Facultad de Ingeniería Civil, Sistemas y Arquitectura

Escuela Profesional de Ingeniería Civil DISEÑO Y CRITERIOS DE

PLANIFICACIÓN DE CANALES CURSO : HIDRÁULICA APLICADA

DOCENTE : ING. CORONADO ZULOETA OMAR

INTEGRANTES:

DAVILA PEREZ, José Ysai

JABE PAREDES, Edwin

SANCHEZ DELGADO, Flor de María

SILVA SENADOR, Luis Enrique

DISEÑO DE CANALES

GENERALIDADES

Los canales como elementos de transporte del agua, son conducciones artificiales en las que el agua circula sin presión, es decir en contacto continuo con la atmósfera. El estudio hidráulico de estas conducciones se caracteriza porque el movimiento del agua se realiza por su propio peso, es decir, sin ningún gasto energético y aprovechando la fuerza de la gravedad.

En un proyecto de irrigación, lo que compete al diseño de canales y obras de arte no es la más importante; pues es el caudal el factor clave en el diseño y el más significativo en un Proyecto de Riego, se obtiene en base a la interrelación de ciertos factores como son: tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego.

Los canales de riego dentro de una planificación, comúnmente tienen forma rectangular o trapezoidal, adoptando por su función diferentes denominaciones, así tenemos por ejemplo:

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS:

Donde:b = Base del canal o ancho de solera.d = Tirante de agua.f = Borde libre.m1 = Talud interior del canal.m2 = Talud de corte.m3 = Talud exterior del terraplén del canal.C1 y C2 = Anchos de bermas o caminos de servicio o vigilancia.H = f + d = Altura total del canal.T = Ancho superficial de agua en el canal.

Elementos cinéticos:

- Gasto en m3/seg (Q)- Gasto unitario en m3/seg/ml (q)- Velocidad media en m/seg (v)- Velocidad puntual en m/seg (w)

Elementos dinámicos: - Coeficiente de rugosidad (n)- Pendiente hidráulica (s)

La sección típica de un canal tanto de riego como de drenaje deberá entenderse como una sección, en la cual se muestre además de las características geométricas de la caja del canal, las características geométricas de su camino de vigilancia.

Las secciones tienen las siguientes características:

Cuando el canal se encuentra en relleno, primeramente se construirá una plataforma compactada hasta una altura limitada por el bordo del canal revestido, menos el espesor del revestimiento

Cuando el canal este construido en corte, primeramente se prepara una plataforma de excavación con un ancho que facilite la excavación y el revestimiento mecanizados de la caja del canal.

Los ejes de la caja del canal y del camino de vigilancia deben ser paralelos solo en casos excepcionales de excavación y relleno el paralelismo se distorsiona.

Los taludes de relleno y excavación deben tener una inclinación de 1.5:1

SECCIONES TÍPICAS EN CANALES DE RIEGO

FORMAS DE LA SECCION TRANSVERSAL

Sección trapecial

Sección rectangular

Sección circular

Las más conocidas en la práctica son:

CANAL TRAPECIAL CANAL RETANGULAR

Es la más común, adaptándose esta forma sobre todo por razones de estabilidad de taludes del canal y facilidades CONSTRUCTIVAS

En este caso , esta sección se adapta sobre todo en zonas de suelos estables y se quiere ahorrar cortes excesivos.

CANAL TAYMI CANAL TÚCUME

CANAL CIRCULAR

Es la sección hidráulica más eficiente, generalmente son tubos prefabricados o cilindros de gasolina que son usados como canales. Son baratos y se ahorra excavación.

CLASIFICACION DE CANALES

Canal principal o de conducción

Canal de 2° orden o sub canales

Canales de 3er orden o laterales

Canales de 4to orden o sub laterales

Canales de 5to orden o regaderas

POR SU CAPACIDAD DE CONDUCCION:

Los canales de riego dentro de una planificación, comúnmente tienen forma rectangular o trapezoidal, adoptando por su función diferentes denominaciones, así tenemos por ejemplo:

Representación gráfica de la jerarquía de los canales

RASANTE DE

UN CANAL

En el diseño de la rasante de un canal se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones generales:

La pendiente de la rasante de fondo debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno, para optimizar el movimiento de tierras.

Para definir la rasante de fondo se prueba con el caudal especificado y diferentes cajas hidráulicas.

Al diseñar la rasante del canal deberá diseñarse casi simultáneamente la rasante de su camino de vigilancia.

Necesariamente deberán conjugarse los siguientes parámetros: Caudal, pendiente, tipo de suelo, talud, plantilla del canal y velocidad máxima permisible.

Donde:T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal. En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, según las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no será necesaria, dependiendo de la intensidad del tráfico.

SISTEMA DE RIEGO

Un sistema de riego debe cumplir en forma óptima con las siguientes condiciones:

- Costos mínimos para operación y mantenimiento.- Operación sencilla y control fácil para usarlos y los responsables para

la operación.- Pérdidas mínimas de agua por operación. - Pérdidas mínimas de agua por infiltración.- Impedir el robo de agua.- Seguridad contra desbordes.- Flexibilidad para adaptarse a las diferentes exigencias de caudales y

métodos de riego para los diferentes cultivos.- Finalmente, tratándose de satisfacer las condiciones señaladas en los

puntos anteriores, con el diseño final del sistema de riego deberá lograrse:

Longitudes mínimas de canales. Secciones mínimas de los canales. Costos mínimos de construcción.

Una vez obtenido el perfil longitudinal del eje del canal, se procede a dibujarlo en gabinete a escalas 1:1000 ó 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 ó 1:200 para el sentido vertical, los parámetros que suelen presentarse en el diseño de canales del perfil longitudinal de un canal de riego, son los siguientes:

Kilometraje

Cota de Terreno

Tipo y Número de Obras de Arte

Rasante de Canal

Pendiente de fondo de canal

Cota de nivel de agua de canal

Dimensiones del Canal

Sección Transversal o TípicaÁrea irrigada por el Canal de

RiegoCaudal de Diseño

Tirante

Ancho total de Plataforma

Curvatura de Trazo

Tubo de Drenaje

Pozo de Control

PERFILES LONGITUDINALES EN CANALES DE RIEGO

POZOS DE CONTROL

De Control Simple

Sirve para controlar y limpiar el tubo entrante y saliente en tramo del tubo con una longitud máxima 200 m aguas arriba y agua abajo, en caso de que el dren entubado

esté formando una curva horizontal mayor de 20° también se colocara un pozo de este tipo.

De Control con Desarenador

Cuando el dren entubado cambie de pendiente mayor a menor, existe el peligro de sedimentación en el tramo menor. Para evitarlo se colocara en este punto de cambio un pozo de control con desarenador, este desarenador consiste en un fondo de 0.50 m por debajo de la entrada y salida de los tubos.

De control con Caída

En el caso que se deba salvar un

desnivel entre el tubo de entrada y salida; se debe prever un

pozo de control con caída, donde el tubo de entrada tiene un nivel más alto que el

de salida

SISTEMA DE

DRENAJE

Deberá tenerse siempre presente, que el diseño de un sistema de riego implica también el diseño de un sistema de drenaje, pues la experiencia ha demostrado que de no ser así y al poner bajo riego áreas nuevas sin ningún problema de drenaje con niveles freáticos profundos, al cabo de algunos años este problema presenta mayores dificultades y por lo tanto resulta más costoso que si se hubiera previsto inicialmente.

En general un sistema de drenaje debe cumplir principalmente las siguientes condiciones:

Ser colector para el sistema de drenaje a nivel de parcela, del agua procedente del riego que se percola a cierta profundidad (afluencias continuas).

Ser desagüe para las demasías del sistemas de riego principal que puede presentarse de las siguientes maneras: regulación inexactas en la obras de distribución y captación, operación deficiente del sistema, perdidas por regulación hasta que se estabilice el sistema y perdidas por limpieza (todas son afluencias accidentales).

Ser conductor para la excavación de aguas foráneas (afluencias accidentales).

Ser desagüe ara las afluencias superficiales como consecuencia de las precipitaciones (afluencias accidentales).

FUNCIÓN Y DENOMINACIÓN DE LOS DIFERENTES CANALES DE DRENAJE

Un sistema de drenaje agrícola es aquel que recibe exceso de agua directamente de las parcelas y la conducen al sistema de drenaje principalmente que evacua el agua fuera del área. El sistema de drenaje principal debe proporcionar una salida libre y segura para los drenes de las parcelas, las cuales pueden ser zanjas abiertas, tubos enterrados o la combinación de ambosEn un sistema de drenaje principal los drenes por su función pueden adoptar la siguiente denominación:

Zanjas de Desagüe

Los Subcolectores

Los Colectores

Colectores Principales

Cada canal lleva a su costado un camino de vigilancia que normalmente debe tener una altura sobre el terreno de por lo menos 0.30m.

Solamente en el caso de que se presente profundidades excepcionales, la distancia entre los ejes del camino y del canal será determinada en función de su profundidad. En los demás casos esta distancia deberá ser constante de manera que exista un paralelismo entre dichos ejes.

Los materiales de excavación no usados para relleno se deben depositar en los bancos de escombros según se indica en el plano 3.4. estos serán dimensionados en dependencia del volumen sobrante de excavación y de la nivelación de los bordos y diques de los canales existentes. Las dimensiones mínimas de los bancos de escombros se recomienda a continuación:

CANAL DE DRENAJE

ANCHO DE CORONA DEL BANCOALTURA DEL BANCO

Mínimo(m) Preferible(m) Mínimo(m)

Subcolector 0.50 2.50 0.50

Colector 0.50 4.00 0.50

Colector Principal 0.50 4.00 0.50

SECCIONES TÍPICAS EN CANALES DE DRENAJE

PERFILES LONGITUDINALES EN CANALES DE DRENAJE

KilometrajeCota de terreno

Tipo y numero de obra de arteRasante del canal

Pendiente del fondoDimensión del canal

Caudal máximoVelocidad y tirante máximo

Área drenadaTipo y numero de obra de arte

Cota del tuboPendiente del tuboDiámetro del tuboCaudal de diseño

Sección típicaAncho total de la plataforma

Curvatura del trazoTipo de suelo.

Los parámetros que suelen presentarse en el perfil longitudinal de un dren:

NOTA: La información varía para drenes abiertos como para drenes entubados.

SISTEMA DE

CAMINOS

Caminos secundarios (V3)Estos caminos de vigilancia a la vez sirven de acceso a las parcelas de riego y generalmente tienen poco tráfico, normalmente se proyecta al lado de sublaterales, subcolectores y zanjas de desagüe.

Caminos secundarios(V2)Estos caminos de vigilancia a la vez son caminos colectivos de tráfico de las parcelas, que generalmente tienen un tráfico zonal de poca importancia, estos caminos se proyectan al lado de laterales y colectores.

Caminos Principales (V1)Generalmente son diseñados como caminos de intercomunicación con la función de integrar la infraestructura vial de la zona del proyecto con los pueblos cercanos, los caminos de este tipo se encuentran casi siempre a un lado de subcanales y con menor frecuencia al costado de colectores principales.

FUNCIÓN Y DENOMINACIÓN DE CAMINOS

Cuando un camino va paralelo a un canal la base del diseño de la curva es el radio mayor ya sea del camino o del canal.

Cuando el radio del canal es mayor, el camino va paralelo al canal teniendo el mismo centro de curvatura, este caso se presenta en los canales de drenaje.

Cuando el radio del camino es mayor, el canal que va al lado, se acomoda a la curvatura del camino combinando tramos curvos con rectos, con el fin de no tener mucha longitud del canal en curva, este caso se presenta en los canales de riego.

La base para el diseño de las curvas son los ejes tanto de camino como del canal, teniendo como origen el mismo centro de curvatura de radio dominante.

El tramo de curva en camino tendrá como peralte una pendiente no menor a 5% hacia el canal de riego o de drenaje.

CURVAS DE CANALES CON CAMINO

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJESublaterales 3T = 5m Subcolector 5T = 25m

Lateral 3T = 8m Colector = 5T = 50mSubcanal 4T = 20m Colector principal 5T =

50m

En cuanto a los radios mínimos y tratándose de canales de riego y drenaje se recomiendan los siguientes valores en función de “T”, siendo “T” en ancho superior del espejo de agua.

Valores de radios mínimos para caminos se recomienda los siguientes:

Caminos secundarios V3 y V2- Radio mínimo = 20m- , no se necesita sobre ancho. = ángulo de

deflexión.- Para un radio de 20m y se necesita un sobre

ancho con las siguientes características:- Sobre ancho al inicio de la curva 0.40m- Sobre ancho en el centro de la curva 0.40m- Longitud de la transición del sobre ancho

4.0m Caminos principal V1- Radio mínimo = 100m para cualquier ángulo, no se necesita sobre ancho.

Se tienen en cuenta los Siguientes criterios:

Tipo de sobrecargaPara el diseño de alcantarillas y puentes se deberá tener en cuenta los siguientes valores:H15 – S12 para caminos secundarios V2 y V3H20 – S16 para caminos principales V1

AfirmadoEl tipo de afirmado incluso la procedencia de los materiales se debe

describir en forma detallada. Teniendo en cuenta la importancia de los diferentes caminos, estos serán construidos según las especificaciones y con los espesores siguientes: 

CAMINOS DE VIGILANCIA Y COMUNICACIÓN

CAMINOS SECUNDARIOS V2 y V3: Una capa de base de 20 cm de material de excavación con cantidades limitadas de material fino, sobre la cual va una capa de desgaste o capa de rodadura de 10cm de material arena – grava proveniente de canteras, o alternativamente, aunque de menor calidad, una mezcla de material arenoso seleccionado con suelo salitroso. La capa de desgaste está en dependencia a la intensidad del tráfico. CAMINOS PRINCIPALES V1: Una capa de base de 20cm de material arena – grava provenientes de canteras, sobre esta va una capa de desgaste de 10 cm de arena salitrosa (25 a 30 %) y grava (65 a 75 %) proveniente de canteras con cantidad de sales determina sin agua destilada y relacionada al peso del suelo seco de 1 al 3%.

Velocidades de diseñoLas velocidades recomendables para el diseño de los caminos son de

30 km/h para caminos secundarios (V2 y V3) y 60 km/h para caminos principales V1.

CURVA DE UN

CANAL

Para el diseño de la curva de un canal se necesita:

Datos:

 Valores por Calcular

El diseño de la curva de un canal consiste en determinar básicamente la longitud de curva (Lc), la Subtangente (St), la Progresiva del Principio de Curva (Pc), la Progresiva del Principio de Tangente (Pt), al External (E), la Flecha (F) y la Cuerda Larga (C); pues los valores del radio (R), el valor del ángulo de deflexión () y la progresiva del punto de inflexión (PI) casi siempre son datos conocidos

Elementos de una Curva en Canales

Las fórmulas a emplear son: 

RADIO MÍNIMO DE

UN CANAL

En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mínimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no será hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo.

Tabla 1: Radio Mínimo en Canales Abiertos Para Q>10 m3/s.CAPACIDAD DEL CANAL RADIO MÍNIMOHasta 10 m3/seg. 3*ancho de la baseDe 10 a 14 m3/seg. 4*ancho de la baseDe 14 a 17 m3/seg. 5*ancho de la baseDe 17 a 20 m3/seg. 6*ancho de la baseDe 20 m3/seg. A mayor 7*ancho de la base

Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior.

Tabla 2: Radio Mínimo en Canales Abiertos en función del Espejo de Agua (T)

CANALES DE RIEGO CANALES DE DRENAJE

Hasta 10 m3/seg.

4TColector principal

5T

De 10 a 14 m3/seg.

3T Colector 5T

De 14 a 17 m3/seg.

3T Sub-Colector 5T

Siendo T el ancho superior del espejo de agua.

Tabla 3: Radio Mínimo en Canales Abiertos Para Q<20 m3/s.

CAPACIDAD DEL CANAL RADIO MÍNIMO20 m3/seg. 100 m.15 m3/seg. 80 m.10 m3/seg. 60 m.5 m3/seg. 20 m.1 m3/seg. 10 m.

0.5 m3/seg. 10 m.

En base a estas tablas el diseñador puede seleccionar el radio mínimo que más se ajuste a su criterio.

CONDICIONES DE

MÁXIMA

EFICIENCIA

HIDRÁULICA

Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica, si para la misma área y pendiente conduce el mayor gasto, esta condición está referida a un perímetro húmedo mínimo o menor área de fricción, la fórmula que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es:

𝑏𝑌

=2× tan𝜃2

Siendo “b” la plantilla del canal.

De todas las secciones la más eficiente es la parabólica, sin embargo por razones constructivas suele adoptarse la trapezoidal y la sección trapezoidal más eficiente es aquella donde el ángulo que forma el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de máxima eficiencia debe cumplirse:

𝑅=𝑌2

Donde:R= Radio Hidráulico (m).Y= Tirante del canal (m).

CONDICIONES DE

MÍNIMA

INFILTRACIÓN

Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en los canales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la fórmula que da esta condición es:

 El promedio de ambas queda expresado por la siguiente igualdad:

𝑏𝑌

=4× tan𝜃2

𝑏𝑌

=3× tan𝜃2

Tabla 4: Relación Plantilla (b) VS. Tirante Para Máxima Eficiencia Mínima Infiltración y el Promedio de Ambas

TALUD ANGULOMÁXIMA

EFICIENCIAMÁXIMA

INFILTRACIÓNPROMEDIO

VERTICAL 90° 2.000 4.000 3.000

1/4 : 1 75° 58" 1.562 3.123 2.343

1/2 : 1 63° 26" 1.236 2.472 1.854

4/7 : 1 60° 16" 1.161 2.321 1.741

3/4 :1 53° 08" 1.000 2.000 1.500

1 : 1 45° 00" 0.828 1.657 1.243

1 1/4 : 1 38° 40" 0.702 1.403 1.053

1 1/2 : 1 33° 41" 0.605 1.211 0.908

2 : 1 26° 34" 0.472 0.944 0.708

3 : 1 18° 26" 0.325 0.649 0.487

Es necesario remarcar, que no siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones de máxima eficiencia y mínima infiltración, en la práctica se impone una serie de circunstancias o características locales que lo impiden, especialmente cuando se diseña canales en zonas de topografía accidentada como es el caso de la Serranía Peruana.

CÁLCULOS DE

PÉRDIDAS POR

INFILTRACIÓN EN

UN CANAL

Este parámetro resulta ser de gran importancia para la evaluación económica de los canales que se van a ejecutar o de los que ya están ejecutados, el cálculo se efectúa en base a un examen de las propiedades hidráulicas del suelo donde intervienen muchas variables, razón por la cual aún no se han establecido ninguna regla general para el cálculo de este valor.

Se considera de gran importancia antes de dar inicio a las obras, el estudio del perfil estratigráfico del suelo donde se construirá el canal, para esto se hacen perforaciones a lo largo del eje hasta una profundidad que va más allá del fondo del canal en un metro como mínimo, las perforaciones pueden hacerse como el “Auger Hole” o Barreno tipo holandés, uno cada 100 ó 200 metros, dependiendo de la longitud del canal.

Con la información obtenida en campo, se elabora el perfil estratigráfico o textural

EQUIPO NECESARIO

.

PROCEDIMIENTO

1. Se excava una calicata de 1,0 x 1,0 cuyo fondo coincida con el fondo del canal a construir.

MÉTODO DE CAMPO:

2. Se excava un hueco de 30 cm en el fondo de la calicata, se retiran las piedras y otros agentes extraños, para colocar el tubo en posición vertical dentro del hueco.

3. Se compacta el hueco alrededor del tubo apisonando el relleno muy bien en capas de 10 cm.

4. Se llena el tubo con agua y se deja 2 horas, tiempo que se estima suficiente para que el suelo alrededor del extremo inferior del tubo se sature.

5. Transcurridas las dos horas, se vuelve a llenar el tubo y al cabo de una hora se mide el descenso, la operación se repite cada hora y el ensayo termina cuando el descenso se hace constante.

6. Por requerir un ensayo, aproximadamente un día entero (supuesto suelos cohesivos) se recomienda de efectuarlo al mismo tiempo en 2 a 4 sitios.

7. Cuando se presentan descensos fuertes (mayores de 5 cm/hora) reducir los intervalos a ½ y ¼ de hora.

Cálculo de la Permeabilidad

El factor de permeabilidad, se calcula según la ecuación:

Donde:

Cálculo de la Magnitud de la Infiltración

Según Darcy, ésta se calcula mediante la ecuación:

Donde:

Valores de Permeabilidad de Varios Suelos

TIPO DE MATERIAL K (cm/seg)

Grava limpia 10

Arena Limpia Mezclada con grava 10-1 - 10-3 muy permeable

Arenas frías mezcladas con limo 10-3 - 10-5 poco permeable

Depósito de arcilla en estratos 10-5- 10-7 casi permeable

Arcilla Homogéneas 10-7- 10-9 impermeables

Los suelos con permeabilidad de a , son generalmente para canales pequeños y aquellos con permeabilidad menor a son propios para canales de cualquier longitud y magnitud.

DARVIS Y WILSON

Para estimar la pérdida en canales revestidos sugieren la siguiente ecuación:

Donde:

𝑞=0.45×𝐶× 𝑃 ×𝐿4×106+3650 √𝑣

×𝐻13

MÉTODO INDIRECTO DE FÓRMULAS EMPÍRICAS

EL BUREAU OF RECLAMATION

TIPO DE REVESTIMIENTO Y ESPESOR

VALOR DE C

Hormigón 10 cm 1

Arcilla en masa 15cm 4

Asfalto Ligero 5

Arcilla 7.6 cm 8

Mortero de cemento y asfalto 10

Propone la siguiente ecuación llamada de Moritz

Esta fue aprobada en 8 distintos sistemas de canalización.

Donde:

𝑞=0.2×𝐶×√𝑄𝑉

TIPO DE SUELO VALORES DE C

Grava cementada y capa dura con franco arenoso 0.34

Arcilloso y franco arcilloso 0.41

Franco Arenoso 0.66

Cenizas volcánicas 0.68

Arena cenizas volcánicas o arcilla 1.20

Arenoso con roca 1.68

Arenoso con grava 2.20

RUGOSIDAD

La rugosidad depende del cauce y talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en la práctica constantemente se hará frente a un continuo cambio de rugosidad.

En conclusión, no siempre estará claro y no es un tema sencillo seleccionar el valor definitivo de rugosidad, ni tampoco definir qué correcciones, se deben introducir al valor inicialmente tomado, únicamente queda efectuar un mantenimiento normal de manera que se pueda mantener el valor “n”.

Influencia del Mantenimiento sobre la Rugosidad

Tabla 6: Influencia de la Rugosidad en la Velocidad y Tirante del Flujo de Agua

n V (m/s) Y (m) A (m2)0.025 0.54 0.82 1.840.033 0.43 0.94 2.250.050 0.32 1.18 3.25

Para:

- b=1.0 - Z=1.5 - S=0.0005 - Q=1.0 m3/seg

Tratándose de canales no revestidos, Cowan propuso la siguiente fórmula para estimar el valor de rugosidad.

La cual puede ser usada en canales con un radio hidráulico menor de 4.5 m, los valores de N se pueden obtener de la Tabla 7.

Tabla 7: Condiciones del Canal y Valores Correspondientes de “N” CONDICIONES DEL CANAL VALORES

MATERIAL EMPLEADO

Tierra

N0

  0.020Corte en Roca   0.025

Grava fina   0.024Grava gruesa   0.028

GRADO DE IRREGULARIDAD

Liso

N1

  0.000Menor   0.005

Moderado   0.010Severo   0.020

VARIACIONES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

DEL CANAL

Gradual

N2

  0.000

Variaciones ocasionales   0.005

Variaciones frecuentes 0.01 0.015

EFECTO RELATIVO DE LAS OBSTRUCCIONES

Despreciable

N3

  0.000Menor 0.010 0.015

Apreciable 0.02 0.030

Severo 0.04 0.060

VEGETACIÓN

Bajo

N4

0.005 0.010Medio 0.01 0.015Alto 0.025 0.050

Muy Alto 0.05 0.100

GRADO DE SINUOSIDADMenor

N5  1.000

Apreciable   1.150Severo   1.300

Tabla 8: VALORES DE n DADOS POR HORTON PARA SER EMPLEADOS EN LAS FORMULAS DE KUTTER Y MANNING

SUPERFICIE CONDICIONES DE LAS PAREDESPERFECTAS BUENAS MEDIANAMENTE

BUENASMALAS

Tubería fierro forjado negro comercial. .012 .013 .014 .015Tubería fierro forjado galvanizado comercial .013 .014 .015 .017

Tubería de latón o de vidrio. .009 .010 .011 .013Tubería acero remachado en espiral. .013 .015 .017  Tubería de barro vitrificado. .010 .013 .015 .017Tubos comunes de barro para drenaje .011 .012 .014 .017Tabique vidriado. .011 .012 .013 .015Tabique con mortero de cemento; albañales de tabique.

.012 .013 .015 .017

Superficies de cemento pulido. .010 .011 .012 .013Superficies aplanadas con mortero de cemento. .011 .012 .013 .015

Tuberías de concreto. .012 .013 .015 .016Tuberías de duela. .010 .011 .012 .013ACUEDUCTOS DE TABLON:Labrado .010 .012 .013 .014Sin labrar .011 .013 .014 .015Con astillas .012 .015 .016  Canales revestidos con concreto. .012 .014 .016 .018Superficie de mampostería con cemento. .017 .020 .025 .030

Superficie de mampostería ceca. .025 .030 .033 .035Acueductos semicirculares metálicos, lisos. .011 .012 .013 .015

Acueductos semicirculares metálicos corrugados.

.0225 .025 .0275 .030

CANALES Y ZANJAS:

En tierra, alineados y uniformes. .017 .020 .0225 .025

En roca, lisos y uniformes. .025 .030 .033 .035

En roca, con salientes y sinuosos. .035 .040 .045  

Sinuosos y de escurrimiento lento. .0225 .025 .0275 .030

Dragados en tierra. .025 .0275 .030 .033

Con lecho pedregoso y bordes de tierra enhierbados.

.025 .030 .035 .040

Plantilla de tierra, taludes asperos. .028 .030 .033 .035

CORRIENTES NATURALES:

1) Limpios, bordos rectos, llenos, sin hendeduras ni churcos profundos.

.025 .0275 .030 .033

2) Igual al (1) pero con algo de hierba y piedra.

.030 .033 .035 .040

3) Sinuoso, algunos charcos y escollos, limpio.

.033 .035 .040 .045

4) Igual al (3), de poco tirante, con pendiente y sección menos eficiente.

.040 .045 .050 .055

5) Igual al (3), algo de hierba y piedras. .035 .040 .045 .050

6) Igual al (4), secciones pedregosas. .045 .050 .055 .060

7) Ríos perezosos, cauce enhierbado o con charcos profundos.

.050 .060 .070 .080

8) Playas muy enhierbadas. .075 .100 .125 .150

Tabla 9: Valores de Rugosidad “n” de Maning

n Superficie0.01 Muy lisa, vidrio, plástico, cobre0.011 Concreto muy liso0.013 Madera suave, metal, concreto0.017 Canales de tierra en buenas condiciones0.02 Canales naturales de tierra, libres de vegetación

0.025 Canales naturales con alguna vegetación y piedras esparcidas en el fondo

0.035 Canales naturales con abundante vegetación 0.04 Arroyos de montaña con muchas piedras

TALUDES

APROPIADOS

SEGÚN EL TIPO DE

MATERIAL

Tabla 10: Taludes Apropiados para Distintos Tipos de Material

MATERIAL TALUD HORIZONTAL: VERTICAL

Roca Prácticamente vertical

Suelos de Turba y Detritos 0.25:1Arcilla Compacta o Tierra con

recubrimiento de concreto0.5: hasta 1:1

Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes canales

1:1

Arcilla firme o tierra en canales pequeños

1.5:1

Tierra arenosa suelta 2:1Greda arenosa o arcilla porosa 3:1

Tabla 11: Pendientes Laterales en Canales Según Tipo de Suelo

MATERIAL CANALES POCO PROFUNDOS

CANALES PROFUNDOS

Roca en buenas condiciones

vertical 1/4 : 1

Arcillas compactadas o conglomerados

0.5:1 1:1

Limos Arcillosos 1:1 1.5:1

Limos Arenosos 1.5:1 2:1

Arenas Sueltas 2:1 3:1

Concreto 1:1 1.5:1

VELOCIDAD

MÁXIMA Y MÍNIMA

PERMISIBLE

La velocidad mínima permisible:

Es aquella velocidad mínima que no permite sedimentación, su valor es muy incierto y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece al crecimiento de las plantas; cuando se trata de canales en tierra, da el valor 0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no produce sedimentación y además impide el crecimiento de la vegetación en el canal.

La velocidad máxima permisible:

Es algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio Ingenieril. A continuación se dan varias tablas que son de mucha ayuda en el diseño de canales.

TABLA 12: MAXIMA VELOCIDAD PERMITIDA SEGÚN FORTIER Y SCOBEY EN CANALES NO RECUBIERTOS DE VEGETACION

MATERIAL DE LA CAJA DEL CANAL

¨n¨ MANNING

VELOCIDAD(m/s)AGUA LIMPIA

AGUA CON PARTICULAS COLOIDALES

AGUA TRANSPORTANDO ARENA, GRAVA

O FRAG.

Arena fina coloidal 0.020 1.450 0.750 0.450Franco arenoso, no coloidal 0.020 0.530 0.750 0.600Franco limoso no coloidal 0.020 0.600 0.900 0.600Limos aluviales, no coloidales 0.020 0.600 1.050 0.600

Franco consistente normal 0.020 0.750 1.050 0.680Ceniza volcánica 0.020 0.750 1.050 0.600Arcilla consistente muy coloidal 0.025 1.130 1.500 0.900

Limo aluvial, coloidal 0.025 1.130 1.500 0.900Pizarra y capas duras 0.025 1.800 1.800 1.500Grava fina 0.020 0.750 1.500 1.130Suelo franco clasificado no coloidal

0.030 1.130 1.500 0.900

Suelo franco clasificado coloidal 0.030 1.200 1.650 1.500

Grava gruesa no coloidal 0.025 1.200 1.800 1.950Gravas y guijarros 0.035 1.800 1.800 1.500

TABLA 13: VELOCIDADES PERMISIBLES EN SUELOS NO COHESIVOS (m/s)

MATERIAL DIAMETRO MEDIO DE LAS

PARTICULAS EN mm

PROFUNDIDAD MEDIA DE LA CORRIENTE EN METROS0.40 1.00 2.00 3.00 5.00 más de 10

Polvo y limo 0.005-0.05 0.15-0.2 0.2-0.3 0.25-0.40 0.30-0.45 0.40-0.55 0.45-0.65

Arena fina 0.05-0.25 0.20-0.35 0.3-0.45 0.40-0.55 0.45-0.60 0.55-0.70 0.65-0.80

arena media 0.25-1.00 0.35-0.50 0.45-0.60 0.55-0.70 0.60-0.75 0.70-0.85 0.80-0.95

Arena gruesa 1.00-2.5 0.50-0.65 0.60-0.75 0.70-0.80 0.75-0.90 0.80-1.00 0.95-1.20

Gravilla fina 2.5-5.00 0.65-0.80 0.75-0.85 0.80-1.00 0.90-1.10 1.00-1.20 1.20-1.50

Gravilla media 5.00-10.00 0.80-0.90 0.85-1.05 1.00-1.15 1.10-1.30 1.20-1.45 1.50-1.75

Gravilla gruesa 10.00-15.00 0.90-1.10 1.05-1.20 1.15-1.35 1.30-1.50 1.45-1.65 1.75-2.00

Grava fina 15.00-25.00 1.10-1.25 1.20-1.45 1.35-1.65 1.50-1.85 1.65-2.00 2.00-2.30

Grava media 25.00-40.00 1.25-1.50 1.45-1.85 1.65-2.10 1.85-2.30 2.00-2.45 2.30-2.70

Grava gruesa 40.00-75.00 1.50-2.00 1.85-2.40 2.10-2.75 2.30-3.10 2.45-3.30 2.70-3.60

Guijarro fino 75.00-100 2.00-2.45 2.40-2.80 2.75-3.20 3.10-3.50 3.30-3.80 3.60-4.20

Guijarro medio 100.0-150.0 2.45-3.00 2.80-3.35 3.20-3.75 3.50-4.10 3.80-4.40 4.20-4.50

guijarro grueso 150.0-200.0 3.00-3.50 3.35-3.80 3.75-4.30 4.10-4.65 4.40-5.00 4.50-5.40

Canto rodado fino

200.0-300.0 3.50-3.85 3.80-4.35 4.30-4.70 4.65-4.90 5.00-5.50 5.40-5.90

Canto rodado medio

300.0-400.0 --- 4.35-4.75 4.70-4.95 4.90-5.30 5.50-5.60 5.90-6.00

Canto rodado grueso

400.0-500.0 --- -- 4.95-5.35 5.30-5.50 5.60-6.00 6.00-6.20

TABLA 14: VELOCIDADES PERMISIBLES EN SUELOS COHESIVOS (m/s)

MATERIAL

PORCENTAJES DEL CONTENIDO DE PARTICULAS

PROFUNDIDADES MEDIAS DE LA CORRIENTE EN METROS

0.005 (mm)

0.005-0.05 (mm)

Suelos poco compactos, peso volumétrico seco hasta 1.66 T/m3

Suelos medianamente

compactos, peso volumétrico seco

1.2-1.66 T/m3

Suelos compactos

Peso volumétrico seco 1.66-2.04 T/m3

Suelos muy compactos.

Peso volumétrico

seco 2.04-2.14 T/m3

0.4 1.0 2.0 3.0 0.4 1.0 2.0 3.0 0.41.0

2.0

3.0 0.41.0

2.0

3.0

Arcilla, tierras 30-50 70-50 0.35 0.40.45

0.5 0.70.85

0.95 1.1 11.2

1.4

1.5 1.41.7

1.9

2.1

Fuertemente arcillosas

20-30 80-70

Ligeramente arcillosas

10-20 90-80 0.35 0.40.45

0.50.65

0.8 0.9 10.95

1.2

1.4

1.5 1.41.7

1.9

2.1

Suelos de aluvion

Arcillas margosas 0.6 0.7 0.8 0.85 0.8 11.2

1.3 1.11.3

1.5

1.7

Tierras arenosas 5-10 20-40 SEGÚN TABLA 13RESISTEN

CIAPROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS

Kg/cm2 0.5 1 3 5 1050 9.6 10.6 12.3 13 14.175 11.2 12.4 14.3 15.2 16.4

100 12.7 16.0 16.0 17.0 18.3150 14.0 18.0 18.0 19.1 20.6200 15.6 20.0 20.0 21.2 22.9

Tabla 15: VELOCIDADES MAXIMAS DE HORMIGON EN

FUNCION DE SU RESISTENCIA

BORDE LIBRE

No existe ninguna regla fija que se puede aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que la fluctuación de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables. Las figuras a y b; y las tablas 16 y 17 son una guía para su cálculo; algunos autores lo estiman igual al 30% del tirante normal como máximo y 5% como mínimo.

Fig. (a). Altura del Terraplén y Borde libre sobre la Superficie del Agua

Fig. (b). Bordes Libres permitidos en canales revestidos

TABLA 16: BORDE LIBRE EN FUNCION DEL CAUDAL

GASTO (m3/s) REVESTIDO(cm) SIN REVESTIR(cm)

≤ 0.05 7.50 10.00

0.05-0.25 10.00 20.00

0.25-0.50 20.00 40.00

0.50-1.00 25.00 50.00

˃ 1.00 30.00 60.00

TABLA 17: BORDE LIBRE EN FUNCION DE LA PLANTILLA DEL CANAL

ANCHO DE LA PLANTILLA (m) BORDE LIBRE (m)

Hasta 0.8 0.4

0.8-1.5 0.5

1.5-3.0 0.6

3.0-20.0 1.0

Debido al alto costo de los canales revestidos estos suelen diseñarse a máxima eficiencia siendo el máximo declive de los taludes de 1:1,5 cuando solo trata de canales grandes y 1:1 para el caso de canales pequeños.

LAS CONSIDERACIONES DE

UTILIDAD PRÁCTICA EN CANALES

DE CONCRETO

TERRENO DE

FUNDACIÓN

Tratándose de canales revestidos de concreto, es indispensable que el terreno donde se construirá revestimiento deba tener firmeza, ya que de esta manera se reduce la posibilidad de dietas o roturas por asentamiento de subsuelo. Se debe tener conocimiento del terreno de fundación a lo largo del eje del canal y en toda su longitud.

Cuando se trata de un revestimiento de concreto sobre arcillas expansivas existen tantas maneras de evitar los daños probables.

El peor problema para los diseñadores, es decidir cuándo y en qué medida son necesarias las medidas preventivas contra los suelos expansivos, cuando el peligro es obvio no hay problema, es en los casos que están en la incertidumbre de un hinchamiento potencial allí está el reto. Pues todos los métodos de preocupación aumentan el costo, la decisión de no tomar precauciones tomarlas al mínimo o del todo es el aspecto más difícil en este complejo asunto.

INDICE DE PLASTICIDAD (I.P)

GRADO DEL PROBLEMA

0-14 No critico

14- 25 Marginal

25-40 Critico

Más de 40 Altamente Critico

Las pruebas del (I.P) son una herramienta económica muy usada para indicar el problema expansivo de los suelos.

Finalmente debemos decir que el índice de plasticidad (I.P) es el primer indicador de suelos expansivos y cuando está relacionado con el porcentaje de arcilla en la muestra también es un indicador del grado del problema. Elvin F. Henry, hizo un inventario de 151 pruebas resultantes de muchos lugares en los Estados Unidos y Hawái; y aunque las pruebas del I.P son un estimado nos indican lo siguiente:

DRENAJE

Cuando se construyen los canales revestidos en terrenos donde el nivel freático alcance una altura superior al fondo del cauce del canal, la presión hidrostática externa contra el revestimiento puede levantarlo o agrietarlo, principalmente cuando el canal este vacío o el nivel de agua dentro del sea menor al nivel freático, estos se ubican tanto en el fondo como en los taludes.

Los DRENES o “LLORADORES” sirven para aliviar la presión hidrostática de agua subterránea o nivel freático que se acumula detrás del revestimiento del canal, evitando que lo levante o agriete, principalmente cuando el canal está vació o leve poco caudal.

Estos DRENES son huecos de = 1” – 2” que se perforan en el fondo y taludes del canal revestido, descargando directamente al canal.La distancia vertical entre filas de lloradores debe ser ó - 1.50 m y la separación entre llorador y llorador de una misma fila es 10 m. Según KRAATZ: El distanciamiento de estos drenes pueden ser de 3 a 6 mts.

Sistema de drenaje para proteger un revestimiento de ladrillo en suelo de poca permeabilidad

ESPESORES DE

REVESTIMIENTO

No existe una regla en general que fije el espesor de los revestimientos de concreto; sin embargo se puede usar un espesor de 5 cm. A 7.5 cm. Para canales pequeños y medianos y de 7.5 a 10 cm. Para canales medianos y grandes siempre que los canales sean sin armadura. Y también tiene dependencia de los siguientes factores:

PROPIEDADES DEL SUELO

TOPOGRAFÍA

NIVEL DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS

EL APROVECHAMIENTO DE LA TIERRA Y USOS SISTEMAS DE RIEGO

EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO

ESTANQUEIDAD

DURACIÓN

DISPONIBILIDAD DE MATERIALES DE CONSTRUCCION

DISPONIBILIDAD DE MANO DE OBRA Y MAQUINARIA

COSTO Y ASPECTOS FINANCIEROS

JUNTAS

JUNTAS

JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN

Son aquellas que se colocan debido a la interrupción de los trabajos, es común hacerlas coincidir con los otros tipos de

juntas.

JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN

TRANSVERSALES

Se instalan para prevenir el agrietamiento transversal debido a la disminución de volumen del concreto por

cambios de temperatura y pérdida de humedad al curarse; la separación entre ellas no debe exceder los 5 m.

JUNTAS DE CONTRACCIÓN

LONGITUDINALES

Sirven para prevenir el agrietamiento longitudinal en canales, cuyo perímetro de revestimiento es igual o mayor

a 9 m. Y se espacian entre sí de 2,5 a 4,5 m

JUNTAS DE DILATACIÓN O

EXPANSIÓN Se instalan cuando el canal entra en contacto con estructuras fijas.

El autor recomienda para este tipo de juntas y tratándose revestimientos sin armadura, los siguientes

espaciamientos:

Espesor (CM) Separación entre juntas (m)

 5 a 7,5 2,5 a 3,5

7,5 a 10,0 3,5 a 4,0

SECCIONES

TRAPEZOIDALES

NORMALIZADAS

La Sociedad Americana de Ingenieros agrícolas citada por kraatz, recomienda las dimensiones de la tabla 18, según la Figura.

TABLA 18: DIMENSIONES DE LA SECCIONES TRAPEZOIDALES NORMALIZADAS

SECC. z a b c e. min e. máx. R

A1 1.1 14,07 12,00 4,00 15,00 30,00 9,0

A2 1:1 26,07 24,00 4,00 15,00 30,00 18,00

B2 1,5:1 25,51 24,00 6,00 24,00 48,00 18,00

B3 1,5:1 37,51 36,00 6,00 27,00 54,00 18,00

B5 1,5:1 49,51 48,00 6,00 33,00 66,00 18,00

B6 1,5:1 61,51 60,00 6,00 36,00 72,00 18,00

  1,5:1 73,51 72,00 6,00 42,00 84,00 18,00

CÁLCULO DE SECCIONES

HIDRÁULICAS

SECCIONES

HIDRÁULICAS EN

FLUJO UNIFORME

La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es:

Donde:Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Área (m2) R = Radio hidráulico = Área de la sección húmeda / Perímetro húmedo

Tabla 19: Relaciones Geométricas De Las Secciones Transversales Más Frecuentes

SECCIONES

HIDRÁULICAS DE

RUGOSIDAD

COMPUESTA

Algunos canales presentan rugosidades distintas en los diferentes tramos del perímetro húmedo, en este caso aplicamos la fórmula de Manning con la hipótesis de que la velocidad será única en todos los elementos del área, es decir si

𝑉 1=𝑉 2=𝑉 3….𝑉 𝑛

CASO A:

Se tiene:

Dónde:Valor de rugosidad único para todo el perímetroPerímetro en la sección del área Rugosidad en la sección del área Perímetro húmedo en la sección del área Rugosidad en la sección de área Perímetro húmedo total

n=[𝑃1 (𝑛1 )1.5+𝑃2 (𝑛2 )1.5+…𝑃𝑛 (𝑛𝑛)1.5 ]

23

𝑃23

CASO B:

Cuando la forma de la sección transversal del canal no permite por lógica suponer que la velocidad sea única en todos los elementos del área, la rugosidad se estima mediante la fórmula:

En los dos casos cuando se ha obtenido el valor de n, este se introduce en la fórmula de Manning para el cálculo en la sección total.

EJERCICIOS

EJERCICIO 1:

Calcular el tirante critico en un canal rectangular, con una plantilla de fondo b= 3m, por donde fluye un caudal Q= 6 m3/s.

 

3 m

Yc

EJERCICIO 2:

En un canal de sección trapezoidal con una plantilla b = 3 m y taludes con inclinación z= 1.5 circula un gasto Q = 9 m3/s. se pide calcular:

El tirante critico

Yc

La velocidad critica

La energía especifica mínima

El numero de Froude. Yc

3 m

Z=1.5

EJERCICIO 3Se tiene un canal trapecial revestido en tierra en regulares condiciones de conservación. El ancho en la base es de 4 m. El talud de 45°. La longitud de canal entre los puntos A y B es de 1 000 m. La cota del punto A es 836,5 m y la cota del punto B es 835,8 (ambas cotas están medidas en la superficie libre). El gasto es de 8 m3/s. Calcular el tirante normal.

EJERCICIO 4

Hallar el tirante crítico para un canal de 10 m3/s en un canal trapecial cuyo ancho en la base es de 0,50 m. El talud es 3.

Yc

0.5 m

Z=3

EJERCICIO 5:

La sección obtenida topográficamente en el canal que se muestra en la figura se tiene: n1 = 0.035 y n2 = 0.050. Calcular el caudal que fluye por dicha sección si al pendiente es de 1 °/ 00

2.10

Z=1.5

4.5

0.6Z=0.75

3.5 2.25 2.8 3.15

Z=1.5

A1A2

EJERCICIO 6:

Un canal tiene un caudal de 10 m3/ s, una pendiente de 0.001 se se le quiere revestir de concreto con taludes 1:1, determinar el tirante y la plantilla para condición de máxima eficiencia hidráulica

Y nZ=1

b

TRAZO DE CANALESGENERALIDADES

PROYECTO DE IRRIGACIONY/O

MEJORAMIENTO DE RIEGO

Planificación del trazo y diseño

CANALES DE CONDUCCION

CANALES DE DISTRIBUCIÓN

OBRAS CONEXAS

CONSIDERACIONES PREVIAS

CANALES DE RIEGOSegún funcionalidad

CANAL DE PRIMER ORDEN

CANAL DE SEGUNDO ORDEN

CANAL DE TERCER ORDEN

CANAL DE PRIMER ORDEN

Llamado también canal Principal: Madre o de derivación

Es trazado con pendiente mínima

EJEMPLOS:

CANAL TAYMI – PROYECTO TINAJONES CANAL MADRE – PROYECTO CHAVIMOCHIC

CANAL DE SEGUNDO ORDEN

Llamados también Laterales Salen del Canal Madre y el caudal que ingresa a ellos, es

repartido hacia los sub-laterales El área de riego que sirve un lateral se conoce como

UNIDAD DE RIEGO

EJEMPLOS:

CANAL TÚCUMECANAL MOCHUMÍ

CANAL DE TERCER ORDEN

Llamados también Sub Laterales Nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es

repartido hacia los propietarios individuales a través de las tomas de granja

El área de riego que sirve de un sub-lateral se conoce como UNIDAD DE ROTACIÓN

CONSIDERACION PRELIMINARES

Es necesario recopilar la siguiente información básica:

Se efectuará un análisis de los antecedentes o historia del proyecto

Elementos; topográficos, geológicos, geotécnicos, hidrológicos, hidráulicos, ambientales, agrológicos, entre otros.

Fotografías aéreas, imágenes satelitales, para localizar los poblados, caseríos, áreas de cultivo, vías de comunicación, etc.

Planos topográficos y catastrales.

Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda conjugarse en el trazo de canales.

CONSIDERACION PRELIMINARES

Es necesario que se conozcan algunos detalles

1• Volumen de agua que se ha de conducir

2• Probable longitud del canal

3.• Limitaciones económicas para la construcción del canal

4• Probables formas de captación de la fuente

5• Tipo de canal

CONSIDERACION PRELIMINARES

Fuentes de información disponibles en el Perú

El Archivo Técnico de las Unidades Agrarias

Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA)

Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología e Hidrología (SENAMHI)

Oficina Nacional de Planificación

Instituto Geográfico Militar (IGM)

Proyecto Nacional Manejo de Cuencas Hidrográficas (PRONAMACH)

Direcciones Generales del Ministerio de Agricultura

Proyectos Hidráulicos Especiales

TRABAJOS DE CAMPO

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Se recorre la zona, anotándose todos

los detalles que influyen en la

determinación de un eje probable

de trazo se trata de localizar la posible posición de la ruta que ha de seguir el canal, determinándose el punto inicial y final del canal, debiendo anotarse las características más sobresalientes del terreno

Luego de este reconocimiento se podrá contar con

algunas decisiones, tales como si se ha de trabajar a pendiente

fija o a pendiente variable; longitud de tramos en laderas o

en suelo llano.

Eclímetro, brújula, altímetro, wincha, jalones, etc.

TRAZO PRELIMINAR

Clavar en el terreno las estacas de la poligonal preliminar o de apoyo, fijando un punto de partida (entrega o de captación)

Debe monumentarse el BM principal y los

BN (Bancos de Nivel) c/Km.

Posteriormente se NIVELARÁ la poligonal referido al BM principal.

Se hará el levantamiento de la poligonal abierta con Teodolito orientado al NM.

ESQUEMAS REFERENCIALES PARA EL TRABAJO DE CAMPO

Poligonal de apoyo

ESQUEMAS REFERENCIALES PARA EL TRABAJO DE CAMPO

 Poligonal Abierta:

DESARROLLO DEL TRABAJO DE GABINETE

1. ESCALAS DE REPRESENTACION:

Especificaciones Técnicas del Proyecto

Representatividad del terreno

2. PLANO A CURVAS DE NIVEL

Las curvas de nivel deben guardar una equidistancia de 50 cm (a veces 1m).

3. TRAZO PRELIMINAR:

4. SEÑALIZACIÓN DE OBRAS HIDRÁULICAS:

5. POLIGONAL ABIERTA:

TRAZO DEFINITIVO

Se realiza en el gabinete con los datos obtenidos, sirve para efectuar la localización definitiva del canal, con algunas modificaciones por motivos locales.

El método más usado EL DE DEFLEXIONES.

El trazo definitivo (Poligonal de PI) no debe alejarse del trazo preliminar, se buscara siempre la mayor longitud de los tramos rectos (tangentes) disminuyendo el Nº de P.I., los ángulos deben ser los mas obtusos posibles, con el propósito de evitar el desarrollo excesivo del canal, y posteriormente mucho corte o relleno.

En zonas de laderas debe tenerse mucho cuidado; tendiendo solamente a tener cortes.

Sobre este trazo se calculan los datos necesarios para el replanteo.

CURVAS HORIZONTALES EN EL TRAZO DE CANALES

Circular simple:

Circular inversa:

Circular compuesta:

ELEMENTOS DE UNA CURVA

TRAZO DE CURVAS CALCULADAS:

Determinando PC y PT se levantan las perpendiculares y en la intersección de ambas se encuentra el centro de curva, luego con radio entre el centro de curvatura y el PC se traza la curva.

El trazo definitivo consiste en la unión de los tramos rectos y curvos demarcando necesariamente PC, PI, PT, R y Ɵ (Ver esquema).

PERFIL LONGITUDINAL

Se construyen 2 ejes perpendiculares: el horizontal designado a distancias longitudinales y el vertical a distancias verticales o Alturas.

Se debe elegir una escala horizontal y una vertical.Recomendación: H/V: 1/10, 1/20, es decir:

Esc. Horiz. 1: 1000, ó 1: 2000Esc. Vertc. 1: 100, ó 1: 200

Siguiendo el trazo definitivo se deben conseguir 2 datos (cada 20 o 50 m). distancia recorrida y su respectiva cota.

Consiste en unir el punto inicial del perfil trazado con el punto final en valor de COTAS, considerando las pendientes empleadas en diferentes tramos o si fue una pendiente uniforme.

Para el trazo de rasante de fondo (plantilla) considerar las cotas de plantillas y luego trazar de la manera anterior.

RASANTE

El proyectar con acierto la sección transversal de un canal es una situación delicada, a la cual el ingeniero debe dedicar la máxima atención.

Las secciones transversales consisten en dibujar sobre un eje vertical

las alturas y sobre otro horizontal la ubicación de la esas alturas, (por medio de distancias). en donde se tendrá como punto de intersección de los ejes, la ubicación de un material en el terreno especifico en el plano.

SECCIONES TRANSVERSALES

INGENIERÍA DE TÚNELES

I. GENERALIDADES

II. SU USO

III. VENTAJAS Y

DESVENTAJAS

IV.FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO

TÚNELES A GRAVEDAD

TÚNELES A PRESIÓN

FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICA DE TÚNELES

TÚNEL TRASANDINO PROYECTO OLMOS

TÚNEL LLAUCANO ( II ETAPA PROYECTO

TINAJONES )

V. CONSTRUCCIONES TÉCNICAS

• El trazo de un túnel debe seguir la distancia más corta.

• Evitar las zonas de roca meteorizada, descompuesta o agrietada.

• Tiempo de construcción.

• Costo del transporte de los materiales escavados

V. SECCIÓN HIDRÁULICA

FORMAS

• Geología. • Mecánica de

suelos y rocas.

• Procedimiento constructivo.

DIMENSIONES MÍNIMAS

Además de satisfacer

condiciones hidráulicas y

estructurales, los túneles deben

tener dimensiones mínimas que

permitan colocar la instalaciones (tubo

de ventilación, tuberías de agua,

etc.).

• 1.80 m x 1.80 m (Equipos de perforación pequeños)

• 2.44 m x 2.44 m (Maquinas Excavadoras)

VELOCIDADES RUGOSIDADES

TÚNELES A FLUJO LIBRE

TÚNELES A PRESIÓN

Caudales constantes:

Caudal variable:

Velocidad:

El coeficiente de rugosidad

VI. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS

DE TÚNELES EN EL PERÚ.

PROYECTO COLCA - HUAMBOS (PROYECTO MAJES)

Características

HidráulicasQ

(m3/s) 34.00V

(m/s) 3.24A (m2) 10.50d (m) 3.06D (m) 4.20S (%0) 1.50

n 0.014e(m) 0.20

L (km) 88.00

PROYECTO INTERCUENCAS (PROYECTO CHAVIMOCHIC)

Características

HidráulicasQ

(m3/s) 78.00V

(m/s) 3.76A (m2) 20.75d (m) 4.36D (m) 5.32S (%0) 1.45

n 0.014e(m) 0.40

L (km) 10.05

TÚNEL TRASANDINO (PROYECTO OLMOS)

Características

HidráulicasQ

(m3/s) 90.80V

(m/s) 4.97A (m2) 18.27d (m) 4.80D (m) 4.80S (%0) 1.23-2.2

n 0.014e(m) 0.20 – 0.50

L (km) 19.20

TÚNEL LLAUCANO (PROYECTO TINAJONES II)

Características

HidráulicasQ

(m3/s) 20.00V

(m/s) 2.85A (m2) 6.69d (m) 2.45D (m) 3.40S (%0) 2.25

n 0.017e(m) 0.25

L (km) 16.08

VII. TÚNELES IMPORTANTES EN EL MUNDO.

TÚNEL BELLEDONE (ARC – ISERE, FRANCIA)

• Longitud: 18.20 km• Diámetro: 5.80 m• Temperatura

máxima: 35°C• Cobertura: 2.0 km

EUROTÚNEL (FRANCIA – INGLATERRA)

• Une Francia y Gran Bretaña, bajo el canal de la mancha.

• Situado bajo 240 m sobre el nivel del mar en su punto más profundo.

• Túnel ferroviario de 50 km por cada túnel gemelo.

• Diámetro: 7.60 m• Costo: 15

Billones de Dólares.

TÚNEL SIMPLON (ITALIA - SUIZA)

• Une el trafico ferroviario entre Italia y Suiza.

• Longitud: 20 km

VII. EXCAVACIONES

GENERALIDADES

La construcción de túneles requiere de

conocimiento y experiencias

adicionales a las excavaciones en

superficie

El empleo de equipos y maquinarias es muy variable y depende de la geología y geotecnia del terreno, longitud y sección del túnel.

En túneles cortos (1 – 1.5 km), resulta económico usar una sola pendiente.

En túneles largos, mayor de 12 km, se ejecuta por dos frentes y en contrapendiente.

METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES

PERFORACION Y

VOLADURA

EXCAVACION A SECCCION COMPLETA CON TBM

METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES

EXCAVACIÓN EN

PORTALES

TIPOS DE ROCAS A EXCAVAR

Denominación

Americana

TIPO I O ROCA DURARQD =75 –

100%

TIPO II O ROCA FRACTURADA

RQD =50 – 75%

TIPO III O ROCA

TRITURADARQD =25 –

50%

TIPO IV O ROCA DESCOMPUESTA

RQD < 25 %

CICLO DE LA EXCAVACIÓN

MARCACIÓN DEL FRENTE PERFORACIÓN

CARGA DE DISPARO

VENTILACIÓN DESATE LIMPIEZA

CICLO DE TRABAJOS EN TÚNELES

VIII. SOSTENIMIENTOS

SOSTENIMIENTO ACTIVO DE ROCA

SOSTENIMIENTO PASIVO DE ROCA

VIII. REVESTIMIENTOS

El espesor de revestimiento

esta relacionado con el diámetro escavado y se recomienda los

siguientes:

• Roca sana:e = 0.15 - 0.20 m. Roca fracturada: e = 0.20 - 0.30 m.Roca triturada:e = 0.30 - 0.40 m.Roca descompuesta:e = 0.40 - 0.50 m

VIII. REVESTIMIENTOS

• Encofrado• Preparación

y vaceado de concreto.

• Perforaciones e inyecciones