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CANALESCANALES
Curso de Riego y Drenaje 2012
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• CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos.
McGraw-Hill. 1994. 667pp.• Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones
Bibliografía
.
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INTRODUCCIÓN
• Definiciones y nomenclatura• Canales de riego, drenaje y terrazas
DISEÑO HIDRAULICO• Principios del movimiento del agua en canales
• Radio hidráulico y pendiente
• Velocidad de diseño y velocidad crítica
• Pautas de diseño:
• Máxima eficiencia hidráulica
• Mínima infiltración• Condicionado a la pendiente
• Tirante prefijado
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CONSTRUCCIÓN• Borde libre y ancho de bordos• Diseño del trazado y replanteo• Profundidad de corte• Maquinaria utilizada• Control de la obra
MANTENIMIENTO• Aterramiento•
• Malezas
OBRAS DE ARTE• Compuertas de control y toma-granjas
• Pases de agua de escurrimiento• Saltos y protecciones
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Introducción
• Algunos antecedentes
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Introducción
• Canal
–
– De drenaje
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Dpto. Artigas
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Dpto. Treinta y Tres
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Dpto. Río Negro, Colonia Tomas BerretaLong.: 6 km (aprox.)
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Dpto.Durazno
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Dpto.DuraznoLong.:16km (aprox)
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Definiciones y Nomenclatura:
b
Borde libre →
coronamientosolera
c
a
plantilla
taludzh
α
=
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Forma de la sección
• Trapezoidal
• Rectangular• Triangular
• Parabólica
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Diseño hidráulico
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B
L
h
A’
C’B’
Principios del movimiento del agua en canales
C A
FUERZA DE AVANCE F = C’ B’
por triángulos semejantes resulta:
C’ B’ = C B donde C B = h A B = L CB/AB = h/L = s (pendiente del canal)A’ B’ A B
A’B’ = Peso del prisma de agua Peso = Volumen x Densidad Vol. = Area x L
entonces FUERZA DE AVANCE es: F = s x A x L x DCurso de Riego y Drenaje 2012
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sxAxD
y la FUERZA DE ROCE es: F’ = f x P x L x V2 (P x L = sup. de roce)
f = factor de rozamiento
cuando F = F’ ⇒ el flujo se estabiliza
f x P x L x V2 = s x A x L x D
fxP
P
Axsx
f
DV =
Radio hidráulico R = A/P
Chezy (1769) llamó
C= factor de resistencia al flujo
R x s C v f
D C =⇒⇒⇒⇒= Probablemente es
la primer ecuación
de flujo uniformeCurso de Riego y Drenaje 2012
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Manning (1889) determinó que C depende de RC = R1/6 n = Coeficiente de rugosidad de canales
n
R x s C v =
V = 1 R 2/3 S 1/2
n
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Superficie Condición de las paredes
Buena Regular Mala
En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 *En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035
En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045
Valores de “n” fórmulas de MANNING Y KUTTER(Seleccionados de King, H.W., 1954)
nuosos e escurr m ento ento . . .
Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033Lecho pedregoso, bordes tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035
•Valores corrientemente usados en la práctica
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n = 0 012 – 0 014 n = 0 033 – 0 035
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n = 0.012 – 0.014 n = 0.033 – 0.035
n = 0.040 – 0.043
n = 0.045 – 0.050
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Diseño del canal• Caudal – Siempre debe ser conocido
• Velocidad – Se prefija tentativamente
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TIPO DE SUELO VELOCIDAD m/s
VELOCIDADALTA ⇒⇒⇒⇒ EROSIONBAJA ⇒⇒⇒⇒ SEDIMENTACION
Criterios para prefijar la velocidad del agua en función del tipo de suelodel canal
Suelos sueltos 0.20
Suelos de textura media 0.30
Suelos arcillosos 0.50
Suelos pedregosos 0.80 - 0.90
Desagües empastados 0.80 - 1.20
Factor asentamientoFactor profundidadMalezas
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VELOCIDAD CRITICA
Moritz V o
= C x h 1/2
C depende del material en suspensión
En nuestras condiciones C = 0.464
. o . o
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FORMA DE LA SECCIÓN
Inclinación de taludes Z depende de:
•Textura
•Tipo de maquinaria
•Desagües (alta pendiente)
•Riego (baja pendiente)
MATERIAL Z
Roca firme 0.25
Arcilla 0.75
Suelo franco 1
Franco arenoso 2Arenoso 3
Desagüe empastado 4
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PAUTAS DE DISEÑO
Cálculo de plantilla y tirante
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DISEÑOS:
• MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
• SECCI N DE M NIMA INFILTRACI N
• CONDICIONADO A LA PENDIENTE (desagües)
• CUANDO h (carga) ESTA PREFIJADA
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1Zht 2+=
SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
A = ( a + b ) h2
b
A
a
h
zh
t= talud
b = a + 2Zh A = ( a + a + 2Zh) h2
122++−= Z h Zh
h AP
Perímetro de mojado: P = a + 2t
A = (a + Zh)h ⇒⇒⇒⇒ a = A/h – Zh PlantillaA = (a + Zh) h
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SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
Derivamos e igualamos a cero para hallar el mínimo perímetro de roce para un áreadada:
122++−= Z h Zh
h AP
⇒1Z2Z-
h
02
++=
Con esta forma, también se cumple que:
R = h/2 a/h = 2 tg αααα /2
1
2
Z2-Z
Ah
++
=Tirante←
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EjemploVELOCIDAD CRITICA
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Ejemplo:
Dados:Q = 0.1 m3 /s Prefijamos V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = Q / V = 0.1 / 0.28 = 0.36 m2
Resulta que la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es:
A
Moritz V o
= C x h 1/2
En nuestras condiciones C = 0.464
Vo= 0.464 x 0.441/2= 0.31
RANGO CRITICO 0.25 < V < 0.37 m/s
36.0
1Z2Z- 2 ++
=
Se verifica que R = h/2 0.44/2 = 0.22
h = 0.44 m a = A/h – Zh = 0.37 m t = 0.63 m
P = 1.63 m R = 0.22 m s = (0.28 x 0.025) 2 = 0.00037 = 0.037%0.222/3
m.
11*21 2
=
++−
=
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Q = 0 1 m3/s V = 0 28 m/s
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b= 1.25m
h= 0.44m t= 0.63m
a= 0.37
Q = 0.1 m3 /s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2
Perímetro de mojado= 1.63m
Pendiente= 0.037%
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SECCION DE MINIMA INFILTRACION
Z2)4tgα(
Ah
+=
También se cumple que:
a/h = 4 tg αααα /2 si Z = 1 ⇒⇒⇒⇒ αααα = 45º
h = 0.37 m a = 0.61 m t = 0.52 m
P = 1.64 m R = 0.217 m s = 0.00038
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Q = 0 1 m3/s V = 0 28 m/s
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b= 1.35m
h= 0.37m t= 0.52m
Q = 0.1 m /s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2
a= 0.61
Perímetro de mojado= 1.64m
Pendiente= 0.038%
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Se debe lograr una velocidad prefijada ajustando R
V = 1/n R2/3 s1/2⇒⇒⇒⇒
23
=
21
s
VxnR
DISEÑO CONDICIONADO A LA PENDIENTE
1Z2ha
ZhahR
2
2
++
+=
{0=+−−+
3214 4 34 4 21
C
RxAhx
B
Ahx)
A
Z1ZR(2 22
R = A/P A = ah + Zh2
como a = (A – Zh2)/h Sustituimos
Llegamos a la siguiente ecuación de 2º grado:
122
++++++++==== Z haP
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Ejemplo: Desagüe de un tajamar
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m164.0
23
=
=2
10.01
1x0.03
R
Ejemplo: Desagüe de un tajamar
Q = 2 m3/s s = 0.01 m/m n = 0.03 V = 1 m/s Z = 4A = Q/V= 2 / 1 = 2 m2
B = -2C = 2 x 0.164 = 0.328
0.698=4)-170.164(2=A
2A
4ACBBh
2−±−
=
{=−−
3214 4 34 4 21
C
xx
B
x
A
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Con h1 a = 2 – 4 x 2.69 2 = -10.02 m ⇒⇒⇒⇒ Se descarta2.69
mh
mh
175.069.2→
0.698x20.328x0.698x4-
22±2=h
2
1
=
==
Con h2 a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m0.175
a = (A – Zh2)/h
12,1m
10.73m
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Otra metodología…
2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
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Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.03
s/n2
= 0.01/0.032
= 11.1
Otra metodología…2 m s / 0.17 m s m 11,8 m
11.1E=0.21
0.17
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2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
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Ejemplos = 1% = 0.01
n = 0.03
s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1
s / 0 s ,8
11.1E=0.21
0.17 1.0
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CUANDO h ESTA PREFIJADO
Vo = 0.464 h1/2 A = Q / Vo a = A/h – Zh
P = a + 2t R = A / P
2
32
Vxns
=
1+=2
Z h t
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Borde libre
• Aumento de rugosidad• Curvas
CONSTRUCCIÓN
⇒ Canales grandes d = 0.3 + 0.25 x h
⇒⇒⇒⇒Canales chicos d = 1/3 h
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Ancho de coronamiento
C >= h
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T d d l l
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•Replanteo directo
•Trazado tentativo sobre plano de curvas
•Tramos rectos y acordamientos
Trazado del canal
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Trazado del canal
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αααα
•Se calculan y marcan las tangentes de entrada y salida•Con una cinta se ubica el centro y se marca el trazado de la curva
T = R x tg αααα/2
CAUDAL (m3/s) RADIO MINIMO
10 605 20
1 10
T
R αααα/2
.
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Profundidad de corte (r)
Hr
H-r
a(H-r) z2 C (H-r) z1 r z1
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Área excavada = (a + a + z1k + z1k) r
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1 1
2
Area terraplén = [c + c + z1 (H – r) + z2 ( H – r) ] (H -r)2Area exc. = ar + r2 z1
Area terr. = c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2
Como son dos terraplenes
Area terr. = 2 c (H-r) + (z + z ) (H-r)2
A. excavada = A. terraplén
r2z2 . r (a/2 + c + z1 H + z2 H) + 2 (2 C + z1H + z2H)
A B C
resolvemos r como ecuación de 2º grado
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CONSTRUCCIÓN
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OBRAS DE ARTE
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OBRAS DE ARTE
•Compuertas de control y toma-granjas
•Pases de agua de escurrimiento
•
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OBRAS DE ARTE
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•Compuertas decontrol y toma-granjas
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Salida del agua hacia el canal
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Represa de India Muerta
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OBRAS DE ARTE
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OBRAS DE ARTE
•Saltos de agua y protecciones
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Saltos y protecciones
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