CONDUCCIÓN DE AGUA POR CANALES - Facultad de …hidrologia/riego/Canales2012.pdf · INTRODUCCIÓN • Definiciones y nomenclatura • Canales de riego, drenaje y terrazas DISEÑO

CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CANALESCANALES

Curso de Riego y Drenaje 2012

• CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill. 1994. 667pp.

• Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones del riego.

Bibliografía

del riego.


INTRODUCCIÓN• Definiciones y nomenclatura

• Canales de riego, drenaje y terrazas

DISEÑO HIDRAULICO• Principios del movimiento del agua en canales

• Radio hidráulico y pendiente

• Fórmulas de velocidad• Fórmulas de velocidad

• Velocidad de diseño y velocidad crítica

• Pautas de diseño:

• Máxima eficiencia hidráulica

• Mínima infiltración

• Condicionado a la pendiente

• Tirante prefijado


CONSTRUCCIÓN• Borde libre y ancho de bordos• Diseño del trazado y replanteo• Profundidad de corte• Maquinaria utilizada• Control de la obra

MANTENIMIENTO• Aterramiento• Pérdida de conformación• Pérdida de conformación• Malezas

OBRAS DE ARTE• Compuertas de control y toma-granjas• Pases de agua de escurrimiento• Saltos y protecciones


Introducción

• Algunos antecedentes










Introducción

• Canal

– De riego– De riego

– De drenaje





Dpto. Artigas


Dpto. Treinta y Tres


Dpto. Río Negro, Colonia Tomas BerretaLong.: 6 km (aprox.)


Dpto.Durazno


Dpto.DuraznoLong.:16km (aprox)



Definiciones y Nomenclatura:

b

Borde libre →

coronamientosolera

c

Carga = h

a

plantilla

talud

zh

αCarga = h


Forma de la sección

• Trapezoidal

• Rectangular

• Triangular

• Parabólica• Parabólica


Diseño hidráulico


B

L

h

A’

C’B’

Principios del movimiento del agua en canales

C A

h

FUERZA DE AVANCE F = C’ B’

por triángulos semejantes resulta:

C’ B’ = C B donde C B = h A B = L CB/AB = h/L = s (pendiente del canal)A’ B’ A B

A’B’ = Peso del prisma de agua Peso = Volumen x Densidad Vol. = Area x L

entonces FUERZA DE AVANCE es: F = s x A x L x D Curso de Riego y Drenaje 2012

sxAxDV =

y la FUERZA DE ROCE es: F’ = f x P x L x V2 (P x L = sup. de roce)

f = factor de rozamiento

cuando F = F’ ⇒ el flujo se estabiliza

f x P x L x V2 = s x A x L x D

fxPV =

PA

xsxfD

V = Radio hidráulico R = A/P

Chezy (1769) llamó

C= factor de resistencia al flujo

RxsCvf

DC =⇒⇒⇒⇒= Probablemente es

la primer ecuación de flujo uniforme


Manning (1889) determinó que C depende de R

C = R1/6 n = Coeficiente de rugosidad de canalesn

RxsCv =

V = 1 R 2/3 S 1/2

n


Superficie Condición de las paredes

Buena Regular Mala

En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 *

En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035

En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045

Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030

Valores de “n” fórmulas de MANNING Y KUTTER(Seleccionados de King, H.W., 1954)

Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030

Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033

Lecho pedregoso, bordes tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035

•Valores corrientemente usados en la práctica


n = 0.012 – 0.014 n = 0.033 – 0.035

n = 0.040 – 0.043

n = 0.045 – 0.050


Diseño del canal

• Caudal – Siempre debe ser conocido

• Velocidad – Se prefija tentativamente


TIPO DE SUELO VELOCIDAD m/s

Suelos sueltos 0.20

VELOCIDADALTA ⇒⇒⇒⇒ EROSIONBAJA ⇒⇒⇒⇒ SEDIMENTACION

Criterios para prefijar la velocidad del agua en fu nción del tipo de suelo del canal

Suelos sueltos 0.20

Suelos de textura media 0.30

Suelos arcillosos 0.50

Suelos pedregosos 0.80 - 0.90

Desagües empastados 0.80 - 1.20

Factor asentamientoFactor profundidadMalezas


VELOCIDAD CRITICA

Moritz Vo = C x h1/2

C depende del material en suspensión

En nuestras condiciones C = 0.464

RANGO CRITICO 0.8 V < V < 1.2 VRANGO CRITICO 0.8 Vo < V < 1.2 Vo


FORMA DE LA SECCIÓN

Inclinación de taludes Z depende de:

•Textura

•Tipo de maquinaria

•Desagües (alta pendiente)

•Riego (baja pendiente)

MATERIAL Z

Roca firme 0.25

Arcilla 0.75

Suelo franco 1

Franco arenoso 2

Arenoso 3

Desagüe empastado 4


PAUTAS DE DISEÑO

Cálculo de plantilla y tirante


DISEÑOS:

• MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA

• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN

• CONDICIONADO A LA PENDIENTE (desagües)

• CUANDO h (carga) ESTA PREFIJADA


1Zht 2 +=

SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

A = ( a + b ) h2

b

A

a

h

zh

t= talud

b = a + 2Zh A = ( a + a + 2Zh) h2

A = (a + Zh) h

12 2 ++−= ZhZhhAP

Perímetro de mojado: P = a + 2t

A = (a + Zh)h ⇒⇒⇒⇒ a = A/h – Zh Plantilla

A = (a + Zh) h


⇒1Z2Z-A0 2 ++=

SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

Derivamos e igualamos a cero para hallar el mínimo perímetro de roce para un área dada:

12 2 ++−= ZhZhhAP

⇒1Z2Z-h

A0 22 ++=

Con esta forma, también se cumple que:

R = h/2 a/h = 2 tg αααα/2

12Z2-Z

Ah

++= Tirante←


Ejemplo:

Dados:Q = 0.1 m3/s Prefijamos V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = Q / V = 0.1 / 0.28 = 0.36 m2

Resulta que la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es:

Ah =

VELOCIDAD CRITICAMoritz Vo = C x h1/2

En nuestras condiciones C = 0.464

Vo= 0.464 x 0.441/2= 0.31

RANGO CRITICO 0.25 < V < 0.37 m/s

mh 44.036.0 ==

1Z2Z-

Ah

2 ++=

Se verifica que R = h/2 0.44/2 = 0.22

h = 0.44 m a = A/h – Zh = 0.37 m t = 0.63 m

P = 1.63 m R = 0.22 m s = (0.28 x 0.025) 2 = 0.00037 = 0.037%0.222/3

mh 44.011*21

36.02

=++−

=


b= 1.25m

h= 0.44m t= 0.63m

a= 0.37

Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2

a= 0.37

Perímetro de mojado= 1.63m

Pendiente= 0.037%


SECCION DE MINIMA INFILTRACION

Z2)4tgα(A

h+

=

También se cumple que:

a/h = 4 tg αααα/2 si Z = 1 ⇒⇒⇒⇒ αααα = 45º

h = 0.37 m a = 0.61 m t = 0.52 m

P = 1.64 m R = 0.217 m s = 0.00038


b= 1.35m

h= 0.37m t= 0.52m

a= 0.61

Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2

a= 0.61

Perímetro de mojado= 1.64m

Pendiente= 0.038%


Se debe lograr una velocidad prefijada ajustando R

V = 1/n R2/3 s1/2 ⇒⇒⇒⇒

23

=

21

s

VxnR

DISEÑO CONDICIONADO A LA PENDIENTE

1Z2ha

ZhahR

2

2

++

+=

{ 0=+−−+32144 344 21

C

RxAhxBAhx)

A

Z1ZR(2 22

R = A/P A = ah + Zh2

como a = (A – Zh2)/h Sustituimos

Llegamos a la siguiente ecuación de 2º grado:

12 2 ++++++++==== ZhaP


m164.02

3

=

=

21

0.01

1x0.03R

Ejemplo: Desagüe de un tajamar

Q = 2 m3/s s = 0.01 m/m n = 0.03 V = 1 m/s Z = 4A = Q/V= 2 / 1 = 2 m2

{ 0=+−−+ RxAhxAhx)Z1ZR(2 22

B = -2C = 2 x 0.164 = 0.328

0.698=4)-170.164(2=A

2A4ACBB

h2 −±−=

{ 0=+−−+32144 344 21

C

RxAhxBAhx)

A

Z1ZR(2 22


Con h1 a = 2 – 4 x 2.69 2 = -10.02 m ⇒⇒⇒⇒ Se descarta2.69

Con h a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m

mh

mh

175.0

69.2→0.698x2

0.328x0.698x4-22±2=h

2

1

===

Con h2 a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m0.175

a = (A – Zh2)/h

12,1m

10.73m


Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.03s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1

Otra metodología…2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m

11.1E=0.21

0.17


Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.03s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1

2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m

11.1E=0.21

0.17 1.0


CUANDO h ESTA PREFIJADO

Vo = 0.464 h1/2 A = Q / Vo a = A/h – Zh

P = a + 2t R = A / P

2

32

R

Vxns

=

1+= 2Zht

3R


Borde libre

• Aumento de rugosidad• Curvas• Aumento de caudal

CONSTRUCCIÓN

• Aumento de caudal

⇒ Canales grandes d = 0.3 + 0.25 x h

⇒⇒⇒⇒Canales chicos d = 1/3 h


Ancho de coronamientoAncho de coronamiento

C >= h


•Replanteo directo

•Trazado tentativo sobre plano de curvas

•Tramos rectos y acordamientos

Trazado del canal



Trazado del canal

αααα

•Se calculan y marcan las tangentes de entrada y salida•Con una cinta se ubica el centro y se marca el trazado de la curva

T = R x tg αααα/2

CAUDAL (m3/s) RADIO MINIMO

10 60

5 20

1 10

0.5 5

T

R αααα/2

0.5 5


Profundidad de corte (r)

Hr

H-r

a(H-r) z2 C (H-r) z1 r z1


Área excavada = (a + a + z1k + z1k) r2

Area terraplén = [c + c + z1 (H – r) + z2 ( H – r) ] (H -r)2

Area exc. = ar + r2 z1

Area terr. = c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2

Como son dos terraplenes

Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)

A. excavada = A. terraplén

r2z2 . r (a/2 + c + z1 H + z2 H) + 2 (2 C + z1H + z2H)

A B C

resolvemos r como ecuación de 2º grado


CONSTRUCCIÓN









OBRAS DE ARTE

•Compuertas de control y toma-granjas

•Pases de agua de escurrimiento

•Saltos y protecciones•Saltos y protecciones


OBRAS DE ARTE

•Compuertas de control y toma-granjas


Salida del agua hacia el canal

Represa de India Muerta


OBRAS DE ARTE

•Saltos de agua y protecciones


Saltos y protecciones








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