MECANICA DE FLUIDOS SESION 12
HIDRAULICA DE CANALES
(DISEO - FLUJO UNIFORME)
DOCENTE:
Ing. Abimael Antonio Beltrn Cruzado
Huaraz, 2015
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
1.- INTRODUCCION
La presente sesin de aprendizaje da a conocer sobre: HIDRAULICA DE CANALES (DISEO, FLUJO UNIFORME): -Introduccin
- Definicin
- Importancia
2.- OBJETIVO
Conocer, identificar y definir las condiciones hidrulicas
para el diseo.
Conocer el tipo de seccin ms eficiente para el transporte del caudal.
Disear las secciones hidrulicas del canal de tal manera que cumpla con todas las condiciones necesarias
para su funcionamiento eficiente
3.- HIDRAULICA DE CANALES
El diseo hidrulico de canales consiste en realizar el dimensionamiento y la forma geomtrica del canal en funcin al caudal que transporta de acuerdo a la demanda de agua requerida por el sistema de riego.
El diseo comprende la ingeniera de trazo: alineamiento, pendiente de fondo, secciones transversales, as como la forma y dimensiones de la seccin del canal, su revestimiento y la determinacin de las caractersticas hidrulicas como la velocidad y el tirante que permiten establecer el rgimen del flujo de agua en el canal.
El diseo hidrulico trata principalmente al clculo del tirante normal que es el que corresponde para cada descarga en una canal con pendiente de fondo, seccin, seccin transversal y rugosidad de paredes establecidas.
CONSIDERACIONES GENERALES
3.- HIDRAULICA DE CANALES
Condiciones Hidrulicas:
a. Por el tipo de flujo
CONDICIONES HIDRULICAS Y NO HIDRULICAS
PARA EL DISEO
Donde:
V: velocidad (m/s)
g: aceleracin de la
gravedad (m/s2)
A: rea Hidrulica (m2) T: Espejo de agua (m)
Para: F>1; Flujo sper critico
F=1; Flujo critico F
3.- HIDRAULICA DE CANALES
Condiciones de diseo
Mxima eficiencia hidrulica Mnima infiltracin Mxima eficiencia hidrulica y mnima infiltracin
a. Topografa del eje de ruta del canal
Nos muestra el relieve uniforme o quebrado del suelo a lo largo del
eje del canal, segn esto se determina la pendiente.
b. Geologa
Ofrece informacin sobre la conformacin 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.
Condiciones no Hidrulicas:
3.- HIDRAULICA DE CANALES
c. Condiciones ambientales Principalmente se considera en el diseo de los canales la temperatura
y sus variaciones. Influye en el fraguado del concreto para canales revestidos.
d. Hidrologa e hidrografa Nos permite conocer las lminas de precipitacin, as como su
distribucin temporal durante el ao. Facilita el diseo de cunetas de drenaje en
la berma interna.
Nos proporciona la ubicacin de los cauces naturales que cruza el
canal y facilita la ubicacin o distanciamiento entre aliviaderos laterales en los
canales principales.
e. Hidrogeologa Nos ofrece informacin de los niveles freticos o superficie
piezomtrica, de tal manera de poder disear detalles especiales de drenaje en
la caja del canal (lloradores), da suma importancia para canales revestidos con
concreto, ya que los efectos de sub presin sobre el revestimiento resulta
perjudicial para la estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal esta
vacio.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
SECCIN HIDRULICA DEL CANAL
Tipos de Seccin Hidrulica
3.- HIDRAULICA DE CANALES
Seccin Rectangular Seccin Trapezoidal
Seccin Parablica Seccin Triangular
3.- HIDRAULICA
SECCIONES MS
COMUNES EN
CANALES
3.- HIDRAULICA DE CANALES
a. Elementos Geomtricos b. Elementos Hidrulicos b: Base menor y: Tirante
B: Base mayor f: Borde libre
H: Altura del talud T: Tirante superficial
z: Talud de la caja del canal
C: Berma interna
D: Berma externa
Componentes de un Canal
3.- HIDRAULICA DE CANALES
PENDIENTE O RASANTE DE UN CANAL DE RIEGO
La pendiente de un canal es uno de los factores ms importantes para
el diseo; su eleccin de la topografa y del aprovechamiento
econmico que se deriva de la condicin del agua.
Es la alineacin del fondo del canal a lo largo de su recorrido, puede ser
uniforme o varear por tramos.
Esta en funcin de la topografa del terreno que sigue el eje del trazo y
segn el tipo del canal, sea principal o secundario.
3.- HIDRAULICA D
Y=A/T
PARA TENER EN
CUENTA
3.- HIDRAULICA DE CANALES
TALUD DE UN CANAL
El talud (z) representa el grado de inclinacin de los lados
que forman la caja del canal con respecto a la horizontal.
Es la relacin de la proyeccin horizontal a la vertical de la
parte lateral del canal.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
NOTA:
Para canales revestidos: Z=1
Para canales sin revestir: Z=1.5
Algunos valores de z a tomar en el diseo hidrulico de un canal
3.- HIDRAULICA DE CANALES
DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE
RUGOSIDAD
a. Para Canales Revestido con Concreto:
Concreto liso 0.013
Concreto bien acabado, usado 0.014
Concreto frotachado 0.015
Concreto sin terminar 0.017
b. Para Canales sin Revestir
En forma prctica, los valores del coeficiente de rugosidad que se usan
para el diseo de canales alojados en tierra estn comprendidos entre 0.025 y 0.030.
c. Para Cauces Naturales
El valor de n es muy variable dependiendo generalmente del tipo y tamao del
material que conforman el lecho del cauce as como tambin del tipo y tamao del
tipo y densidad de vegetacin existente en el cauce. En nuestras zonas generalmente
los valores de n estn 0.060 0.070.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
DISEO HIDRULICO DEL CANAL DE RIEGO
El diseo de un canal trata de la determinacin de su forma y de sus dimensiones, de establecer la necesidad o no de su revestimiento y en este
ltimo caso su tipo, as como verificar las condiciones hidrulicas del flujo.
Para el diseo de canales se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad, velocidad mxima y mnima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
Coeficiente de Manning
Cunetas y canales sin revestir
En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa 0,020-0,025
En tierra ordinaria, superficie irregular 0,025-0,035
En tierra con ligera vegetacin 0,035-0,045
En tierra con vegetacin espesa 0,040-0,050
En tierra excavada mecnicamente 0,028-0,033
En roca, superficie uniforme y lisa 0,030-0,035
En roca, superficie con aristas e irregularidades 0,035-0,045
Cunetas y Canales revestidos
Hormign 0,013-0,017
Hormign revestido con ganita 0,016-0,022
Encachado 0,020-0,030
Paredes de hormign, fondo de grava 0,017-0,020
Paredes encachadas, fondo de grava 0,023-0,033
Revestimiento bituminoso 0,013-0,016
Corrientes Naturales
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de
lamina de agua suficiente 0,027-0,033
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de
lamina de agua suficiente, algo de vegetacin 0,033-0,040
Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia 0,035-0,050
3.- HIDRAULICA DE CANALES
La ecuacin ms utilizada es la de Manning, y su expresin es:
Donde:
Q = Caudal (m3/s)
n = Rugosidad
A = rea (m2)
R = Radio hidrulico = rea de la seccin hmeda / Permetro
hmedo
3.- HIDRAULICA DE CANALES
EL TIRANTE DE AGUA (y)
yH
3
4
Donde:
H: Altura del canal
y: tirante
3.- HIDRAULICA DE CANALES
CRITERIOS PARA EL CLCULO DEL TIRANTE DE
AGUA
Los criterios que debe usar el ingeniero proyectista debe ser los ptimos,
teniendo en cuenta todos los factores de agua y suelo, y del rea al cual
abastecer con agua dicho canal.
Se necesita conocer:
La seccin de mxima eficiencia hidrulica
La seccin de mnima infiltracin
La seccin de mxima eficiencia hidrulica y mnima infiltracin.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA
Es aquella que teniendo menor rea hidrulica, permite descargar el
mximo caudal. Dicho de otro modo, es aquella seccin que la corresponde
el mnimo permetro mojado.
Fundamentalmente se utiliza para canales revestidos pues minimiza el
volumen de revestimiento.
22
tg
y
bRelacin base tirante
3.- HIDRAULICA DE CANALES
SECCIN DE MNIMA INFILTRACIN
Si un canal est trazado sobre un terreno bastante permeable se hace necesario
disear una seccin que permita obtener la menor prdida posible de agua por
filtracin.
24
tg
y
b
Relacin base tirante
Se muestra un cuadro de la relacin o base - tirante para secciones de mnima
infiltracin para diferentes taludes.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA
Y MNIMA INFILTRACION
Son las secciones cuyo diseo tiene la finalidad de que el canal
transporte el caudal mximo y tenga una mnima prdida de infiltracin,
estos diseos se realizan para canales sin revestimiento o sea en canales
de tierra, esta seccin viene a ser el promedio de M.E.H y mnima
infiltracin.
La relacin base tirante sera.
2
3 tgy
b
3.- HIDRAULICA DE CANALES
3.- HIDRAULICA DE CANALES
VELOCIDAD MXIMA Y MNIMA PERMISIBLE DEL
AGUA EN CANALES DE RIEGO
La determinacin de la velocidad del agua en un canal es
fundamentalmente para evitar dos problemas que afectaran el normal
funcionamiento del canal y de no tenerse en cuenta, hasta provocaran el
colapso del mismo, estos son:
La erosin
La sedimentacin
En canales sin revestimiento las velocidades, tanto mnima como mxima
estn en un rango de:
0.63 m/s - 0.96 m/s.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
Para canales revestidos tenemos
segn el material de revestimiento.
3.- HIDRAULICA DE CANALES
DISEO DE LA SECCIN HIDRULICADE
UN CANAL DE RIEGO
Est basado en la determinacin de las medidas geomtricas e hidrulicas del
canal. Las medidas geomtricas trabajables para el diseo sern medidas
constructivas.
El diseo de secciones hidrulicas ms usadas son la rectangular y
trapezoidal que son canales que deben tener las condiciones de mxima
eficiencia hidrulica y mnima infiltracin si son sin revestir o seccin de
mximas eficiencia hidrulica para canales revestidos.
Para realizar el diseo de la seccin del canal es necesario
tener como datos:
El talud (Z)
El coeficiente de rugosidad (n) Caudal de diseo (Q)
Pendiente (S).
3.- FLUJO EN TUBERIAS
EJEMPLO: En un canal trapezoidal de ancho de solera 0,7 m y talud Z = 1,
circula un caudal de 1,5 m3/s con una velocidad de 0,8 m/s.
Considerando un coeficiente de rugosidad de n = 0,025, calcular
la pendiente del canal.
3.- FLUJO EN TUBERIAS
EJEMPLO: En el campus de la UCV se desea construir un canal revestido de
concreto, de seccin trapezoidal con talud Z=1, para evacuar las
aguas de lluvia, el caudal de diseo es de 500 lps, el ancho de solera
es 0.5 m. y la pendiente es 1%, se pide: Calcular el tirante del canal.
3.- FLUJO EN TUBERIAS
EJEMPLO: El canal del problema anterior debe atravesar un camino, para lo cual
se debe disear una alcantarilla con tubera de concreto siguiendo la
pendiente del canal, por seguridad el tirante debe ser el 90% del
dimetro de la tubera, se le pide disear indicando el dimetro de la
tubera (en pulgadas) que debe comprarse.
3.- FLUJO EN TUBERIAS
EJEMPLO:
GRACIAS
Top Related