UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CHIMBOTE PERU

ABRIL-2015

Diseo de Canales

En un proyecto de irrigacin la parte que comprende el diseode los canales y obras de arte, si bien es cierto que son de vitalimportancia en el costo de la obra, no es lo ms importantepuesto que el caudal, factor clave en el diseo y el msimportante en un proyecto de riego, es un parmetro que seobtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condicionesclimticas, mtodos de riego, etc., es decir mediante laconjuncin de la relacin agua suelo planta y la hidrologa,de manera que cuando se trata de una planificacin de canales,el diseador tendr una visin ms amplia y ser mseficiente, motivo por lo cual el ingeniero destaca y predominaen un proyecto de irrigacin.

1.Generalidades

2.CANALES DE RIEGO POR SU FUNCIN

Canal de primer orden.- Llamado tambin canal madre o de derivacin yse le traza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un sololado ya que por el otro lado da con terrenos altos

Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos quesalen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia lossub laterales, el rea de riego que sirve un lateral se conoce como unidadde riego.

Canal de tercer orden.- Llamados tambin sub laterales y nacen de loscanales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia laspropiedades individuales a travs de las tomas del solar, el rea de riego quesirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.

Diseo de Canales

Trazo de canales.- Cuando se trata de trazar un canal o un sistema decanales es necesario recolectar la siguiente informacin bsica

Planos topogrficos y catastrales.

Fotografas areas, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo,vas de comunicacin, etc.

Estudios geolgicos, salinidad, suelos y dems informacin que pueda conjugarse en el trazo de canales.

3.Elementos

bsicos en el diseo 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.

Diseo de Canales

Diseo de Canales

a. Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotndosetodos los detalles que influyen en la determinacin de un eje probable detrazo, 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 ellevantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelar lapoligonal y se har el levantamiento de secciones transversales, estas secciones seharn de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsin de relieve, laseccin se hace a cada 5 m, si el terreno no muestra muchas variaciones y esuniforme la seccin es mximo a cada 20 m.

c. Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo encuenta la escala del plano, la cual depende bsicamente de la topografa de la zonay 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 de1:1000 a 1:2000.

3.Elementos bsicos en el diseo de canales

Diseo de Canales

Radios mnimos en canales.- En el diseo de canales, el cambio

brusco de direccin se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser

muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar

curvas con radios mayores al mnimo no significa ningn ahorro de

energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en

cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayor

desarrollo. Los radios mnimos deben ser redondeados

hasta el prximo metro superior

Radio mnimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s

Capacidad del canal Radio mnimo

Hasta 10 m3/s 3 * ancho de la base

De 10 a 14 m3/s 4 * ancho de la base

De 14 a 17 m3/s 5 * ancho de la base

De 17 a 20 m3/s 6 * ancho de la base

De 20 m3/s a mayor 7 * ancho de la base

Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:

3.Elementos bsicos en el diseo de canales

Diseo de Canales3.Elementos bsicos en el diseo de canales

Radios mnimos en canales:

La siguiente tabla indica radios mnimos segn el autor o la fuente:

Siendo T el ancho superior del espejo de agua

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE

Tipo Radio Tipo Radio

Sub canal 4T Colector principal 5T

Lateral 3T Colector 5T

Sub lateral 3T Sub colector 5T

Diseo de Canales

Radio mnimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s

Capacidad del canal Radio mnimo

20 m3/s 100 m

15 m3/s 80 m

10 m3/s 60 m

5 m3/s 20 m

1 m3/s 10 m

0,5 m3/s 5 m

Radios mnimos en canales.-

La siguiente tabla indica

radios mnimos segn el

autor o la fuente:

3.Elementos bsicos en el diseo de canales

3.Elementos bsicos en el diseo de canales

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, el dibujo del perfil es recomendable

hacerlo sobre papel milimetrado

transparente color verde por ser ms

prctico que el cnson y adems el color

verde permite que se noten las lneas

milimtricas en las copias ozalid.

Diseo de Canales

En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambas 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 trafico.

Diseo de Canales

T = Ancho superior del canal

b = Plantilla

z = Valor horizontal de la inclinacin del talud

C = Berma del camino, puede ser: 0,50; 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.

Seccin tpica

de un canal:

Donde:

a. Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica.

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:

siendo el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z)

b. Determinacin de Mnima Infiltracin.

Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua por infiltracin en canales de tierra,

esta condicin depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuacin que determina la mnima

infiltracin es:

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

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.

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.

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

donde:

Q = Caudal (m3/s) S = Pendiente

y = Tirante (m) b = Plantilla (m)

n = Rugosidad z = Valor horizontal de la inclinacin del talud.

A = Area (m2) R = Radio hidrulico = Area de la seccin hmeda / Permetro hmedo

a. Criterios de diseo

Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseo de canales, aunque el diseofinal se har considerando las diferentes posibilidades y el resultado ser siempre unasolucin de compromiso, porque nunca se podrn eliminar todos los riesgos ydesventajas, nicamente se asegurarn que la influencia negativa sea la mayor posible yque la solucin tcnica propuesta no sea inconveniente debido a los altos costos.

b. Rugosidad

Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo,vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radio hidrulico yobstrucciones en el canal, generalmente cuando se disea canales en tierrase supone que el canal est recientemente abierto, limpio y con un trazadouniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumidodifcilmente se conservar con el tiempo, lo que quiere decir que en laprctica constantemente se har frente a un continuo cambio de larugosidad. La siguiente tabla nos da valores de "n" estimados, estos valorespueden ser refutados con investigaciones y manuales, sin embargo no dejande ser una referencia para el diseo:

n Superficie

0.010 Muy lisa, vidrio, plstico, cobre.

0.011 Concreto muy liso.

0.014 Madera suave, metal, concreto frotachado.

0.017 Canales de tierra en buenas condiciones.

0.020 Canales naturales de tierra, libres de vegetacin

0.025 Canales naturales con alguna vegetacin y piedras

esparcidas en el fondo

0.035 Canales naturales con abundante vegetacin.

0.040 Arroyos de montaa con muchas piedras.

Tabla Valores de rugosidad "n" de

Manning

c.

c. Relaciones Geomtricas de las

secciones transversales mas

frecuentes

d.Taludesapropiados paradistintos tipos dematerial

e. Pendientes: son comunes las pendientes entre 0,001 y 0,005

Velocidades mxima y mnima permisibleVelocidades mximay mnima permisible.- La velocidad mnima permisible esaquella velocidad que no permite sedimentacin, este valor esmuy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuandoel agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero labaja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canalesde tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidadapropiada que no permite sedimentacin y adems impide elcrecimiento de plantas en el canal, la velocidad mxima estalimitada por los valores que producen erosin en elrevestimiento, lo que depende del tipo de material ensuspensin, sino es muy abrasivo se pueden aceptar entre 3 a 4m/s cuando es concreto armado y 2,5 cuando el revestimiento esconcreto simple.

Borde libre.- Es el espacio entre la cota de la corona yla superficie del agua, no existe ninguna regla fija quese pueda aceptar universalmente para el calculo delborde libre, debido a que las fluctuaciones de lasuperficie del agua en un canal, se puede originar porcausas incontrolables.donde: Borde libre: en pies.

C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta2.5 para caudales del orden de los 3000 pies3/seg.Y =Tirante del canal en pies

Borde libre en funcin de la plantilla del canal

Borde libre en tambin es considerado igual a

(1/3 del tirante + 1/5 del tirante)/2, pero

redondeado al mltiplo de 0,05 al nmero

inferior.

Ancho BV B de la plantilla (m) Borde libre (m)

Hasta 0.80 0.40

0.80 1.50 0.50

1.50 3.00 0.60

3.00 20.00 1.00