DISEO HIDRULICO Y PROCESO CONSTRUCTIVO DE CANALES DE RIEGO

CONTENIDO PAG.1. INTRODUCCION2. OBJETIVOS DEL TEMA2.1. OBJETIVO GENERAL2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS3. MARCO TEORICO: DISEO HIDRAULICO3.1. GENERALIDADES3.2. CANALES DE RIEGO POR SU FUNCIN3.3. ELEMENTOS BSICOS EN EL DISEO DE CANALES3.3.1.1. Trazo de canales3.3.1.2. Geometra de un canal3.3.1.3. Radios mnimos en canales3.3.1.4. Elementos de una curva en canales3.3.1.5. Rasante de un canal3.3.1.6. Seccin hidrulica optima en un canal de riego3.3.1.7. Diseo se secciones hidrulicas3.3.1.8. Pendiente longitudinal en un canal3.3.1.9. Seccin transversal3.3.1.10. Velocidades permisibles del flujo de agua en un canal3.3.1.11. Distribucin de las velocidades de flujo en la seccin transversal y longitudinal de un canal3.3.1.12. Como determinar el borde libre en un canalREVESTIMIENTO DE CANALES

3.3.1.13. Finalidad y justificacin para el revestimiento de canales3.3.1.14. Principales caractersticas de un buen revestimiento3.3.1.15. Mencione y describa por lo menos cuatro tipos de revestimiento en canales4. CONCLUSIONES5. RECOMENDACIONES6. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

1. INTRODUCCIONEn unproyectode irrigacin la parte que comprende eldiseode los canales y obras dearte, si bien es cierto que son de vital importancia en elcostode la obra, no es lo ms importante puesto que el caudal, factor clave en el diseo y el ms importante en un proyecto de riego, es un parmetro que se obtiene sobre la base del tipo desuelo, cultivo, condiciones climticas,mtodosde riego, etc., es decir mediante la conjuncin de la relacinagua suelo planta y la hidrologa.El conocimiento de diseos hidrulicos de canales, es esencial para el diseo de estas estructuras, ya que ella proporciona los principios bsicos, para obtener los diferentes parmetros de diseo como la pendiente, la rugosidad, el talud, etc.

El presente trabajo pretende contribuir con elementos de juicio que permitan tomar decisiones acertadas en cuanto al diseo, aspectos constructivos y mejoramiento de obras hidrulicas para riego.

2. OBJETIVOS DEL TEMA

2.1. OBJETIVO GENERAL

Conocer, identificar y definir las condiciones hidrulicas para el diseo de canales.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Tener presente el tipo de seccin ms eficiente para el transporte del caudal.

Disear las secciones hidrulicas del canal de tal manera para su eficiente funcionamiento y operacin. Conocer los diferentes sistemas de riego y estructuras que lo conforman.

3. MARCO TEORICO: DISEO HIDRAULICO

3.1. GENERALIDADESEl 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 el clculo del tirante normal que le corresponde para cada descarga en un canal con pendiente de fondo, seccin, seccin transversal y rugosidad de paredes establecidas.

3.2. CANALES DE RIEGO POR SU FUNCINLos canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones:

Canal de primer orden.- Llamado tambin canal madre o de derivacin y se le traza siempre con pendiente mnima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.

Canal de segundo orden.- Llamados tambin laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub laterales, el rea de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego.

Canal de tercer orden.- Llamados tambin sub laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a travs de las tomas del solar, el rea de riego que sirve un sub lateral se conoce como unidad de rotacin.

De lo anterior de deduce que varias unidades de rotacin constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificacin del canal madre o de primer orden.

3.3. ELEMENTOS BSICOS EN EL DISEO DE CANALES

Se consideran elementos; topogrficos, geolgicos, geotcnicos, hidrolgicos, hidrulicos, ambientales, agrolgicos, entre otros.

3.3.1.1. 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 (georreferenciados).

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 muestramuchas 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.

3.3.1.2. Geometra de un canalLa seccin transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y varia de un lugar a otro, desde aproximadamente una parbola hasta aproximadamente un trapecio.Los canales artificiales usualmente se disean con formas geomtricas regulares (prismticos), un canal construido con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismtico. El trmino seccin de canal se refiere a la seccin transversal de un canal tomado en forma perpendicular a la direccin del flujo, las secciones ms comunes son las siguientes:SECCIONES ABIERTAS Seccin trapezoidal: se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad, e en canales revestidos.

Seccin rectangular: debido a que el rectngulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

Seccin triangular: se usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambin en canales de tierra pequeos, fundamentalmente por la facilidad de trazo. Tambin se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.14

Seccin parablica: se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.

SECCIONES CERRADAS Seccin circular: el crculo es la seccin ms comn para alcantarillados y alcantarillas de tamaos pequeos y medianos.

CLCULOS SEGN LA SELECCIN DEL CANALLas expresiones que permiten el clculo son funcin de la forma geomtrica de la seccin transversal del canal.En la siguiente tabla se resumen las secciones ms utilizadas con las unidades del sistema internacional.

3.3.1.3. Radios mnimos en canalesEn 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: Tabla N 01 - Radio mnimo en funcin al caudal

3.3.1.4. Elementos de una curva en canales

3.3.1.5. 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

Seccin tpica de un canal

Donde: T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinacin del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., segn el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., segn el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal.

En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos mrgenes, segn las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no ser necesaria, dependiendo de la intensidad del trfico.

3.3.1.6. Seccin hidrulica optima en un canal de riegoDeterminacin 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 InfiltracinSe 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:La siguiente tabla presenta estas condiciones, adems del promedio el cual se recomienda.

Tabla N 04 -. Relacin plantilla vs tirante para, mxima eficiencia, mnima infiltracin y el promedio de ambas.

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/2 Donde: R = Radio hidrulico y = Tirante del canal No 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.3.3.1.7. Diseo de secciones hidrulicasSe 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. La ecuacin ms utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresin es:

Donde:Q = caudal de diseo determinado en funcin a la demanda de agua del sistema de riego en m3/seg.n = Es el valor de la rugosidad de manning.S = Es la pendiente o rasante del fondo del canal a lo largo de su recorrido en (m/m).A = rea hidrulica del canal en m2.R = Radio hidrulico del canal (A/P) en m.

3.3.1.8.

4.

http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/12/geometria-del-canal.html