3. diseño de canales revestidos
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DISEÑO DE CANALES NO EROSIONABLES
Competencia
Determinar las dimensiones mas apropiadas de canales no erosionables, empleando las ecuaciones de la sección hidráulica óptima y/o el criterio de la sección más económica.
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Criterios de diseño de canales
TIPO DE CANAL CRITERIO DE DISEÑO
NO EROSIONABLES(REVESTIDOS O EXCAVADOS)
SECCIÓN HDRÁULICA ÓPTIMA
SECCIÓN ECONÓMICA
EROSIONABLES(NO REVESTIDOS)
VELOCIDAD MÁXIMA PERMISIBLE
FUERZA TRACTIVA
NATURALES TEMA DE OTRO CURSO
RECUBIERTOS DE VEGETACIÓN TEMA DE OTRO CURSO
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Datos de diseño de canales
Datos básicos: Topografía Gasto Tipo de canal Tipo de agua
conducida Limpia Con sedimentos.
Variables:GastoVelocidadTiranteRugosidadPendienteGeometría
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Consideraciones para el diseño de canales revestidos
Revestimiento: Evitar infiltraciones. Reducir la rugosidad. Prevenir la erosión.
• Altura de revestimiento: Figura 2.16.• Bordo libre (BL): Figura 2.16.
0.05y < BL < 0.30y Sugerencia: Especial cuidado en curvas y en régimen supercrítico.
• En los casos del bordo libre y de la altura de revestimiento, generalmente las tablas están sobrediseñadas.
CyBL C=1.5, Q ≤ 1.0 m3 /s C=2.5, 1.0 Q ≤ 85 m3/s
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Bordo libre y altura de revestimiento
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Consideraciones para el diseño de canales revestidos
Pendientes: Longitudinal: topografía del terreno y energía requerida. Laterales (taludes): clase de terreno. Tabla 2.7.
Velocidades permisibles: Máxima: no debe considerarse, excepto para agua con
arenas, gravas o piedras. Mínima: es la menor velocidad para evitar la
sedimentación de limos contenidos en el agua.
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Tabla 2.7. Taludes (k) recomendados en canales
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Sección hidráulica óptima Es el Área hidráulica con el menor perímetro mojado que conduce el gasto máximo
Objetivo: Conducir para un área dada el mayor gasto posible. Solución: Incrementar la conductividad (K):
Para incrementar K debe aumentarse R, lo que implica disminuir el perímetro mojado.
Área hidráulica
Óptima
Área hidráulica con el menor
perímetro mojado
2/1KSQ n
ARK
3/2
Área hidráulica
óptima
Área constructiva
óptima¹
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Tabla 7.2. Secciones Hidráulicas Óptimas
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Secuencia de diseño para canales revestidos Criterio de la sección hidráulica óptima
1. Recopilación de información y selección de la rugosidad (n) y de la pendiente (S).
2. Cálculo del miembro derecho del factor de sección:
3. Sustitución de A y R en el miembro izquierdo de la ecuación del inciso (2) por las fórmulas de la sección hidráulica óptima . La ecuación queda en función solo de y.
4. Determinación del tirante normal (y) analíticamente o gráficamente.
5. Verificación de la velocidad mínima permisible (si el agua contiene sedimentos) y del número de Froude.
6. Adición del bordo libre y determinación de la altura de revestimiento.
2/13/2
S
nQAR
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Ejemplo 1 de diseño de canal revestido
Un canal trapezoidal con n = 0.025 y S = 0.0016, transporta un caudal de 11 m3 /s. Determina las dimensiones de la sección hidráulica óptima (S.H.O.).
Sustituyendo en la ecuación del factor de sección los valores conocidos de n, Q y S, tenemos:
2/13/2
S
nQAR
875.6)0016.0(
)11)(025.0(2/1
3/2 AR
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Solución del ejemplo 1 de diseño de canal revestido
El radio hidráulico y el área mojada de la sección del canal se expresan en términos del tirante y, mediante las fórmulas para la S.H.O. del trapecio: A = (3) y2 R = ½ y
Sustituyendo en la ecuación del factor de sección:
(3) y2 (½ y)2/3 = 6.875 Para y = 2m, tenemos: (1.73)(4)(1) = 6.92 6.875,
por lo que el tirante de 2m es la solución.
875.63/2 AR
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Solución del ejemplo 1 de diseño de canal revestido
La sección hidráulica óptima del canal trapecial corresponde a la mitad de un hexágono regular:
Por tanto, el ancho de la plantilla (b) del canal es : b = (2 / 3) y = (2/1.73)(2) = 2.3m
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Solución del ejemplo 1 de diseño de canal revestido
De las ecuaciones para la S.H.O del trapecio: D=(3/4) y=1.5m, A = (3) y2 = 6.92 m2
Sustituyendo en la ecuación de gasto, tenemos:V = Q/A = 11/ (3) y2 = 11/6.92 = 1.6m/s
El flujo es subcrítico, ya que: F = V / (gD) = 1.6/ (14.7) 1.0
El bordo libre del canal es : BL = 0.30y = (0.30)(2) = 0.60m
Para el gasto de 11 m3 /s, la figura 2.16 recomienda que la altura de revestimiento sea de 0.30m aprox.
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Secuencia de diseño para canales revestidos Criterio de la sección económica
1. Recopilación de información y selección de la rugosidad (n) y de la pendiente (S).
2. Cálculo del miembro derecho del factor de sección:
3. Sustitución de A y R en el miemro izquierdo de la ecuación anterior por las fórmulas de la tabla 2.1. La ecuación resultante queda en función de y y b, El valor de k puede obtenerse de la tabla (2.7.) de taludes.
4. Estimación de cualquier valor faltante para tener el tirante como única incognita. La figura 2.15 o 7.2 puede servir de guía para proponer valores de b.
5. Determinación del tirante normal y analíticamente o gráficamente.
6. Verificación de la velocidad mínima permisible (si el agua contiene sedimentos) y de F.
7. Adición del bordo libre y determinación de la altura de revestimiento.
2/13/2
S
nQAR
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Figura7.2. Anchos de plantilla y profundidades en canales revestidos recomendados por el U.S. R. B.
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Ejemplo de diseño 2 de canal revestido
Un canal trapezoidal con n = 0.025 y S = 0.0016, transporta un caudal de 11 m3 /s. Determina las dimensiones de la sección del canal construido en un suelo poco estable.
Sustituyendo en la ecuación del factor de forma los valores conocidos de n, Q y S, tenemos.
875.6)0016.0(
)11)(025.0(2/1
3/2 AR
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Solución del ejemplo 2 de diseño de canal revestido
Las expresiones para el radio hidráulico y el área mojada de la sección del canal se toman de la tabla (2.1) como:
Suponiendo un valor de b igual a 6 m (experiencia) y k igual a 2 (tipo de suelo), tenemos:
ykybAkkyb
ykybR )( y
1
)(2
yyAy
yyR )26( y
526
)26(
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Solución del ejemplo 2 de diseño de canal revestido
Sustituyendo en la ecuación del factor de sección:
Empleando aproximaciones sucesivas se obtiene que el tirante del canal es: y = 1.0 m
El bordo libre del canal es : BL = 0.30y = (0.30)(1.0) = 0.30m
875.63/2 AR
875.6526
)26()26(
3/2
y
yyy