PRESENTACIÓN

La mayor parte de los estudios y proyectos de obras de ingeniería civil incluyen el dimensionamiento de elementos destinados a evacuar los caudales de avenida evitando daños en lo proyectado, aguas arriba y aguas abajo. Aunque este tipo de cálculos suelen adaptarse a una metodología común en sus aspectos básicos, difieren notablemente en los datos e hipótesis de partida y en los parámetros de diseño, con lo cual los resultados no siempre resultan homogéneos. Es por ello que el ingeniero debe basar su criterio en el discernimiento entre sus conocimientos teóricos y prácticos, dando lugar así a una solución acorde con los parámetros de diseño que vayan de la mano con la realidad del lugar donde se desee diseñar alguna obra hidráulica. Así, la práctica de campo realizada en el curso de Hidrología ayuda al estudiante a contrarrestar los conocimientos adquiridos en clase, con los conocimientos que adquiere al obtener por sus propios medios los datos en la vida real. El presente trabajo detalla lo realizado en la práctica, así como también los datos y cálculos obtenidos de los ejercicios prácticos realizados en campo.

INTRODUCCIÓN

Los canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda en un proyecto de riego. Así, el caudal, factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de riego, es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua – suelo – planta y la hidrología, de manera que cuando se trata de una planificación de canales, el diseñador tendrá una visión mas amplia y será mas eficiente, motivo por lo cual el ingeniero agrícola destaca y predomina en un proyecto de irrigación. En general, el canal de aducción en una cuenca de montaña, es la obra que requiere las mayores inversiones comparando con las demás obras civiles de un sistema hidráulico, ya que debido a su longitud y condiciones topográficas, los volúmenes de excavación, materiales de construcción, etc. superan en general al resto de obras civiles (obra de toma, cámara de carga o tanque de almacenamiento). En muchos casos el costo de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto. En la actualidad, la creciente demanda que pesa sobre los recursos de agua disponible en los sistemas de riego y el constante aumento en el costo que tiene el desarrollo de las redes de riego, exigen que el agua se utilice de forma económica, es decir sin desperdiciarla. Las mediciones sirven para asegurar el mantenimiento adecuado del suministro, es decir que cumpla con la programación dada y que estén acordes con las cantidades que se deben suministrar, descubrir las anomalías, así como averiguar el origen de las pérdidas que se produzcan en el conducto. Así, en la práctica de campo se realizaron ejercicios de medición de caudales, teniendo en cuenta la ecuación de continuidad y la medición por verteder

CANALESCANAL

En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.

1.- CLASIFICACIÓN DE CANALES

Canal natural Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la navegación, generalmente sin necesidad de dragado.

Canal de riego Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.

Canal de navegación Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ríos u océanos.

2.- ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN DEL CANAL

Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.

Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.

Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo.

Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal normal a la dirección del flujo.

Radio hidráulico: (R) es la relación entre el área mojada y el perímetro mojado, se expresa como: R = A / P

Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T

Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de escurrimiento o flujo crítico es el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)

El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto del área mojada con la poténcia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como: A. R^(2/3)

3.- CONDICIONES HIDRÁULICAS Y NO HIDRÁULICAS PARA EL DISEÑO

3.1.- Condiciones Hidráulicas:

a. Por el tipo de flujo

Dónde:

V: velocidad (m/s)

g: aceleración de la gravedad (m/s2)

A: Área Hidráulica (m2)

T: Espejo de agua (m)

TAg

VF

/.

Para: F>1; Flujo súper critico

F=1; Flujo critico

F<1; Flujo sub critico (recomendado)

Condiciones de diseño

Máxima eficiencia hidráulica Mínima infiltración Máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración

3.2.- Condiciones no Hidráulicas:

a. Topografía del eje de ruta del canal

Nos muestra el relieve uniforme o quebrado del suelo a lo largo del eje del canal, según esto se determina la pendiente.

b. Geología

Ofrece información sobre la conformación del suelo donde se alojara la caja del canal, nos ayudara a determinar el talud de la caja y el coeficiente de Manning para canales sin revestir.

c. Condiciones ambientales

Principalmente se considera en el diseño de los canales la temperatura y sus variaciones. Influye en el fraguado del concreto para canales revestidos.

d. Hidrología e hidrografía

Nos permite conocer las láminas de precipitación, así como su distribución temporal durante el año. Facilita el diseño de cunetas de drenaje en la berma interna.

Nos proporciona la ubicación de los cauces naturales que cruza el canal y facilita la ubicación o distanciamiento entre aliviaderos laterales en los canales principales.

e. Hidrogeología

Nos ofrece información de los niveles freáticos o superficie piezométrica, de tal manera de poder diseñar detalles especiales de drenaje en la caja del canal (lloradores), da suma importancia para canales revestidos con concreto, ya que los efectos de sub presión sobre el revestimiento resulta perjudicial para la estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal está vacío.

4.- SECCIÓN HIDRÁULICA DEL CANAL

Tipos de Secciones Hidráulicas de Canal

Sección Rectangular Sección Trapezoidal

Sección Triangular Sección Parabólica

5.- PENDIENTE O RASANTE DE UN CANAL DE RIEGO

6.- ELECCIÓN DEL TALUD DE UN CANAL

a) Por Limitación Topográfica

Cuando el eje de trazo por ruta que sigue un canal atraviesa una zona topográficamente accidentada (ladera empeñada), esta se convierte en una limitante para la selección del talud, ya que obliga a reducir el ancho de corte de plataforma para disminuir volúmenes excesivos de corte y garantizar la estabilidad del talud superior, por lo tanto el ancho superficial de la caja del canal tiene que disminuir llegando al límite de que la inclinación sea nula y las paredes del canal sean vertical (canal de sección rectangular).

b).Por Estabilidad del Suelo

Cuando los suelos en los cuales se alojan la caja del canal son de diferentes texturas puede ser arcillosos, arenoso, rocoso, etc. que es un factor condicionante para seleccionar el talud del canal. En estos casos el talud del canal tendrá la inclinación necesaria que garantice su estabilidad durante el tiempo de servicio del canal.

Algunos valores de z a tomar en el diseño hidráulico de un canal

NOTA:

• Para canales revestidos: Z=1

• Para canales sin revestir: Z=1.5

DISEÑO ESTRUCTURAL DE CANALES

CARGAS QUE ACTUAN EN LA ESTRUCTURA DEL CANAL

La estructura de un canal debe ser capaz de resistir cargas muertas, cargas vivas en la superficie, presiones laterales, sub-presiones,cargas transmitidas por automóviles, etc.

Pesos específicos de las cargas muertas

Cargas vivas uniformes que actúan en la cubierta de operación

Las cubiertas de operación en estructuras que utilizan perfiles (“stoplogs”) son diseñadas para una carga viva uniforme de 150 libras por pulgada cuadrada; de otra forma utilice una carga de diseño de 100 lb/pulg2. Las cubiertas o losas para compuertas radiales requerirán de condiciones especiales de diseño estructural.

Presiones laterales

Las presiones laterales provienen de diferentes fuentes como:

a. Agua

La presión de trabajo causada por el agua es de 62.4 lb/pie2. La distribución de la presión tiene forma triangular y la fuerza resultante actúa a un tercio de la altura por encima de la base del diagrama de presiones.

b. Tierra

Las presiones activas del terreno pueden ser determinadas por medio de la ecuación de Ranking o Coulomb1. El diagrama de

presiones es de form triangular, como del agua, con la fuerza resultante actuando a un tercio por encima de la base del diagrama.

b. Sobrecarga del equipo de construcción y operación,

los muros de la estructura deben ser diseñados para resistir los efectos de la maquinaria pesada que transmiten cargas através del terreno adyacente a la estructura.

ESTABILIDAD

Coeficiente de deslizamiento

Comúnmente se utiliza un coeficiente de deslizamiento admisible de 0.35, a menos que el suelo tenga características especiales. Esto puede ser expresado como:

CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES

Concreto reforzado

a. Esfuerzos admisibles

Espesor mínimo de paredes

Para proporcionar facilidad en el vaciado del concreto y asegurar un buen agarre entre el refuerzo y el concreto, el espesor mínimo de las paredes de concreto debe ser 1 pulg. por pie de altura (5” como mínimo) para paredes hasta 8 pies de alto.Para paredes que exceden los 8 pies de altura, el espesor mínimo de concreto debe ser de 8” más ¾ “ por cada pie de altura mayor a 8 pies.

Estribos

En canales de concreto deben ser colocados con espaciamientos menores a 45 cm, ó 2 veces el espesor del muro.

BERMA DE SEGURIDAD

PÉRDIDAS POR INFILTRACIÓN EN CANALES

La medida directa en el campo de las pérdidas por infiltración se puede hacer:

1. Midiendo los caudales que entran y salen de un tramo de canal, siendo la diferencia entre ellos las pérdidas. Para el aforo de los caudales se pueden usar molinetes, vertederos o aforadores Parshall.. La gran ventaja de este método es que

no interfiere con el funcionamiento normal del canal y es más barato.

2. La fórmula que se usa para el cálculo es la siguiente:

NOTAS GENERALES Y REQUERIMIENTOS MÍNIMOS PARA EL REFUERZO DE ACERO EN LA ESTRUCTURA DE UN CANAL

Detalle de empalmes

Detalle típico de esquinas

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

CARRERA DE ING. CIVIL

DOCENTE: ING. SACA VENTURA OSCAR

ESTUDIANTES: CABALLERO CORDERO ERIC

FECHA: 06/05/2014

COCHABAMBA-BOLIVIA