Canales

7/17/2019 Canales

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Diseño de Canales

1. Generalidades

2. Canales de riego por su función

3. Elementos básicos en el diseño de canales

4. Sección idráulica !ptima

". Diseño de secciones #idráulicas

1. Generalidades.$

En un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales y obras de arte, si bien es

cierto que son de vital importancia en el costo de la obra, no es lo más importante puesto que el caudal,

factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de riego, es un parámetro que se obtiene

sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante

la conjunción de la relación agua – suelo – planta y la idrolog!a, de manera que cuando se trata de una

planificación de canales, el diseñador tendrá una visión mas amplia y será mas eficiente, motivo por lo

cual el ingeniero agr!cola destaca y predomina en un proyecto de irrigación.

2. Canales de riego por su función.$

"os canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones#- $anal de primer orden.% "lamado también canal madre o de derivación y se le tra&a siempre con

pendiente m!nima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos

altos.

- $anal de segundo orden.% "lamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el

caudal que ingresa a ellos, es repartido acia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral

se conoce como unidad de riego.- $anal de tercer orden.% "lamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el caudal

que ingresa a ellos es repartido acia las propiedades individuales a través de las tomas del solar, el

área de riego que sirve un sub – lateral se conoce como unidad de rotación.

'e lo anterior de deduce que varias unidades de rotación constituyen una unidad de riego, y varias

unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificación del

canal madre o de primer orden.

3. Elementos básicos en el diseño de canales.$

(e consideran algunos elementos topográficos, secciones, velocidades permisibles, entre otros#

• )ra&o de canales.% $uando se trata de tra&ar un canal o un sistema de canales es necesario

recolectar la siguiente información básica#

- *otograf!as aéreas, para locali&ar los poblados, caser!os, áreas de cultivo, v!as de comunicación,

etc.

- +lanos topográficos y catastrales.

- Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda conjugarse en el tra&o de

canales.

na ve& obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un tra&o preliminar, el

cual se replantea en campo, donde se acen los ajustes necesarios, obteniéndose finalmente el tra&o

definitivo.

En el caso de no e-istir información topográfica básica se procede a levantar el relieve del canal,

procediendo con los siguientes pasos#

a /econocimiento del terreno.% (e recorre la &ona, anotándose todos los detalles que influyen en la

determinación de un eje probable de tra&o, determinándose el punto inicial y el punto final.

b )ra&o preliminar.% (e procede a levantar la &ona con una brigada topográfica, clavando en el

terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito,

posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal y se ará el levantamiento de

secciones transversales, estas secciones se arán de acuerdo a criterio, si es un terreno con una

alta distorsión de relieve, la sección se ace a cada 0 m, si el terreno no muestra mucas

variaciones y es uniforme la sección es má-imo a cada 12 m.

c )ra&o definitivo.% $on los datos de 3b se procede al tra&o definitivo, teniendo en cuenta la escala

del plano, la cual depende básicamente de la topograf!a de la &ona y de la precisión que sedesea#

- )errenos con pendiente transversal mayor a 104, se recomienda escala de 5#022.

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- )errenos con pendiente transversal menor a 104, se recomienda escalas de 5#5222 a

5#1222.

• /adios m!nimos en canales.% En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por

una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio m!nimo, dado que al tra&ar

curvas con radios mayores al m!nimo no significa ning6n aorro de energ!a, es decir la curva no será

idráulicamente más eficiente, en cambio s! será más costoso al darle una mayor longitud o mayor

desarrollo.

"as siguientes tablas indican radios m!nimos seg6n el autor o la fuente#

)abla '$25. /adio m!nimo en canales abiertos para 7 8 52 m9 :s

$apacidad del canal /adio m!nimo

;asta 52 m9:s 9 < anco de la base

'e 52 a 5= m9:s = < anco de la base

'e 5= a 5> m9:s 0 < anco de la base

'e 5> a 12 m9:s ? < anco de la base

'e 12 m9:s a mayor > < anco de la base

"os radios m!nimos deben ser redondeados asta el pró-imo metro superior

*uente# @Anternational Anstitute *or "and /eclamation Bnd AmprovementC A"/A, +rincipios y

Bplicaciones del 'renaje, )omo AD, ageningen )e Feterlands 5G>H.

)abla '$21. /adio m!nimo en canales abiertos en función del espejo de agua

$BFB"E( 'E /AEIJ $BFB"E( 'E '/EFBKE

Tipo Radio Tipo Radio

(ub – canal =) $olector principal 0)

"ateral 9) $olector 0)

(ub – lateral 9) (ub – colector 0)(iendo ) el anco superior del espejo de agua

*uente# (al&gitter $onsult ILM; @+lanificación de $anales, Nona +iloto *erreñafeC )omo AA: 5%

+royecto )inajones – $iclayo 5GH=.

)abla '$29. /adio m!nimo en canales abiertos para 7 O 12 m9 :s

$apacidad del canal /adio m!nimo

12 m9:s 522 m

50 m9:s H2 m

52 m9

:s ?2 m0 m9:s 12 m

5 m9:s 52 m

2,0 m9:s 0 m

*uente# Linisterio de Bgricultura y Blimentación, Molet!n )écnico F% > @$onsideraciones Ienerales

sobre $anales )rape&oidalesC "ima 5G>H.

(obre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio m!nimo que más se ajuste a nuestro

criterio.

• Elementos de una curva.%

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B P Brco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 12 m

$ P $uerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde +$ asta +).

Q P Bngulo de defle-ión, formado en el +A.

E P E-ternal, es la distancia de +A a la curva medida en la bisectri&.

* P *leca, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la

cuerda larga.

I P Irado, es el ángulo central.

"$ P "ongitud de curva que une +$ con +).

+$ P +rincipio de una curva.

+A P +unto de infle-ión.

+) P +unto de tangente.

+($ P +unto sobre curva.

+() P +unto sobre tangente.

/ P /adio de la curva.() P (ub tangente, distancia del +$ al +A.

• /asante de un canal.% na ve& definido el tra&o del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal

de dico tra&o, las escalas más usuales son de 5#5222 o 5#1222 para el sentido ori&ontal y 5#522 o

5#122 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala ori&ontal y vertical es de 5 a

52, el dibujo del perfil es recomendable acerlo sobre papel milimetrado transparente color verde por

ser más práctico que el cánson y además el color verde permite que se noten las l!neas milimétricas

en las copias o&alid.

+ara el diseño de la rasante se debe tener en cuenta#

- "a rasante se debe efectuar sobre la base de una copia o&alid del perfil longitudinal del tra&o,

no se debe trabajar sobre un borrador de él eco a lápi& y nunca sobre el original.- )ener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de riego y los puntos de

confluencia si es un dren.

- "a pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural

promedio del terreno, cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan

ca!das o saltos de agua.

- +ara definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas idráulicas, cequeando

siempre si la velocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construirá el

canal.

- El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como m!nimo la siguiente

información.

- Rilometraje

- $ota de terreno

-$ota de rasante

- +endiente

- Andicación de las defle-iones del tra&o con los elementos de curva

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=2

tg*2 θ

y

b

= 2tg*4 θ

yb

- bicación de las obras de arte

- (ección o secciones idráulicas del canal, indicando su Silometraje

- )ipo de suelo

(ección t!pica de un canal

'onde#

) P Bnco superior del canal b P +lantilla

& P Dalor ori&ontal de la inclinación del talud

$ P Merma del camino, puede ser# 2,0T 2,>0T 5,22 m., seg6n el canal sea

de tercer, segundo o primer orden respectivamente.

D P Bnco del camino de vigilancia, puede ser# 9T = y ? m., seg6n el

canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.

; P Bltura de caja o profundidad de rasante del canal.

En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, seg6n las necesidades del

canal, igualmente la capa de rodadura de 2,52 m. a veces no será necesaria, dependiendo de la

intensidad del trafico.

4. Sección idráulica !ptima

'eterminación de Lá-ima Eficiencia ;idráulica.

(e dice que un canal es de má-ima eficiencia idráulica cuando para la misma área y pendiente conduce

el mayor caudal, ésta condición está referida a un per!metro 6medo m!nimo, la ecuación que determina

la sección de má-ima eficiencia idráulica es#

siendo θ el ángulo que forma el talud con la ori&ontal, arctan 35:&

'eterminación de L!nima Anfiltración.

(e aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en canales de tierra,

esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuación que determina la m!nima

infiltración es#

"a siguiente tabla presenta estas condiciones, además del promedio el cual se recomienda.

)abla '$2=. /elación plantilla vs. tirante para, má-ima eficiencia, m!nima infiltración y el promedio de

ambas.

%alud &ngulo 'á(ima Eficiencia ')nima

*nfiltración

+romedio

Dertical G2U22V 1.2222 =.2222 9.2222

5 : = # 5 >0U0HV 5.0?5? 9.5195 1.9=19

5 : 1 # 5 ?9U1?V 5.19?5 1.=>15 5.H0=5

= : > # 5 ?2U50V 5.5?2? 1.9159 5.>=52

9 : = # 5 09U2HV 5.2222 1.2222 5.02225#5 =0U22V 2.H1H= 5.?0?G 5.1=1?

5 W # 5 9HU=2V 2.>25? 5.=295 5.2019

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2/12/31S AR

nQ =

5 X # 5 99U=5V 2.?20? 5.1555 2.G2H9

1 # 5 1?U9=V 2.=>15 2.G==9 2.>2H1

9 # 5 5HU1?V 2.91=? 2.?=G5 2.=H?H

'e todas las secciones trape&oidales, la más eficiente es aquella donde el ángulo a que forma el talud

con la ori&ontal es ?2U, además para cualquier sección de má-ima eficiencia debe cumplirse# / P

y:1

donde# / P /adio idráulico

y P )irante del canal

Fo siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una

serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio para cada situación.

". Diseño de secciones #idráulicas.$

(e debe tener en cuenta ciertos factores, tales como# tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de

rugosidad, velocidad má-ima y m!nima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.

"a ecuación más utili&ada es la de Lanning o (tricSler, y su e-presión es#

donde#

7 P $audal 3m9:s n P /ugosidad

B P Brea 3m1

/ P /adio idráulico P Brea de la sección 6meda : +er!metro 6medo

En la tabla '$2?, se muestran las secciones más utili&adas.

• $riterios de diseño.% (e tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de canales, aunque

el diseño final se ará considerando las diferentes posibilidades y el resultado será siempre una

solución de compromiso, porque nunca se podrán eliminar todos los riesgos y desventajas,

6nicamente se asegurarán que la influencia negativa sea la mayor posible y que la solución técnica

propuesta no sea inconveniente debido a los altos costos.

3a /ugosidad.% Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo,

vegetación, irregularidad y tra&ado del canal, radio idráulico y obstrucciones en el canal,generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está recientemente

abierto, limpio y con un tra&ado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido

dif!cilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en al práctica constantemente se

ará frente a un continuo cambio de la rugosidad. "a siguiente tabla nos da valores de @nC

estimados, estos valores pueden ser refutados con investigaciones y manuales, sin embargo no

dejan de ser una referencia para el diseño#

)abla '$20. Dalores de rugosidad @nC de Lanning

n Superficie

2.252 Luy lisa, vidrio, plástico, cobre.

2.255 $oncreto muy liso.2.259 Ladera suave, metal, concreto frotacado.

2.25> $anales de tierra en buenas condiciones.

2.212 $anales naturales de tierra, libres de vegetación.

2.210 $anales naturales con alguna vegetación y piedras esparcidas en el fondo

2.290 $anales naturales con abundante vegetación.

2.2=2 Brroyos de montaña con mucas piedras.

)abla '$2?. /elaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes.

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3b )alud apropiado seg6n el tipo de material.% "a inclinación de las paredes laterales de un canal,

depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados, la .(.

M/EB J* /E$"BLB)AJF recomienda un talud 6nico de 5,0#5 para sus canales, a

continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material#

)abla '$2>. )aludes apropiados para distintos tipos de material

'&%E,*&- %&-D 3ori&ontal # vertical

/oca +rácticamente vertical

(uelos de turba y detritos 2.10 # 5

Brcilla compacta o tierra con recubrimiento de concreto 2.0 # 5 asta 5#5

)ierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandescanales

5#5

Brcilla firma o tierra en canales pequeños 5.0 # 5

)ierra arenosa suelta 1#5

Ireda arenosa o arcilla porosa 9#5

*uente# Bguirre +e, Kulián, @;idráulica de canalesC, 'entro Anteramericano de 'esarrollo de Bguas y

)ierras – $A'AB), Lérida, Dene&uela, 5G>=

)abla '$2H. +endientes laterales en canales seg6n tipo de suelo

'&%E,*&- C&/&-ES +!C!

+,!0/D!S

C&/&-ES

+,!0/D!S

/oca en buenas condiciones Dertical 2.10 # 5 Brcillas compactas o conglomerados 2.0 # 5 5 # 5

"imos arcillosos 5 # 5 5.0 # 5

"imos arenosos 5.0 # 5 1 # 5

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Brenas sueltas 1 # 5 9 # 5

$oncreto 5 # 5 5.0 # 5

*uente# Bguirre +e, Kulián, @;idráulica de canalesC, 'entro Anteramericano de 'esarrollo de Bguas y

)ierras – $A'AB), Lérida, Dene&uela, 5G>=

3c Delocidades má-ima y m!nima permisible.% "a velocidad m!nima permisible es aquella velocidad

que no permite sedimentación, este valor es muy variable y no puede ser determinado con

e-actitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad

favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra, da el valor de 2.>?1 m:seg. $omo lavelocidad apropiada que no permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en

el canal.

"a velocidad má-ima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la

e-periencia local o el juicio del ingenieroT las siguientes tablas nos dan valores sugeridos.

)abla '$2G. Lá-ima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación

'&%E,*&- DE -& C&&

DE- C&/&-

n

'anning

elocidad 5m6s7

Agua

limpia

Agua con partículas

coloidales

Agua transportando arena,

grava o fragmentos

Brena fina coloidal 2.212 5.=0 2.>0 2.=0

*ranco arenoso no coloidal 2.212 2.09 2.>0 2.?2*ranco limoso no coloidal 2.212 2.?2 2.G2 2.?2

"imos aluviales no coloidales 2.212 2.?2 5.20 2.?2

*ranco consistente normal 2.212 2.>0 5.20 2.?H

$eni&a volcánica 2.212 2.>0 5.20 2.?2

Brcilla consistente muy

coloidal

2.210 5.59 5.02 2.G2

"imo aluvial coloidal 2.210 5.59 5.02 2.G2

+i&arra y capas duras 2.210 5.H2 5.H2 5.02

Irava fina 2.212 2.>0 5.02 5.59

(uelo franco clasificado no

coloidal

2.292 5.59 5.02 2.G2

(uelo franco clasificado

coloidal

2.292 5.12 5.?0 5.02

Irava gruesa no coloidal 2.210 5.12 5.H2 5.G0

Iravas y guijarros 2.290 5.H2 5.H2 5.02

*uente# Rrocin (viatoslav. C'iseño ;idráulicoC, Ed. LA/, Losc6, 5G>H

+ara velocidades má-imas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los

nuevosT además un canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sin erosión, que

otros menos profundos.

)abla '$52. Delocidades má-imas en ormigón en función de su resistencia.

/E(A()EF$AB,

en Sg:cm1

+,!0/D*D&D DE- %*,&/%E E/ 'E%,!S

0.5 1 3 5 10 02 G.? 52.? 51.9 59.2 5=.5

>0 55.1 51.= 5=.9 50.1 5?.=

522 51.> 59.H 5?.2 5>.2 5H.9

502 5=.2 50.? 5H.2 5G.5 12.?

122 50.? 5>.9 12.2 15.1 11.G

*uente# Rrocin (viatoslav. C'iseño ;idráulicoC, Ed. LA/, Losc6, 5G>H

Esta tabla '$52, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la .(. M/EB J*

/E$"BLB)AJF, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de ormigón no

armado, las velocidades no deben e-ceder de 1.0 m:seg. +ara evitar la posibilidad de que el

revestimiento se levante.

3d Morde libre.% Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no e-iste ningunaregla fija que se pueda aceptar universalmente para el calculo del borde libre, debido a que las

fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.

"a .(. M/EB J* /E$"BLB)AJF recomienda estimar el borde libre con la siguiente formula#

CY BordeLibre =

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donde# Morde libre# en pies.

$ P 5.0 para caudales menores a 12 pies9 : seg., y asta 1.0 para caudales del orden

de los 9222 pies9:seg.

Y P )irante del canal en pies

"a secretar!a de /ecursos ;idráulicos de Lé-ico, recomienda los siguientes valores en función

del caudal#

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)abla '$55. Morde libre en función del caudal

$audal m9:seg /evestido 3cm (in revestir 3cm

≤ 2.20 >.0 52.2

2.20 – 2.10 52.22 12.2

2.10 – 2.02 12.2 =2.2

2.02 – 5.22 10.2 02.2

> 5.22 92.2 ?2.2

*uente# Linisterio de Bgricultura y Blimentación, Molet!n )écnico F% > @$onsideraciones

Ienerales sobre $anales )rape&oidalesC "ima 5G>H

Lá-imo Dillón Méjar, sugiere valores en función de la plantilla del canal#

)abla '$51. Morde libre en función de la plantilla del canal

&nc#o de la plantilla 5m7 Morde libre 3m

;asta 2.H 2.=

2.H – 5.0 2.0

5.0 – 9.2 2.?

9.2 – 12.2 5.2

*uente# Dillón Méjar, Lá-imoT @;idráulica de canalesC, 'epto. 'e Angenier!a Bgr!cola – Anstituto)ecnológico de $osta /ica, Editorial ;o&lo, "ima, 5GH5

ar8e9 Condori -u:ue

Angeniero Bgr!cola

Especialista en Lanejo de /ecursos Faturales

macrople--Zyaoo.es

+er6 % +uno – diciembre de 122=

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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