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.

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

Datos de diseño de canales

Datos básicos: Topografía Gasto Tipo de canal Tipo de agua

conducida Limpia Con sedimentos.

Variables:GastoVelocidadTiranteRugosidadPendienteGeometría

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

Bordo libre y altura de revestimiento

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.

Tabla 2.7. Taludes (k) recomendados en canales

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

Tabla 7.2. Secciones Hidráulicas Óptimas

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

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

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

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

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.

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

Figura7.2. Anchos de plantilla y profundidades en canales revestidos recomendados por el U.S. R. B.

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

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(

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