DISEO HIDRAULICO DE CANALES

UNSM - FIC

ndiceI INTRODUCCIN

Pg. 2II OBJETIVOS

Pg. 2III DISEO HIDRAULICO DE CANALES

Pg. 33.01Consideraciones Generales

Pg. 33.02Condiciones hidrulicas para el diseo.

Pg. 43.03Seccin Hidrulica del Canal.

Pg. 53.04Pendiente o rasante del Canal de riego.

Pg. 73.05Taludes del Canal

Pg. 73.06Eleccin del Talud del Canal.

Pg. 83.07Rugosidad de la caja del Canal (n)

Pg. 83.08Determinacin del coeficiente de rugosidad (n) de Manning

Pg. 93.09Diseo Hidrulico del canal de riego.

Pg. 103.10El Tirante de agua.

Pg. 113.11Criterios para el clculo del tirante de agua. Pg. 113.12Secciones de mxima eficiencia hidrulica. Pg. 113.13Secciones de mnima infiltracin.

Pg. 133.14Seccin de mxima eficiencia hidrulica y mnimainfiltracin.

Pg. 143.15Velocidades mximas y mnimas permisibles del agua en canales de riego.

Pg. 153.16Diseo de la seccin hidrulica de un canal deRiego.

Pg. 173.17Desarrollo de problemas aplicados.

Pg. 193.18Empleo del programa H Canales, en el diseo de

secciones hidrulicas.

Pg. 23IV CONCLUSIONES

Pg.26V RECOMENDACIONES

Pg.27VI BIBLIOGRAFIA

Pg.28I. Introduccin

El presente capitulo pretende contribuir con elementos de juicio que permitan tomar decisiones acertadas en cuanto al diseo, aspectos constructivos y mejoramiento de obras hidrulicas para riego.

La importancia en el rea hidrulica de canales es el diseo de canales capaces de transportar agua entre dos puntos de una forma segura a un costo optimo, es este captulo se trata los aspectos hidrulicos del diseo de canales, adems este estudio se limitar al diseo de canales para flujo uniforme.

Los canales y las obras de arte en un sistema de riego son estructuras de mucha importancia para el diseo hidrulico de los sistemas. Los canales de tierra causan altas prdidas en la conduccin del agua para riego, por lo que existen muchas demandas para su mejoramiento. As mismo, obras como aforadores, repartidores, paso de quebradas, desarenadores, cadas y rpidas, son esenciales en una topografa tan accidentada.

A todos estos aspectos, es fundamental agregar que las obras fsicas son solo una parte de los sistemas de riego, cuyas condiciones de gestin se encuentran insertas en una realidad social y cultural diversa.

El conocimiento de diseo hidrulico de canales, es esencial para el diseo de estas estructuras, ya que ella proporciona los principios bsicos, para obtener los diferentes parmetros de diseo como la pendiente, la rugosidad, el talud, etc.

II. Objetivos Al finalizar el alumno deber conocer, identificar y definir las condiciones hidrulicas para el diseo de un canal.

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.

Conocer el proceso constructivo de los canales. Al termino el alumno deber saber aplicar el programa H Canales, para el diseo de secciones hidrulicas.III. Diseo Hidrulico de Canales3.1 CONSIDERACIONES GENERALES:

El diseo de un canal se refiere a la seleccin del trazo, tanto en su alineamiento como en su pendiente de fondo, a la seleccin de la forma y dimensiones de su seccin transversal, a la seleccin de su revestimiento y a la determinacin de las caractersticas hidrulicas como la velocidad y tirante que permiten establecer el rgimen del flujo.

Para el diseo de un canal se asegura que el flujo es permanente y uniforme, es decir, que se trata de un tramo suficientemente largo, recto y con una sola pendiente de fondo, a la cual resulta paralela la gradiente hidrulica.

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 transversal y rugosidad de paredes establecidas.

La topografa es importante porque segn sea el relieve uniforme o quebrado se proyectan cambios de direccin en el trazo y si se presentan contrafuertes se plantea la alternativa de Tneles; el talud de las laderas condiciona la seleccin de las proporciones entre la base y el tirante para variar los volmenes de corte y de relleno.

El estudio geolgico est orientado a ofrecer informacin que permita dar seguridad a las obras durante la construccin y posteriormente durante la operacin.Los estudios de geomorfologa e hidrologa estn orientados a prevenir problemas de deslizamientos, derrumbes y los efectos del agua en los materiales aluviales y coluviales.Las condiciones ambientales que principalmente se consideran el diseo de los canales son las temperaturas y sus variaciones y la vegetacin natural. Las grandes variaciones de temperatura tienen una alta influencia en la seleccin de la fija de revestimiento en los canales.

3.2 CONDICIONES HIDRULICAS PARA EL DISEO:

A nivel de parcela lo ms generalizado es encontrar canales de tierra de seccin trapezoidal, por lo cual las recomendaciones que se proporcionan estarn orientadas ms a estos tipos de canales.Durante el diseo hidrulico de canales es necesario tener presente ciertas condiciones que tienen que ver directamente o estn relacionadas, entre si y que es necesario conocer entre estas condiciones tenemos los estudios bsicos de ingeniera.

CONDICIONES TOPOGRFICAS.

Nos permite definir el trazo del eje del canal, si tenemos topografa plana ligeramente inclinada sumamente irregular, el eje del canal presentara una planta diferentes cambios de direccin.

Estos factores inciden directamente en la velocidad del agua en el canal, la pendiente del canal, etc.

CONDICIONES GEOLGICAS.

Nos permitir conocer las propiedades y caractersticas de los suelos en las cuales se remplazar la caja del canal, por lo tanto nos permitir elegir la seccin hidrulica del canal la estabilidad del suelo y determinar los taludes de corte.

CONDICIN SISIMICA O SISMOLOGIA.

Nos permitir definir la localizacin y/o emplazamiento del canal. As mismo nos permitir conocer ciertos factores de seguridad que hay que adoptar durante la fase del diseo.

CONDICIN CLIMATOLOGICA.

Que est ligado directamente con las variaciones bruscas de temperatura que inciden en la toma de decisiones para elegir el tipo de materiales con el que hay que recubrir o revestir la caja del canal.

CONDICION MEDIO AMBIENTAL.

Est ligado directamente con la cobertura vegetal que puede desarrollarse dentro de la caja del canal, que aumenta el valor de la rugosidad en las paredes de la caja del canal.

3.3 SECCION HIDRAULICA DEL CANAL

La seccin transversal de un canal puede adoptar prcticamente cualquier forma geomtrica, siendo las ms comunes. Seccin rectangular: Es la ms simple, requiere de taludes estables y queda determinada con dos elementos como la base y el tirante; se emplea para acueductos de madera, canales excavados en roca y para canales revestidos.

Seccin trapezoidal: La ms usada para canales su tierra, o frece ventaja de poder utilizarse en ciertos casos sin revestimientos especiales.

Seccin circular: Utilizado como semicircular en canales en tierra y acueductos o completos en tneles.

Seccin en herradura y ovoide: Utilizado el primero en tneles y el segundo como colector de desages fluviales y cloacales. Con la seccin ovoide se consigue tirantes grandes con caudales relativamente pequeos y pequea pendiente.

Seccin parablica: Principalmente prefabricada, se aproxima a la seccin estabilizada de muchos cursos naturales de agua.

ELEMENTOS GEOMTRICOS DE LA SECCIN DE UN CANAL

3.4 PENDIENTE O RASANTE DEL CANAL DE RIEGO:La pendiente o rasante 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. Debe as permitir dominar las cotas que permitan el riego de las tierras aptas para la agricultura de un proyecto de irrigacin. La pendiente seleccionada debe sustentar una velocidad del agua tal que las dimensiones de la caja y de la plataforma del canal produzcan el menor movimiento de tierras.Usualmente se verificar que corresponda a un valor intermedio entre aquellas que podran provocar erosiones o sedimentaciones en el canal.

La pendiente mxima admisible para canales de tierra vara segn la lectura; en la siguiente tabla se muestran las pendientes mximas recomendadas en funcin del tipo de suelo.

CUADRO N 01

TIPO DE SUELOSPENDIENTES (%0)

Suelos sueltos

Suelos francos

Suelos arcillosos 0.5 - 1.0

1.5 - 4.5

3.0 - 4.5

Frente: Hidrulica de canales Mximo Villn B.

3.5 TALUD DEL CANAL:El talud se desagua como la relacin de la proyeccin horizontal a la vertical de la indicacin de las paredes laterales.Mientras ms inestables sea el material menor ser el ngulo de inclinacin de los taludes.

Tabla. 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 o tierra en grandes canales1:1

Arcilla firma o tierra en canales pequeos1.5 : 1

Tierra arenosa suelta2:1

Greda arenosa o arcilla porosa3:1

3.6 ELECCIN DEL TALUD DEL CANAL:La inclinacin de los taludes en canales sin revestir o en canales revestidos, en los canales el revestimiento tiene como funcin el control de prdidas por infiltracin, depende del grado de estabilidad que ofrece el material sobre el mal se construir el canal; as, mientras ms inestable sea el material, menos deber ser el ngulo de inclinacin de los taludes.Para la determinacin de los taludes se debern considerar asimismo los procedimientos constructivos, las dimensiones del canal, las condiciones climatolgicas y el comportamiento del material del grupo revestimiento.

Para fines de diseo, pueden utilizarse los valores de Z, recomendados en el cuadro siguiente: CUADRO N 02

MATERIALCORTERELLENO

Roca dura o sana.

Roca blanda o fisurada.

Roca suelta, grava cementada arcilla y hardpan ordinario. Arcilla con grava, suelo franco.

Suelo franco con grava.

Arena y grava y arena bien gravada.

Arena fina y limo (no plstico)1/4-1/5

1/2-1/3

3/4- 4/5

1

1

1 -2

2 - 31

1

1

1

1 - 2

2

Fuente: Diseo y construccin de canales Francisco Coronado del Aguila 3.7 RUGOSIDAD DE LA CAJA DEL CANAL (n):Es la resistencia al flujo del agua, que presentan los revestimientos de los canales artificiales y la geologa del cauce en los conductos naturales; se relaciona principalmente a las condiciones y al estado de conservacin de los revestimientos. El coeficiente de rugosidad depende del material, de su acabado y de su deterioro con el tiempo.La rugosidad 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 el tiempo, lo que quiere decir que en al prctica constantemente se har frente a un continuo cambio de la rugosidad.3.8 DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n) DE MANNINGAplicando la frmula de Manning, la ms grande dificultad reside en la determinacin del coeficiente de rugosidad n. En el estado actual de conocimiento, el seleccionar un valor de n actualmente significa estimar la resistencia al escurrimiento en un canal dado, lo cual es realmente un asunto intangible.

En forma prctica, los valores del coeficiente de rugosidad que se usan para el diseo de canales alojados en tierra estn comprendidos antes 0.025 y 0.030 y para canales revestidos de concreto 0.015.

VEN THE CHOW nos proporciona coeficiente de rugosidad para deficiente tipos de canales.CUADRO N 03

TIPO DE CANAL Y DESCRIPCINMNIMONORMALMXIMO

A) Conductos cerrados fluyendo parcialmente llenos.

1) Cemento

a) Pulido de superficie.

b) Mortero.

2) Concreto

a) Alcantarilla, recta y libre de desperdicios.

b) Alcantarilla con codos, conexin y algunos desperdicios.

c) Terminado.

d) Cloaca con vlvulas, entradas, etc. recto.

e) Sin terminar, con encofrado metlico.

f) Sin terminar, con encofrado pulido de madera.

g) Sin terminar, con encofrado comn de madera.

B) Canales revestidos o fabricados.

1) Metal corrugado.

2) Cemento

a) Limpio en la superficie.

b) Mortero.

3) Concreto.

a) Terminado con cuchara

b) Terminado con lechada

c) Terminado con grava en el fondo.

d) Sin terminar.

e) Gunita en seccin correcta.

f) Gunita en seccin ondulada.

g) Sobre roca excavada pareja.

h) Sobre roca excavada irregular. 4) Fondo de concreto terminado con lechada con los costados de:

a) Piedra acomodada en mortero.

b) Piedra volcada en mortero.

c) Mampostera de piedra de partida cementada ay revocada.

d) Mampostera de piedra partida cementada.

5) Fondo de grava con costado de:

a) Hormign encofrado.

b) Piedra volcada en mortero

c) Piedra partida suelta.0.010

0.011

0.010

0.011

0.011

0.013

0.012

0.012

0.015

0.021

0.010

0.011

0.011

0.013

0.015

0.014

0.016

0.018

0.017

0.022

0.015

0.017

0.016

0.020

0.017

0.020

0.0230.011

0.013

0.011

0.013

0.012

0.015

0.013

0.014

0.017

0.025

0.011

0.013

0.013

0.015

0.017

0.017

0.019

0.022

0.020

0.027

0.017

0.020

0.020

0.025

0.020

0.023

0.0330.013

0.015

0.013

0.014

0.014

0.017

0.014

0.016

0.020

0.030

0.013

0.015

0.015

0.016

0.020

0.020

0.023

0.025

0.020

0.024

0.024

0.030

0.025

0.026

0.036

.

** Fuente: Diseo hidrulico de canales.

3.9 DISEO HIDRAULICO DEL CANAL DE RIEGOEl 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. La determinacin de la forma y dimensiones del canal se refiere a la seleccin de los taludes del canal y el clculo de la base, tirante y el borde libre. El comportamiento hidrulico del canal se evala a partir de la curva de descargas, que relaciona para cada tirante, la velocidad, la descarga y el nmero de fraude.

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.

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

Donde:

Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Area (m2)

R = Radio hidrulico = Area de la seccin hmeda / Permetro hmedo.

3.10 EL TIRANTE DE AGUAEl tirante es la altura del agua en el canal; su seleccin tiene gran influencia en la eficiencia de la conduccin y en el costo de las obras; guarda una relacin directa con la base.

Es recomendable que el tirante quede en corte o siempre en excavacin aunque puede aceptar que parte de l quede en relleno.

Para canales en media ladera se buscar que el tirante sea el mximo posible a fin de que el ancho del canal disminuya y el movimiento de tierra sea el menor.

En terrenos planos y para canales sin revestir se preferirn los tirantes mnimos a fin de evitar valores altos de los esfuerzos de corte que puedan provocar deformaciones del canal como ensanchamientos y socavaciones.

En la determinacin de las dimensiones de un canal deber de verificarse que el tirante normal mximo corresponda al caudal de diseo.

3.11 CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL TIRANTE DE AGUA. Se deben tener en cuenta los siguientes criterios de las secciones de un canal:

a) Seccin de mxima eficiencia hidrulica.b) Seccin de mnima infiltracin.c) Secciones de mxima eficiencia hidrulica y mnima infiltracin.3.12 SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA.

Es aquella para la cual una seccin mojada, pendiente y calidad de las paredes descarga el mximo caudal, dicho de otro modo es aquella seccin que le corresponde el mnimo permetro mojado.

Fundamentalmente se utiliza para canales revestidos pues minimiza el volumen de revestimiento.

Derivando con relacin al tirante igualando a uno se tiene la siguiente relacin de mximo eficiencia hidrulica.Relacin base - Tirante

As, el radio hidrulico de esta seccin resulta.

Y el ngulo del talud resulta,

El permetro para M.E.H sera,

El cuadro N 04 contiene los valores de los elementos geomtricos de la seccin de mxima eficiencia hidrulica de las formas ms recurridas en el diseo de canales.

SECCINREA

APERMETRO MOJADORADIO HIDRULICOESPEJO

DE

AGUA

Trapezoidal 3 y23 y2 y 3y

Rectangular 2 y24y y2y

Triangular y22 y2 2 y 2y

Semicrculo 2 y2y y2y

Parbola 2 y28/3 2 y y2 2y

Relacin base tirante para sucesiones trapezoidales y rectangular de M.E.H.

TALUD

Z011 23

B/y2.0001.5621.2361.0000.8280.6050.4720.325

3.13 SECCIN DE MNIMA INFLITRACIN.

Si un canal esta trazado sobre un terreno bastante permeable se hace necesario disear una seccin que permitas obtener la menor perdida posible de agua por filtracin.

Para obtener la formula de la seccin de mnima infiltracin, consideramos un canal con una seccin trapezoidal. La infiltracin depende de la permeabilidad del material, para flujo laminar parcy encontr una proporcin lineal entre la gradiente i, y la velocidad del flujo V.

En la que K es coeficiente de proporcionalidad y de permeabilidad del material.

De este modo, en el fondo la perdida por metro lineal del canal con ancho b ser.

En tanto que en cada talud de filtracin corresponde a:

En los taludes del canal resultara una perdida por metro lineal.

Diagrama de filtraciones en un canal

De este modo la prdida total por filtracin en el permetro mojado resulta.

Derivando el caudal con respecto al tirante se tiene la relacin base tirante

Se muestra un cuadro de la relacin o base - tirante para secciones de mnima infiltracin para diferentes taludes.

TALUD

Z011 23

B/y4.003.1242.4722.001.6571.2110.9440.65

3.14 SECCIONES DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA Y MNIMA INFILTRACIN.

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.

3.15 VELOCIDAD MXIMA Y MNIMA PERMISIBLE DEL AGUA EN CANALES DE RIEGO La velocidad mnima permisible. Es aquella velocidad que no permite sedimentacin, valores experimentales indican que este valor mnimo es 0.30 m/s, velocidades menores. Disminuyen la capacidad de conduccin del canal.

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 las plantas, 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.Es la velocidad que el agua alcanza en el canal sin que origine la erosin o desprendimiento de los materiales que conforman la caja del canal.

En canales revestidos la velocidad mxima permisible es de promedio de 2.5m/seg. Y en canales sin revestir es variable dependiendo del tipo de materiales que conforman la caja del canal. Para canales alojados en tierra, generalmente estn comprendidos entre 0.30-0.80m/seg.

Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin

MATERIAL DE LA CAJA DEL CANAL

"n"

ManningVelocidad (m/s)

Agua limpiaAgua con partculas coloidalesAgua transportando arena, grava o fragmentos

Arena fina coloidal0.0201.450.750.45

Franco arenoso no coloidal0.0200.530.750.60

Franco limoso no coloidal0.0200.600.900.60

Limos aluviales no coloidales0.0200.601.050.60

Franco consistente normal0.0200.751.050.68

Ceniza volcnica0.0200.751.050.60

Arcilla consistente muy coloidal0.0251.131.500.90

Limo aluvial coloidal0.0251.131.500.90

Pizarra y capas duras0.0251.801.801.50

Grava fina0.0200.751.501.13

Suelo franco clasificado no coloidal0.0301.131.500.90

Suelo franco clasificado coloidal0.0301.201.651.50

Grava gruesa no coloidal0.0251.201.801.95

Gravas y guijarros0.0351.801.801.50

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978

Para velocidades mximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los nuevos; adems un canal profundo conducir el agua a mayores velocidades sin erosin, que otros menos profundos.Velocidades mximas en hormign en funcin de su resistencia.

RESISTENCIA, en kg/cm2PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS

0.513510

509.610.612.313.014.1

7511.212.414.315.216.4

10012.713.816.017.018.3

15014.015.618.019.120.6

20015.617.320.021.222.9

Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseo Hidrulico", Ed. MIR, Mosc, 1978

MATERIAL DE REVESTIMIENTO VELOCIDAD MAX. (m/s)

Suelo de ceniza volcnica

Tierra vegetal arcilla

Suelo arcilloso duro

Suelo con grava

Conglomerado

Concreto fc 140 Kg/cm2

Concreto fc 210 Kg./cm2

Planchas de acero.

CARACTERSTICAS DE LOS SUELOS

Canales en tierra franca

Canales en tierra arcillosa

Canales revestidos con piedras y mezcla simple

Canales revestidos de mampostera de piedra y concreto

Canales revestidos con concreto

Canales en roca:

Pizarra

Areniscas consolidadas

Rocas duras, granito, etc0.95

1.15

1.50

1.80

2.40

4.40

7.40

20.00

VELOCIDAD MAX. (m/s)0.60

0.80

1.00

2.00

3.00

1.25

1.50

3 a 5

Fuente: Mximo Villn B., Hidrulica de Canales,pg 86

3.16 DISEO DE SECCIONES HIDRULICAS.

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 rea a ser irrigado, el modulo de riego, plano topogrfico para estimar la pendiente, anlisis de suelo para ver el material predominante para estimar el talud y el coeficiente de rugosidad segn el tipo de revestimiento que se quiera dar.

Para el diseo de la seccin hidrulica de un canal revestido de concreto se sigue los siguientes pasos:

1) Con los que ya tenemos de las tablas se tiene:

El talud (Z)

El coeficiente de rugosidad (n)

Caudal de diseo (Q)

Pendiente (S).

Con el talud (Z) la relacin base tirante.

2) De la relacin y el talud se obtiene un valor K de la tabla para la frmula de Manning en canales abiertos se obtiene la base o solera de la siguiente frmula:

3) De la relacin se obtiene el tirante.

4) Se calcul la profundidad total del canal o sea con todo borde libre (BL).

H = y + BL

de donde BL =

H = y +

H = 4 y

0,3 BL

3

5) Clculo del rea hidrulica.

AH = (b + Zy) y

6) Clculo del permetro mojado mnimo.

7) Verificar de la velocidad con la ecuacin de continuidad.

V = Q m/seg.

AH

Para verificar que no exceda de la velocidad mxima permisible ni sea inferior a la velocidad mnima para no producir socavacin y sedimentacin respectivamente.

3.17 DESARROLLO DE PROBLEMAS APLICADOS.1.- un canal de seccin rectangular revestido en concreto (n =0.0016) debe conducir en el canal Q= 3 m3 / seg con una velocidad V =1.5, calcular:

Las dimensiones de la seccin de mxima eficiencia hidrulica

La pendiente necesaria

Si A = b Y P =2Y +b B =A/Y P = 2Y + A/Y Max eficiencia dp/ dy = 2 A/Y2 = 0 2Y2 = A b =2YSi sabemos Q = V.A A = Q/V A = 3/1.5 A = 2 m2 Tenemos 2Y2 =2 Y = 1 b= 2 *1 b = 2

Por lo tanto el permetro mojado:

P = 2Y+b P = 2*1+2 P = 4

Por manning:

Q = S 1/2 R 2/3 A/n S= Q*n*P 2/3 S = [3*0.016*42/3 ]2 A5/3 25/3S = 0.00068

2.- Un canal trapezoidal excavado en tierra tiene un tirante de 0.8 m, y un talud z = 1.5, pendiente S= 0.001 y debe conducir un caudal, Q= 2.105 m3/seg. Calcular ancho de solera y la velocidad media n = 0.025.

Calculo del rea:

A= bY + ZY2 A = 0.8b + 0.96Calculo del permetro mojado:

P = 2 1 + Z2 Y + b

P = 2 1 + 1.52 (0.8) + b

P = 2.88 + b

Entonces: por maning tenemos Clculo de la velocidadQ = S 1/2 R 2/3 A/n Q = V. A

Q n/ S =A2/3.A/P2/3 V = Q/A

Q n/ S =A5/3/P2/3 V = 2.105/(0.8*2+0.96)

2.105 * 0.025 = (0.8 b + 0.96)5/3 (0.001)1/2 (2.88 + b)2/3

Por tanteo tenemos que:

b= 2.00m3.- Un canal circular conduce un gasto de 10m3/seg con una velocidad media de 2 m/s y una profundidad normal igual a 0.75 do. Para una rugosidad de 0.012, determinar:

La pendiente que corresponda a dicho flujo

do

Y

Q =10 m3/seg

V= 2 m3/seg

Y= 0.75 do

n = 0.012A = 0.6319 y Q n * 1.49 = 0.91D 2 Y8/3 S1/2 A=Q/V =10/2= 5m2LUEGO:

do2= 5/0.6319 do = 2.81 Y=0.75 * 2.81 Y = 2.11Entonces:

Q n * 1.49 = 0.91Y8/3 S 1/2S = 10*0.0012*1.49 = 0.027

S = 0.0007 7.34* 0.913.18 EMPLEO DEL PROGRAMA H CANALES, EN EL DISEO DE SECCIONES HIDRAULICAS.Como toda tecnologa computacional, HCANALES ha tenido un proceso de evolucin, a fin de estar actualizado con las plataformas computacionales y tambin para satisfacer nuevas opciones de clculo de los usuarios, este proceso es como se indica: En junio de 1987, nace la primera versin de Hcanales en ambiente DOS, con el nombre Software para Hidrulica de Canales, se utiliz Basic como herramienta de desarrollo. En agosto de 1991, sale la versin 2.0 tambin en ambiente DOS, con el nombre de HCANALES se utiliz QuickBasic como herramienta de desarrollo. En diciembre de 1994, nace la primera versin en ambiente Windows, con el nombre HCANALES para Windows 3.1, se utiliz Visual Basic 3.0, como herramienta de desarrollo. En enero de 1998, sale HCANALES versin 2.0 para Windows 95 y Windows 98, se utiliz Visual Basic 5.0, como herramienta de desarrollo. En julio del 2000, sale HCANALES versin 2.1 para Windows 95, Windows 98, Windows 2000 y Windows Millennium, se utiliz Visual Basic 6.0, como herramienta de desarrollo. En octubre-noviembre del 2006, sale HCANALES versin 3.0 para Windows 98, Windows 2000 Windows Millennium y Windows XP, se utiliz Visual Basic 6.0, como herramienta de desarrollo.

Descripcin del sistema

El sistema permite resolver los problemas ms frecuentes que se presentan en el diseo de canales y estructuras hidrulicas, los cuales son: Calcular el Tirante Normal Calcular el Tirante Crtico Calcular el Resalto Hidrulico Calcular la Curva de Remanso Calcular el caudal que transporta un canal construido para las secciones transversales artificiales de uso comn, como son: seccin triangular seccin rectangular seccin trapezoidal seccin parablica seccin circular Calcular el caudal que transporta un canal natural tanto para rugosidad constante como para rugosidad variable.

Calcular b, S o n para canales trapezoidales, rectangulares y triangulares Clculos de parmetros hidrulicos en canales circulares conocido la relacin y/d Calcular S o n en secciones circulares Clculos en orificios, compuertas y vertederos Clculo de transiciones de entrada y salida alabeadas Clculo de vertederos laterales Clculo de prdidas en canales no revestidos y revestidos

La solucin a estos problemas requiere de clculos mediante el uso de mtodos numricos, como: Mtodo de Newton-Raphson Mtodo de la secante Mtodo de la secante modificada Integracin grfica Interpolacin de Lagrange Algoritmo de RombergProporciona adems al usuario: Ayuda sobre cada una de las opciones del Men Principal, donde se da explicacin de los conceptos y ecuaciones utilizadas.

Ayuda sobre consideraciones prcticas para el diseo de canalesImportanciaHCANALES representa una contribucin de la Escuela de Ingeniera Agrcola al diseo de canales y estructuras hidrulicas, es importante porque: Proporciona una herramienta novedosa y fcil de utilizar para el ingeniero civil, ingeniero agrcola, ingeniero agrnomo y otros especialistas que trabajen en el campo del diseo de canales y estructuras hidrulicas. Permite simplificar los clculos laboriosos. Permite simular el diseo de canales, variando cualquier parmetro hidrulico como: diferentes condiciones de rugosidad, pendiente, forma, y dimensiones del canal. Reduce enormemente el tiempo de clculo. Permite obtener un diseo ptimo.ImpactoHCANALES est marcando la pauta como herramienta de diseo de canales, ya que su uso se ha popularizado tanto en Costa Rica, como en Nicaragua, El Salvador, Guatemala, Mxico, Per, Chile, Cuba, Ecuador, Bolivia, Argentina, Venezuela y otros, a travs de la divulgacin que se ha realizado. En varios pases las instituciones encargadas de la revisin de trabajos de diseo de canales exigen que dentro de las memorias de clculo se presenten pantallas de Hcanales, por ejemplo aqu en Costa Rica, el Departamento de Aguas del MINAE as lo hace.IV. Conclusiones

Con la informacin que podemos obtener en campo y aplicada en el gabinete es muy importante porque nos da los resultados de las condiciones que requiere una construccin y nos permite as elegir el tipo de canal que se requiere disear y los materiales a utilizar. El caudal es el dato ms importante de un canal de riego, porque es de donde el diseador debe partir al iniciar el diseo de un canal de riego, ya que nos permite tener una aproximacin al tipo de canal que demanda dicha obra. La pendiente es uno de los factores ms importantes para el diseo de un canal, ya que los canales son conductos abierto por donde el agua circula libremente por la accin conjunta de la gravedad y la presin que se genera.

Si un canal esta trazado sobre un terreno bastante permeable se hace necesario disear una seccin que permitas obtener la menor prdida posible de agua por filtracin. Debemos tener en cuenta la importancia que tienen las diversas condiciones hidrulicas para el diseo de un canal, tanto en la topografa, geologa, la sismicidad del terreno, la climatologa y el medio ambiente que existen en la zona.

La velocidad es muy importante porque no debe causar daos en las secciones del canal (erosin ni sedimentaciones). De la correcta conservacin de una infraestructura de riego depender el mantenimiento que se le d, a mejor conservacin mayor ser la durabilidad de los canales de riego.

La rugosidad es un parmetro importante porque determina la velocidad y el caudal que va tener la infraestructura de riego, ya que de su eleccin depender el tipo de seccin de canal que se construir ya sea con secciones revestidas o sin revestimientos. El programa H canales permite simplificar los clculos laboriosos y permite tambin simular el diseo de canales, variando cualquier parmetro hidrulico como las diferentes condiciones de rugosidad, pendiente, forma y dimensiones del canal.V. Recomendaciones

Es recomendable hacer un buen estudio del diseo de un canal para as poder tener una correcta y eficiente infraestructura, la que nos permitir tambin tener una buena administracin. Tambin es recomendable tener los procesos constructivos de los canales de riego.

La pendiente de diseo debe ser la mxima para as poder permitir dominar una buena superficie terrestre y obtener una adecuada infraestructura.

Es recomendable el uso de canales con secciones trapezoidales si son excavaciones a corte y canales con secciones rectangulares si es se harn rellenos o terraplenes.

Es recomendable tener un buen conocimiento de las condiciones hidrulicas para el diseo de un canal, ya que estas condiciones influyen en la duracin y eficiencia de esta.

Es recomendable dar un adecuado mantenimiento para evitar problemas posteriores el canal y as evitar gastos adicionales a los que ya estn planificados. Antes de ejecutar la obra de infraestructura es recomendable verificar los clculos obtenidos para el diseo del canal, as se evitan de problemas y errores en la ejecucin y construccin de los canales.

VI. Bibliografa

Villn Bjar Mximo, Hidrulica de Canales,Editorial: Horizonte latinoamericano S.A., Lima Per, pginas46-52, 58 76, 86 98. Villn Bjar Mximo, Hidrulica de Canales - Solucionario, primera edicin, Arequipa Per, pginas 7- 9, 13 14. http://www.monografias.com/trabajos19/canales/canales.shtml http://www.conicit.go.cr/boletin/boletin22/hidroesta.shtml http://www.itcr.ac.cr/informatec/2007/Enero-Febrero/n42.htm http://agronomia.uchile.cl/web/manuel_casanova/conservacion/canal.pdf

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PAGE 29IRRIGACION

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