MONOGRAFIA UJCM

8/16/2019 MONOGRAFIA UJCM

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DISEÑO COMPLEMENTARIODE CANALES ABIERTOS DE

GRAN MAGNITUD

Bach. Ingeniería civil: ANTONY GALINDO DIAZ

MONOGRAFIA PARA OPTAR TITULO INGENIEROCIVIL


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Dedicado a mis abuelios !iriaco "ederico Dia#$alma % Olga Anoniea Aresegui Agramone &orsu amor incondicional odos esos a'os ambi(n

a mi madre Guadalu&e Arield% Dia# Aresegui&or con)ar en mi aun desde la disancia


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El hombre que es perseverante aunque seadébil se hará fuerte y aunque sea duro deentendimiento de hará inteligente

Leonardo Davinci


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IntroducciónEl conocimiento empírico del funcionamiento delos canales se remonta a varios milenios. En la

antigua Mesopotamia se usaban canales deriego, en la Roma Imperial se abastecían de

agua a través de canales construidos sobreinmensos acueductos, y los habitantes del

antiguo er! construyeron en algunos lugaresde los "ndes canales que a!n funcionan , #laro

es el E$emplo de los canales de #umbe Mayo ,el centro hidráulico más importante de los "ndes El conocimiento y estudio sistemático delos canales se remonta al siglo %&III, con #hé'y ,

(a'in y otros.

http://es.wikipedia.org/wiki/Antoine_Ch%C3%A9zyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Henri_Bazinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Henri_Bazinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Antoine_Ch%C3%A9zy


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Bass tóricas*on canales en la cual el agua circula debido ala acci+n de su &ro&io &eso sin esar someidaa m,s &resi+n -ue la amos(rica/ es decir la

su&er)cie libre del lí-uido es, en conacocon la am+sera.


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C!ass d cana!s

!anales naurales:

A-uellos -ue no inervienen la mano del hombre1 ales comolos ríos % los arro%os -ue son cursos de agua ormado &or eldes&la#amieno del agua hacia niveles menores. !anales Ari)ciales:

A-uellos donde inerviene la mano del hombre % endr, unasecci+n ransversal -ue se les ha%a dado en ano semanenga la esabilidad de las &aredes caedrales % el ondo.


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Sccions trans"rsa!s#as co#uns

2l esudio hidr,ulico se oriena en orma &rinci&al a los canalessu&er)ciales1 las secciones ransversales &uede ser mu% diversa

&ero &or lo general se )3a en a-uellas-ue &resena una ma%or esabilidad -ue sea de ,cil consrucci+n% -ue su coso sea menor la orma m,s uili#ada son lossiguienes:

Tra&e#oidal!ircular4ecangular*emicircular*ecci+n com&uesa


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E!#ntos $o#%tricos dun cana!

Tirane 5%6: es la disancia verical desde el &uno m,s ba3o de una secci+n del canalhasa la su&er)cie libre.

$roundidad de 7u3o de la secci+n 5d6: &roundidad de 7u3o medida &er&endicularalura de la secci+n del canal -ue coniene agua. Nivel: elevaci+n o disancia vericaldesde un nivel de reerencia hasa la su&er)cie libre.

Ancho su&er)cial 5B6: ancho de la secci+n del canal en la su&er)cie libre. 8rea mo3ada 5A6: ,rea de la secci+n ransversal del 7u3o &er&endicular a la direcci+n

del mismo. $erímero mo3ado 5$6: longiud de la línea de inersecci+n de la su&er)cie del canal

mo3ada % de un &lano ransversal &er&endicular a la direcci+n del 7u3o. 4adio hidr,ulico 546: relaci+n enre el ,rea mo3ada % el &erímero mo3ado 5A9$6. $roundidad hidr,ulica 5D6: relaci+n enre el ,rea mo3ada % el ancho su&er)cial 5A9B6.

"acor de secci+n &ara 7u3o críico 5Z6: A 5D6;


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2n el dise'o de canales de gran magniud las e>&resiones -ue&ermien su c,lculo son unci+n de la orma geom(rica de la secci+nransversal del canal. 2n la siguiene abla se resumen las secciones

m,s uili#adas con las unidades del sisema inernacional.


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Critrios &ara ! dis'o dcana!s a(irtos

Cana! d &ri#r ordn)* Llamado ambi(n canal madre o dederivaci+n % se le ra#a siem&re con &endiene mínima1normalmene es usado &or un solo lado %a -ue &or el oro ladoda con errenos alos.

Cana! d s$undo ordn)* Llamados ambi(n laerales1 sona-uellos -ue salen del canal madre % el caudal -ue ingresa aellos1 es re&arido hacia los sub ? laerales1 el ,rea de riego -uesirve un laeral se conoce como unidad de riego.

Cana! d trcr ordn)* Llamados ambi(n sub ? laerales %nacen de los canales laerales1 el caudal -ue ingresa a ellos esre&arido hacia las &ro&iedades individuales a rav(s de lasomas del solar1 el ,rea de riego -ue sirve un sub ? laeral seconoce como unidad de roaci+n.


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Tra+o d cana!s

!uando se raa de ra#ar un canal o un sisema de canales es necesariorecolecar la siguiene inormaci+n b,sica:

@ "oograías a(reas1 im,genes saeliales1 &ara locali#ar los &oblados1caseríos1 ,reas de culivo1 vías de comunicaci+n1 ec.

@ $lanos o&ogr,)cos % caasrales.

@ 2sudios geol+gicos1 salinidad1 suelos % dem,s inormaci+n -ue

&ueda con3ugarse en el ra#o de canales.

na ve# obenido los daos &recisos1 se &rocede a raba3ar en gabineedando un ra#o &reliminar1 el cual se re&lanea en cam&o1 donde se hacenlos a3uses necesarios1 obeni(ndose )nalmene el ra#o de)niivo.


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Procdi#intoL"anta#into r!i" cana!

:

Rconoci#into d! trrno)* *e recorre la #ona1 ano,ndose odos los dealles-ue in7u%en en la deerminaci+n de un e3e &robable de ra#o1 deermin,ndose el&uno inicial % el &uno )nal 5georreerenciados6.

Tra+o &r!i#inar)* *e &rocede a levanar la #ona con una brigada o&ogr,)ca1clavando en el erreno las esacas de la &oligonal &reliminar % luego ellevanamieno con eodolio1 &oseriormene a ese levanamieno se nivelar, la&oligonal % se har, el levanamieno de secciones ransversales1 esas seccionesse har,n de acuerdo a crierio1 si es un erreno con una ala disorsi+n de relieve1la secci+n se hace a cada = m1 si el erreno no muesra muchas variaciones % esuniorme la secci+n es m,>imo a cada < m.

Tra+o d,niti"o)* !on los daos de 5b6 se &rocede al ra#o de)niivo1 eniendo en

cuena la escala del &lano1 la cual de&ende b,sicamene de la o&ograía de la#ona % de la &recisi+n -ue se desea:

Terrenos con &endiene ransversal ma%or a =C1 se recomienda escala de :=


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Radios #-ni#os n cana!s

2n el dise'o de canales1 el cambio brusco de direcci+n sesusiu%e &or una curva cu%o radio no debe ser mu% grande1 %debe escogerse un radio mínimo1 dado -ue al ra#ar curvas conradios ma%ores al mínimo no signi)ca ningEn ahorro de energía1es decir la curva no ser, hidr,ulicamene m,s e)ciene1 encambio sí ser, m,s cososo al darle una ma%or longiud o ma%or

desarrollo. Las siguienes ablas indican radios mínimos segEn elauor o la uene:


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Rasant d un cana!na ve# de)nido el ra#o del canal1 se &roceden a dibu3ar el &er)l longiudinal de dichora#o1 las escalas m,s usuales son de :


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Prsntación ,na! d!&!ano !on$itudina!

Inormaci+n mínima de &lano de un canal. Jilomera3e !oa de erreno Bs 5cada =


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Dis'o d sccions.idr/u!icas

*e debe ener en cuena cieros acores1 ales como: i&ode maerial del cuer&o del canal1 coe)ciene de rugosidad1velocidad m,>ima % mínima &ermiida1 &endiene del canal1aludes1 ec. La ecuaci+n m,s uili#ada es la de anning o*ricKler1 % su e>&resi+n es:

Donde:• M !audal 5mH9s6• n M 4ugosidad• A M 8rea 5m6• 4 M 4adio hidr,ulico M 8rea de la secci+n hEmeda 9

$erímero hEmedo


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ru$osidad

2sa de&ende del cauce % el alud1 dado a las &aredes laerales delmismo1 vegeaci+n1 irregularidad % ra#ado del canal1 radio hidr,ulico %

obsrucciones en el canal1 generalmene cuando se dise'a canales enierra se su&one -ue el canal es, recienemene abiero1 lim&io % con unra#ado uniorme1 sin embargo el valor de rugosidad inicialmeneasumido diícilmene se conservar, con el iem&o1 lo -ue -uiere decir-ue en la &r,cica consanemene se har, rene a un coninuo cambiode la rugosidad.

2n canales &ro%ecados con revesimieno1 la rugosidad es unci+n delmaerial usado1 -ue &uede ser de concreo1 geomana1 ubería $! +D$ + me,lica1 o si van a raba3ar a &resi+n amos(rica o &resuri#ados.La siguiene abla nos da valores de nP esimados1 esos valores &uedenser reuados con invesigaciones % manuales1 sin embargo no de3an de

ser una reerencia &ara el dise'o:


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Ta!udLa inclinaci+n de las &aredes laerales de un canal1de&ende de varios acores &ero en es&ecial de la

clase de erreno donde es,n alo3ados1 la .*.B42A O" 42!LAATION recomienda un alud

Enico de 1=: &ara sus canales1 a coninuaci+n se

&resena un cuadro de aludes a&ro&iados &aradisinos i&os de maerial:


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V!ocidad #/0i#a 1 #-ni#a

La velocidad mínima &ermisible es a-uella velocidad -ue no &ermie

sedimenaci+n1 ese valor es mu% variable % no &uede ser deerminadocon e>aciud1 cuando el agua 7u%e sin limo ese valor carece deim&orancia1 &ero la ba3a velocidad avorece el crecimieno de las&lanas1 en canales de ierra. 2l valor de


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Bord !i(r2s el es&acio enre la coa de la corona % la su&er)cie del agua1 no e>iseninguna regla )3a -ue se &ueda ace&ar universalmene &ara el c,lculodel borde libre1 debido a -ue las 7ucuaciones de la su&er)cie del aguaen un canal1 se &uede originar &or causas inconrolables.

La .*. B42A O" 42!LAATION recomienda esimar el borde libre con

la siguiene +rmula:

Donde: Borde libre: en &ies ! M .= &ara caudales menores a < &iesH 9 seg.1 %hasa .= &ara caudales del orden de los H


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R"sti#into cana!sNo e>ise una regla general &ara de)nir los es&esores del revesimieno de concreo1sin embargo segEn la e>&eriencia acumulada en la consrucci+n de canales en el&aís1 se &uede usar un es&esor de = a R.R cm &ara canales &e-ue'os % medianos1 %< a = cm &ara canales medianos % grandes1 siem&re -ue esos se dise'en sinarmadura. . 2n el caso &aricular -ue se -uiera &ro%ecar un revesimieno congeomembranas1 se iene -ue ener en cuena las siguienes consideraciones:

$ara canales &e-ue'os se debe usar geomembrana de $! % &ara canales

grandes geomembrana de &olieileno S D$.

Los es&esores de la geomembrana1 varían enre a .= mm

*i el canal se ubica en #onas en donde &uede ser vigilado &ermanenemene1 &orlo ano no &uede ser aecada la membrana.

2l gru&o social a servir iene -ue ca&aciado &ara el mane3o de dicho i&o derevesimieno.

Tambi(n se &uede usar asociada la geomembrana con un revesimieno deconcreo/ la geomembrana acEa como elemeno im&ermeabili#ane 5el concreose deeriora con las ba3as em&erauras6 % el concreo como elemeno de

&roecci+n1 sobre odo cuando se raa de obras ubicadas &or encima de los 1


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Ca"itación 1 su(&rsion ncana!s

La caviaci+n es la eva&oraci+n 5ormaci+n de burbu3as deva&or6 de un lí-uido cuando 7u%e hacia una regi+n d+ndela &resi+n es,ica se reduce a la &resi+n del va&or1 con laconsecuene condensaci+n 5cola&so o im&losi+n de las

burbu3as6 cuando (sas &asan a una regi+n d+nde la&resi+n es,ica es, sobre la &resi+n del va&or.

!aída de la &resi+n 2l raslado de energía mec,nica al7uido bombeado1 necesariamene crea regiones denro de

la esrucura hidr,ulica en las -ue la &resi+n decae1 ba3o la&resi+n es,ica -ue se iene a la enrada de la esrucurahidr,ulica. De&endiendo del nivel de la &resi+n es,ica1&ueden ocurrir o no la caviaci+n. 2so &uede &roducirvarias consecuencias negaivas &ara el uncionamieno delcanal


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Erosión 1 ds(ordLa ma%oría de los canales erminados % consruidos &uedenresisir la erosi+n saisacoriamene % se consideran enoncesno erosionables. Los canales sin erminaci+n son generalmeneerosionables1 e>ce&o a-uellos e>cavados en undaciones )rmesales como un lecho rocoso. Al dise'ar canales no erosionables1ales acores como la m,>ima velocidad &ermiida % la uer#a

araciva &ermiida no son los crierios considerados.2l dise'ador sim&lemene calcula las dimensiones del canal conuna +rmula de 7u3o uniorme % enonces decide lasdimensiones )nales sobre la base de e)ciencia hidr,ulica1 oreglas em&íricas de la me3or secci+n1 &racicabilidad %economía. Los acores a ser considerados en el dise'o son: la

clase de maerial -ue orma el cuer&o del canal1 el cualdeermina el coe)ciene de rugosidad/ la velocidad mínima&ermiida1 eviar de&+sios si el agua lleva limo o des&erdicios/la &endiene del ondo del canal % las &endienes laerales/ laalura libre/ % la secci+n m,s e)ciene1 sea deerminadahidr,ulicamene o em&íricamene.


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Cana!s rosiona(!sLos maeriales no erosionables usados &ara ormar laerminaci+n de un canal % el cuer&o de un canalconsruido inclu%en hormig+n1 &iedra raba3ada1 acero1undici+n1 madera1 vidrio1 &l,sico1 ec. La selecci+n delmaerial de&ende &rinci&almene de la dis&onibilidad %coso del maerial1 del m(odo de consrucci+n % del&ro&+sio &ara el cual va a ser usado el canal. 2l&ro&+sio de erminar o revocar un canal es en la ma%or&are de los casos &ara &revenir la erosi+n1 &eroocasionalmene &uede ser &ara checar las &erdidas de)lraci+n. 2n canales erminados1 la m,>ima velocidad&ermiida1 &or e3em&lo1 el m,>imo -ue no causaraerosi+n1 &uede ser ignorado1 &roviso -ue el agua nolleva arena1 gravilla1 o &iedras.


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Dis'o sccióntrans"rsa!

*iem&re % cuando las condiciones lo &ermien1debemos raar de dise'ar la secci+n ransversaldel canal lo mas &r+>imo &osible a la semiScircunerencia1 con ello se logra ma%or e)ciencia

en la relaci+n caudal e>cavaci+n.


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Lo -ue nos ineresa es la relaci+n -ue debe haber enre b e %&ara la secci+n de m,>ima e)ciencia hidr,ulica llamemos m aesa relaci+n:


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E2#&!o d a&!icaciónn canal debe rans&orar UmH9s .La inclinaci+n del as&a redes 5alud6 im&uesa &or la naurale#adel erreno Uima e)ciencia hidr,ulica. La &endiene del ondo es de


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Conc!usionsDel esudio eecuado se conclu%e lo siguiene:

2n el dise'o de los canales se observa a rav(s de las memorias (cnicas %recaudos de &ro%ecos -ue el c,lculo % dimensionamieno se eecEa solo en basea crierios hidr,ulicos.

Aun cuando resulen su)cienemene adecuados desde el &uno de visa

hidr,ulico1 &uede -ue no lo sean desde el &uno de visa econ+mico1 %a -ue en sudimensionamieno no se observa crierios -ue omen en cuena la ma-uinaria-ue &udiese ser em&leada en la consrucci+n econ+mica de los mismos % dondelas elecciones se a3usan lo mas &osible al i&o -ue comEnmene se encuenre enel &aís1 es decir1 adolecen de la inerrelaci+n -ue debe e>isir enre el &roceso dedise'o % la consrucci+n.

2n los recaudos esudiados no se observ+ inormaci+n -ue indi-ue -ue durane laea&a de dise'o se ha%an eecuado las corres&ondienes invesigaci+n delsubsuelo &ara obener1 desde el &uno de visa de ingeniería civil 1 lascaracerísicas &rinci&ales de los maeriales a ser movidos &ara deerminar lama-uinaria a&ro&iada &ara la e>cavaci+n de las secci+n ado&adas % calcularrendimienos % cosos a medida -ue avan#a el dise'o1 &ara ello con el &ro&+siode obener la relaci+n m,s avorable enre el dise'o % los coso de e>cavaci+n sin

e>cluir odos los dem,s acores -ue &udiesen in7uir en el coso oal del canal


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Rco#ndacions 2l dise'o geom(rico % dimensionamieno de los canales de gran

magniud así como ambi(n de sus esrucuras ane>as1 debe ser lo m,ssencillo &osible1 de al orma -ue &ermia su consrucci+n a &reciosra#onables

2l dise'ador debe amiliari#arse con la ma-uinaria % m(odos deconsrucci+n1 debe conocer las caracerísicas de ma%or iner(s de la

ma-uinaria dis&onible en el &aís1 enre oros as&ecos (cnicos de beconocer sus dimensiones alcances1 &oencia1 ca&acidad de carga1 uer#ade core % &eneraci+n1 maerial % condiciones en las cuales &uederaba3ar con e)ciencia versailidad1 rendimieno1 ec. 2nre los as&ecosecon+micos vienen ser el coso1 vida Eil1 dis&onibilidad de revena1 ec.

Tambi(n se debe ener en cuena oros a elemenos de iner(s &ara laconsrucci+n como son la manos de obra es&eciali#ada1 e>&eriencia enel &aís &ara la e3ecuci+n de i&o de obra1 ama'o de la obra % iem&odis&onible &ara la e3ecuci+n.

Todos esos acores a%udan al dise'ador a deerminar el e-ui&o %m(odos de consrucci+n -ue &uede ser uili#ado en la obra -ue dise'a


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2s recomendable a3usar hasa donde sea &osible las dimensionesde los canales % sus esrucuras de al orma -ue &ueda consruirsecon los variados i&os de modelos de ma-uinaria dis&onible1 -ue noha%a necesidad de buscar e-ui&o es&ecial encarecería a los cosos

2l dise'o debe ser bien claro1 de orma al -ue se eviendiscusiones innecesarias %a sea &or su iner&reaci+n o &or elsisema de consrucci+n a em&lear. 2s conveniene eecuar

invesigaci+n del subsuelo a )n de conocer las caracerísicas&rinci&ales a ser movido los niveles re,icos1 ec. 2so &ermiir,deerminar el e-ui&o % m(odo de e>cavaci+n. ,s adecuado1crierios de com&acaci+n1 esabilidad de aludes su&resiones1 ec.

Lo anes e>&ueso consiu%e acores -ue &ueden ser uili#ados&ara conocer de inmediao los cosos de las dierenes alernaivasa medida -ue avan#a el dise'o1 a la ve# -ue se asegura -ue lasobras &odr,n eecuarse con orme a los dise'os1 reduciendo los&osible de modi)caciones &or haber &reviso la e>isencia dema-uinaria % m(odos consrucivos adecuados1 lo cual redundara

en la e3ecuci+n del a obra a &resi+n ra#onables.


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an0os

"uene :ATO4IDAD NA!IONAL D2L AGA


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FINGRACIAS

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