrografa Nos permite conocer las lminas de precipitacin, as como su

distribucin temporal durante el ao. Facilita el diseo de cunetas de drenaje en

la berma interna.

Nos proporciona la ubicacin de los cauces naturales que cruza el

canal y facilita la ubicacin o distanciamiento entre aliviaderos laterales en los

canales principales.

e. Hidrogeologa Nos ofrece informacin de los niveles freticos o superficie

piezomtrica, de tal manera de poder disear detalles especiales de drenaje en

la caja del canal (lloradores), da suma importancia para canales revestidos con

concreto, ya que los efectos de sub presin sobre el revestimiento resulta

perjudicial para la estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal esta

vacio.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

SECCIN HIDRULICA DEL CANAL

Tipos de Seccin Hidrulica

3.- HIDRAULICA DE CANALES

Seccin Rectangular Seccin Trapezoidal

Seccin Parablica Seccin Triangular

3.- HIDRAULICA

SECCIONES MS

COMUNES EN

CANALES

3.- HIDRAULICA DE CANALES

a. Elementos Geomtricos b. Elementos Hidrulicos b: Base menor y: Tirante

B: Base mayor f: Borde libre

H: Altura del talud T: Tirante superficial

z: Talud de la caja del canal

C: Berma interna

D: Berma externa

Componentes de un Canal

3.- HIDRAULICA DE CANALES

PENDIENTE O RASANTE DE UN CANAL DE RIEGO

La pendiente de un canal es uno de los factores ms importantes para

el diseo; su eleccin de la topografa y del aprovechamiento

econmico que se deriva de la condicin del agua.

Es la alineacin del fondo del canal a lo largo de su recorrido, puede ser

uniforme o varear por tramos.

Esta en funcin de la topografa del terreno que sigue el eje del trazo y

segn el tipo del canal, sea principal o secundario.

3.- HIDRAULICA D

Y=A/T

PARA TENER EN

CUENTA

3.- HIDRAULICA DE CANALES

TALUD DE UN CANAL

El talud (z) representa el grado de inclinacin de los lados

que forman la caja del canal con respecto a la horizontal.

Es la relacin de la proyeccin horizontal a la vertical de la

parte lateral del canal.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

NOTA:

Para canales revestidos: Z=1

Para canales sin revestir: Z=1.5

Algunos valores de z a tomar en el diseo hidrulico de un canal

3.- HIDRAULICA DE CANALES

DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE

RUGOSIDAD

a. Para Canales Revestido con Concreto:

Concreto liso 0.013

Concreto bien acabado, usado 0.014

Concreto frotachado 0.015

Concreto sin terminar 0.017

b. Para Canales sin Revestir

En forma prctica, los valores del coeficiente de rugosidad que se usan

para el diseo de canales alojados en tierra estn comprendidos entre 0.025 y 0.030.

c. Para Cauces Naturales

El valor de n es muy variable dependiendo generalmente del tipo y tamao del

material que conforman el lecho del cauce as como tambin del tipo y tamao del

tipo y densidad de vegetacin existente en el cauce. En nuestras zonas generalmente

los valores de n estn 0.060 0.070.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

DISEO HIDRULICO DEL CANAL DE RIEGO

El diseo de un canal trata de la determinacin de su forma y de sus dimensiones, de establecer la necesidad o no de su revestimiento y en este

ltimo caso su tipo, as como verificar las condiciones hidrulicas del flujo.

Para el diseo de canales 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.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

Coeficiente de Manning

Cunetas y canales sin revestir

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa 0,020-0,025

En tierra ordinaria, superficie irregular 0,025-0,035

En tierra con ligera vegetacin 0,035-0,045

En tierra con vegetacin espesa 0,040-0,050

En tierra excavada mecnicamente 0,028-0,033

En roca, superficie uniforme y lisa 0,030-0,035

En roca, superficie con aristas e irregularidades 0,035-0,045

Cunetas y Canales revestidos

Hormign 0,013-0,017

Hormign revestido con ganita 0,016-0,022

Encachado 0,020-0,030

Paredes de hormign, fondo de grava 0,017-0,020

Paredes encachadas, fondo de grava 0,023-0,033

Revestimiento bituminoso 0,013-0,016

Corrientes Naturales

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de

lamina de agua suficiente 0,027-0,033

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de

lamina de agua suficiente, algo de vegetacin 0,033-0,040

Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia 0,035-0,050

3.- HIDRAULICA DE CANALES

La ecuacin ms utilizada es la de Manning, y su expresin es:

Donde:

Q = Caudal (m3/s)

n = Rugosidad

A = rea (m2)

R = Radio hidrulico = rea de la seccin hmeda / Permetro

hmedo

3.- HIDRAULICA DE CANALES

EL TIRANTE DE AGUA (y)

yH

3

4

Donde:

H: Altura del canal

y: tirante

3.- HIDRAULICA DE CANALES

CRITERIOS PARA EL CLCULO DEL TIRANTE DE

AGUA

Los criterios que debe usar el ingeniero proyectista debe ser los ptimos,

teniendo en cuenta todos los factores de agua y suelo, y del rea al cual

abastecer con agua dicho canal.

Se necesita conocer:

La seccin de mxima eficiencia hidrulica

La seccin de mnima infiltracin

La seccin de mxima eficiencia hidrulica y mnima infiltracin.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA

Es aquella que teniendo menor rea hidrulica, permite descargar el

mximo caudal. Dicho de otro modo, es aquella seccin que la corresponde

el mnimo permetro mojado.

Fundamentalmente se utiliza para canales revestidos pues minimiza el

volumen de revestimiento.

22

tg

y

bRelacin base tirante

3.- HIDRAULICA DE CANALES

SECCIN DE MNIMA INFILTRACIN

Si un canal est trazado sobre un terreno bastante permeable se hace necesario

disear una seccin que permita obtener la menor prdida posible de agua por

filtracin.

24

tg

y

b

Relacin base tirante

Se muestra un cuadro de la relacin o base - tirante para secciones de mnima

infiltracin para diferentes taludes.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA

Y MNIMA INFILTRACION

Son las secciones cuyo diseo tiene la finalidad de que el canal

transporte el caudal mximo y tenga una mnima prdida de infiltracin,

estos diseos se realizan para canales sin revestimiento o sea en canales

de tierra, esta seccin viene a ser el promedio de M.E.H y mnima

infiltracin.

La relacin base tirante sera.

2

3 tgy

b

3.- HIDRAULICA DE CANALES

3.- HIDRAULICA DE CANALES

VELOCIDAD MXIMA Y MNIMA PERMISIBLE DEL

AGUA EN CANALES DE RIEGO

La determinacin de la velocidad del agua en un canal es

fundamentalmente para evitar dos problemas que afectaran el normal

funcionamiento del canal y de no tenerse en cuenta, hasta provocaran el

colapso del mismo, estos son:

La erosin

La sedimentacin

En canales sin revestimiento las velocidades, tanto mnima como mxima

estn en un rango de:

0.63 m/s - 0.96 m/s.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

Para canales revestidos tenemos

segn el material de revestimiento.

3.- HIDRAULICA DE CANALES

DISEO DE LA SECCIN HIDRULICADE

UN CANAL DE RIEGO

Est basado en la determinacin de las medidas geomtricas e hidrulicas del

canal. Las medidas geomtricas trabajables para el diseo sern medidas

constructivas.

El diseo de secciones hidrulicas ms usadas son la rectangular y

trapezoidal que son canales que deben tener las condiciones de mxima

eficiencia hidrulica y mnima infiltracin si son sin revestir o seccin de

mximas eficiencia hidrulica para canales revestidos.

Para realizar el diseo de la seccin del canal es necesario

tener como datos:

El talud (Z)

El coeficiente de rugosidad (n) Caudal de diseo (Q)

Pendiente (S).

3.- FLUJO EN TUBERIAS

EJEMPLO: En un canal trapezoidal de ancho de solera 0,7 m y talud Z = 1,

circula un caudal de 1,5 m3/s con una velocidad de 0,8 m/s.

Considerando un coeficiente de rugosidad de n = 0,025, calcular

la pendiente del canal.

3.- FLUJO EN TUBERIAS

EJEMPLO: En el campus de la UCV se desea construir un canal revestido de

concreto, de seccin trapezoidal con talud Z=1, para evacuar las

aguas de lluvia, el caudal de diseo es de 500 lps, el ancho de solera

es 0.5 m. y la pendiente es 1%, se pide: Calcular el tirante del canal.

3.- FLUJO EN TUBERIAS

EJEMPLO: El canal del problema anterior debe atravesar un camino, para lo cual

se debe disear una alcantarilla con tubera de concreto siguiendo la

pendiente del canal, por seguridad el tirante debe ser el 90% del

dimetro de la tubera, se le pide disear indicando el dimetro de la

tubera (en pulgadas) que debe comprarse.

3.- FLUJO EN TUBERIAS

EJEMPLO:

GRACIAS