UNIVERSIDAS MAYOR DE SAN SIMON

[UNIVERSIDAS MAYOR DE SAN SIMON]INGENIERIA CIVIL

CANALES1. Introduccin:Los canales son conductos por donde fluye el agua, desde el punto de captacin hasta el punto de entrega para su uso, por ejemplo riego de cultivos, abastecimiento para consumo humano e industrial, produccin de energa elctrica.Pero tambin los canales sirven para evacuar aguas de lluvia, denominadas estas canales de drenaje.2. Tipos de canales: a.-Canales en tierra.- se aplican secciones trapezoidales se aplican taludes (vertical: horizontal) de entre 1:1 a 1.5:1 (en suelos cohesivos) hasta 2:1 (en suelos mas sueltos). Durante el uso se vuelven un tanto irregular por desgaste de sus taludes.

b.-Canales en roca.- se disean canales trapezoidales con un talud muy empinado sabiendo que la seccin final en el campo depende de la posibilidad de excavar el material

c.- canales revestido y de mampostera u hormign.- se define la seccin optimizando entre capacidad de conduccin, volumen de excavacin o relleno y facilidad de construccin, en canales muy pequeos tambin influye la comodidad de construccin y mantenimiento.

3. Elementos bsicos en el diseo de canales Se consideran elementos; topogrficos, geolgicos, geotcnicos, hidrolgicos, hidrulicos, ambientales, agrolgicos, entre otros. 3.1 Trazo de canales

Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente informacin bsica: Fotografas areas, imgenes satelitales, para localizar los poblados, caseros, reas de cultivo, vas de comunicacin, etc. Planos topogrficos y catastrales. Estudios geolgicos, salinidad, suelos y dems informacin que pueda conjugarse en el trazo de canales. Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, obtenindose finalmente el trazo definitivo. En el caso de no existir informacin topogrfica bsica se procede a levantar el relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos: a. Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotndose todos los detalles que influyen en la determinacin de un eje probable de trazo, determinndose el punto inicial y el punto final (georeferenciados). b. Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topogrfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelar la poligonal y se har el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harn de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsin de relieve, la seccin se hace a cada 5 m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la seccin es mximo a cada 20 m. c. Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende bsicamente de la topografa de la zona y de la precisin que se desea: Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500. Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a 1:2000.

3.2 Radios mnimos en canales

En el diseo de canales, el cambio brusco de direccin se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mnimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mnimo no significa ningn ahorro de energa, es decir la curva no ser hidrulicamente ms eficiente, en cambio s ser ms costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo. Las siguientes tablas indican radios mnimos segn el autor o la fuente:

Elementos de una curva

A=Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C=Cuerda larga, es la cuerda que sub tiende la curva desde PC hasta PT.

=Angulo de deflexin, formado en el PI.

E=External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.

F=Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda larga.

G=Grado, es el ngulo central.

LC=Longitud de curva que une PC con PT.

PC=Principio de una curva.

PI=Punto de inflexin.

PT=Punto de tangente.

PSC=Punto sobre curva.

PST=Punto sobre tangente.

R=Radio de la curva.

ST=Sub tangente, distancia del PC al PI.

3.4 Rasante de un canal Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas ms usuales son de 1:1000 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relacin entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10. El procesamiento de la informacin y dibujo se puede efectuar empleando el software AUTOCAD CIVIL 3D (AUTOCAD clsico, AUTOCAD LAND, AUTOCAD MAP o AUTOCAD CIVIL). Para el diseo de la rasante se debe tener en cuenta: La rasante se debe trabajar sobre la base de una copia del perfil longitudinal del trazo Tener en cuenta los puntos de captacin cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren u obra de arte. La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno (optimizar el movimiento de tierras), cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan cadas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con el caudal especificado y diferentes cajas hidrulicas, chequeando la velocidad obtenida en relacin con el tipo de revestimiento a proyectar o si va ser en lecho natural, tambin se tiene la mxima eficiencia o mnima infiltracin. El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mnimo la siguiente informacin. Kilometraje Cota de terreno BMs (cada 500 1000 m) Cota de rasante Pendiente Indicacin de las deflexiones del trazo con los elementos de curva Ubicacin de las obras de arte Seccin o secciones hidrulicas del canal, indicando su kilometraje Tipo de suelo Cuadro con elementos geomtricos e hidrulicos del diseo

3.5 Seccin Hidrulica Optima Determinacin de Mxima Eficiencia Hidrulica Se dice que un canal es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la misma rea y pendiente conduce el mayor caudal posible, sta condicin est referida a un permetro hmedo mnimo, la ecuacin que determina la seccin de mxima eficiencia hidrulica es:

Siendo el ngulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z), b plantilla del canal y y tirante o altura de agua. Determinacin de Mnima Infiltracin Se aplica cuando se quiere obtener la menor prdida posible de agua por infiltracin en canales de tierra, esta condicin depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuacin que determina la mnima infiltracin es:

Tabla 4. Relacin plantilla vs. tirante para, mxima eficiencia, mnima infiltracin y el promedio de ambas.TaludAnguloMxima EficienciaMnima InfiltracinPromedio

Vertical90002.00004.00003.0000

1 / 4 : 175581.56163.12312.3423

1 / 2 : 163261.23612.47211.8541

4 / 7 : 160151.16062.32131.7410

3 / 4 : 153081.00002.00001.5000

1:145000.82841.65691.2426

1 : 138400.70161.40311.0523

1 : 133410.60561.21110.9083

2 : 126340.47210.94430.7082

3 : 118260.32460.64910.4868

De todas las secciones trapezoidales, la ms eficiente es aquella donde el ngulo a que forma el talud con la horizontal es 60, adems para cualquier seccin de mxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2donde: R = Radio hidrulicoy = Tirante del canalNo siempre se puede disear de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseo propio para cada situacin.4. Elementos de un canal:

Relaciones geomtricas de las secciones transversales ms frecuentes.

5. Hidrulica del flujo en un canal:5.1 Continuidad:Para un flujo continuo y permanente, el caudal que atraviesa cualquier seccin es constante:

La ecuacin de continuidad es vlida solo para un flujo continuo permanente, es decir un flujo uniforme a lo largo del canal, en consecuencia no es vlida cuando entra o sale agua en alguna parte del canal.5.2 Energa del flujo:

En cualquier canal la energa est definida como:

5.3 Clasificacin de flujos:La clasificacin de flujos se la hace de acuerdo al cambio de parmetros como el tirante de agua y velocidad del flujo con respecto al tiempo y espacio: Flujo Permanente: Uniforme Variado Flujo no permanente: Variado Las variables permanente y no permanente utilizan como variable el tiempo. En tanto que las variables uniforme y variado utilizan como variable a el espacio.5.4 Estados de flujo:Obedecen bsicamente a efectos de la viscosidad y gravedad en relacin con las fuerzas inerciales del flujo.5.4.1 Efectos de la viscosidad:

El flujo puede ser laminar, transicional o turbulento, representada por el nmero de Reynolds:

Con los siguientes lmites:Flujo Laminar: Re2000Flujo Turbulento: Re4000Flujo de Transicin: 2000