DISEO HIDRAULICO DEL CANAL

CARACTERISTICAS DE TOMAS LATERALES Y PARTIDOR

TOMAAREAS A IRRIGAR (Ha)UBICACIN (PROGR. KM)MARGEN COTA RASANTE (m.s.n.m)MODULO DE RIEGO (lts/s/ha)

T128508+360Izquierda 2575.500.75

T228908+500Derecha2569.570.65

T334508+800Izquierda 2556.660.95

T435608+800Derecha2556.500.90

CONDICIONES GEOLOGICAS POR TRAMOS

TRAMOLONGITUD (km)PROGRESIVA( km)CONDICIONES DEL SUELO

13008+000 - 8+300ROCA CALIZA MUY FRACTURADA PRESENCIA DE CARBONATO DE CALCIO

23008+300 - 8+ 600CL CON 40% DE GW ESTRATOS DE ARCILLAS EXPANSIVAS

34008+600 - 9+000 SM-SC NIVEL FREATICO ALTO

TOMA Q CAPT. (m3/S)

T12.1375

T21.8785

T33.2775

T43.204

DISEO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL DEL CANAL DE IRRIGACION

CRITERIOS DE DISEO Segn el manual de diseo de obras hidrulicas de la Autoridad Nacional del Agua , se tiene diferentes factores que se consideran en el diseo de canales, los cuales tendrnen cuenta: el caudal a conducir, factores geomtricos e hidrulicos de la seccin, materialesde revestimiento, la topografa existente, la geologa y geotecnia de la zona, los materialesdisponibles en la zona o en el mercado ms cercano, costos de materiales, disponibilidad demano de obra calificada, tecnologa actual, optimizacin econmica, socio-economa de losbeneficiarios, climatologa, altitud, etc. Si se tiene en cuenta todos estos factores, se llegara una solucin tcnica y econmica ms conveniente.

CONDICIONES GEOLOGICAS POR TRAMOS

TRAMOLONGITUD (km)PROGRESIVA( km)CONDICIONES DEL SUELO

13008+000 - 8+300ROCA CALIZA MUY FRACTURADA PRESENCIA DE CARBONATO DE CALCIO

23008+300 - 8+ 600CL CON 40% DE GW ESTRATOS DE ARCILLAS EXPANSIVAS

34008+600 - 9+000 SM-SC NIVEL FREATICO ALTO

TOMA Q CAPT. (m3/S)

T12.1375

T21.8785

T33.2775

T43.2040

a)Talud apropiado segn el tipo de material.- La inclinacin de las paredes lateralesde un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno dondeestn alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud nico de1,5:1 para sus canales, a continuacin se presenta un cuadro de taludes apropiadospara distintos tipos de material:Tabla N 7 - Taludes apropiados para distintos tipos de material

MATERIALTALUD (h : v)

RocaPrcticamente vertical

Suelos de turba y detritos0.25 : 1

Arcilla compacta o tierra con recubrimiento de concreto0.5 : 1 hasta 1:1

Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes canales1:1

Arcilla firma o tierra en canales pequeos1.5 : 1

Tierra arenosa suelta2:1

Greda arenosa o arcilla porosa3:1

Tabla N 8 - Pendientes laterales en canales segn tipo de suelo

MATERIALCANALES POCO PROFUNDOSCANALES PROFUNDOS

Roca en buenas condicionesVertical0.25 : 1

Arcillas compactas o conglomerados0.5 : 101:01

Limos arcillosos01:011.5 : 1

Limos arenosos1.5 : 102:01

Arenas sueltas02:0103:01

Concreto01:011.5 : 1

TRAMO 1 (800+000 KM 800+300 KM) Segn la informacin bsica obtenida se tiene que para el primer tramo, se contara con un suelo que contiene roca caliza muy fracturada y con presencia de carbonato de calcio, el cual brindara inestabilidad en el canal, debido a que es un suelo acido que se caracteriza por ser un suelo poroso en condiciones desfavorables, por lo cual se erigir un talud de z= 2 z=3 .Para dar mayor estabilidad al terreno se optara por un talud promedio: z= 2.5 TRAMO 2 (800+300 KM 800+600 KM)En el tramo 2 se tiene un suelo arcilloso de baja plasticidad con presencia del 40% de grava bien graduada, adems de contener arcillas expansivas, por lo cual segn los cuadros anteriormente descritos se optara por un talud de z=1 a z=1.5.En nuestro caso debido a las condiciones dadas , se escogi para este tramo z=1TRAMO 3 (800+600 KM 900+000 KM)En este tramo se tiene arenas limosas y arenas arcillosas, la cual estar afectada por un nivel fretico alto, lo cual ocasiona gran permeabilidad debido a que las arenas poseen esa propiedad, adems ocasionara gran inestabilidad en los taludes, por lo cual se diseara con un talud de z=1.5 a 2.0 En nuestro diseo se tomara un z=2.0 debido a que el caudal de conduccin ser menor y por ende tendr menos profundidad, teniendo en cuenta tambin el nivel fretico.

b) Velocidades PermisiblesVelocidad MnimaLa velocidad mnima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentacin, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, 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. El valor de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedimentacin y adems impide el crecimiento de plantas en el canal.Velocidad MximaLa velocidad mxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos.Tabla N - 9. Mxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetacin

MATERIAL DE LA CAJA DELCANALnManningVelocidad (m/s)

MATERIAL DE LA CAJA DELCANALnManningAgualimpiaAgua conpartculascoloidalesAgua transportandoarena, grava ofragmentos

Arena fina coloidal0.0201.450.750.45

Franco arenoso no coloidal0.0200.530.750.60

Franco limoso no coloidal0.0200.600.900.60

Limos aluviales no coloidales0.0200.601.050.60

Franco consistente normal0.0200.751.050.68

Ceniza volcnica0.0200.751.050.60

Arcilla consistente muy coloidal0.0251.131.500.90

Limo aluvial coloidal0.0251.131.500.90

Pizarra y capas duras0.0251.801.801.50

Grava fina0.0200.751.501.13

Suelo franco clasificado nocoloidal0.0301.131.500.90

Suelo franco clasificado coloidal0.0301.201.651.50

Grava gruesa no coloidal0.0251.201.801.95

Gravas y guijarros0.0351.801.801.50

Para velocidades mximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades que los nuevos; adems un canal profundo conducir el agua a mayores velocidades sin erosin, que otros menos profundos.Tabla N -10 -. Velocidades mximas en hormign en funcin de su resistencia.

.

La Tabla N 10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de hormign no armado, las velocidades no deben exceder de 2.5 3.0 m/seg. Para evitar la posibilidad de que el revestimiento se levante.TRAMO 1 (800+000 KM 800+300 KM) Las velocidades para este tramo , dado el caudal de conduccin del canal , adems segn la conduccin geolgica el revestimiento ser de concreto , por lo cual se opto por este rango de velocidades mximas permisibles. Vmax = 1.0 m/s a 3.75 m/sEn el diseo propuesto, la velocidad ser de:V = m/sTRAMO 2 (800+300 KM 800+600 KM)El tramo 2 , debido a la presencia de arcillas expansivas y con materia de grava bien gradada, se optara por un revestimiento con losas asflticas o membranas, para lo cual las velocidad de conduccin, para este tramo ser de :V=1.5 m/sTRAMO 1 (800+600 KM 900+000 KM)Las condiciones geolgicas y el tipo de revestimiento que se utilizara para el tramo final del canal, nos hace optar por una velocidad de conduccin de V = 2. 0 m /s , debido a que a que el flujo en ese tramo deber ser critico por la condicin del terreno en el cual se diseo .

c) Pendiente longitudinales del fondo Depende de la velocidad permisible de la frmula de Manning y de la rugosidad.

n= coeficiente de rugosidad que depende del material.R= Radio Hidrulico (A/P)Se observa que vdepende de R y S, no hay un valor recomendable para REl ASCE: valores de pendiente longitudinal para canales revestidos en concreto en operacin. CAUDAL MAXIMO DE DISEO EN m3/sRADIOS HIDRAULICOS (mts)PENDIENTE LONGITUDINAL DE FONDO

3753.440.00061

2754.110.00010

1303.17-3.410.00010 - 0.0005

1153.020.00010

631.920.00040

371.58-1.250.00039-0.00139

281.490.00030

241.190.00040

201.220.00035

Las pendientes en el diseo de canales dependern del radio hidrulico y del caudal de conduccin, lo cual implica que para un mayor caudal se debera obtener una menor pendiente, para no ocasionar erosiones en algunos tramos del canal.TRAMO 1 (800+000 KM 800+300 KM) Pendiente: S= 0.00035TRAMO 2 (800+300 KM 800+600 KM)Pendiente: S= 0.00030TRAMO 1 (800+600 KM 900+000 KM)Pendiente: S=0.00020

d) Borde libre.- Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el clculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables.La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente frmula:

Dnde: f= Borde libre (m)d= Tirante de Agua (m)c= 1.5 (Q 600 lts/s) , c= 2.5 (Q = 80 m3/s)BORDE LIBRE (m)CAPACIDAD (m3/s)

0.150.27 - 0.8 0

0.15-0.300.80 - 80

0.30 - 0.608.0 - 60.0

0.60 - 0.90 60.0 - 285

La secretara de Recursos Hidrulicos de Mxico, recomienda los siguientes valores en funcin del caudal:Tabla N 11 -. Borde libre en funcin del caudal

Caudal m3/segRevestido (cm)Sin revestir (cm)

0.057.510.0

0.05 0.2510.0020.0

0.25 0.5020.040.0

0.50 1.0025.050.0

>1.0030.0 60.0

Mximo Villn Bjar, sugiere valores en funcin de la plantilla del canal:

Tabla N -12 -. Borde libre en funcin de la plantilla del canal

Ancho de la plantilla (m)Borde libre (m)

Hasta 0.80.4

0.8 1.50.5

1.5 3.00.6

3.0 20.01.0

FUERZA TRACTIVALafuerza tractiva,fuerza de corteofuerza de arrastre, enhidrulica, es la fuerza que produce un flujo de agua en el fondo del canal. Esta fuerza tentar a arrastrar materiales que se encuentren eventualmente depositados en el fondo. El valor medio de la fuerza tractiva por unidad de rea mojada, tambin llamadafuerza tractiva unitaria,1es igual a:

donde:= peso del agua= radio hidrulico= pendiente del canal

TIPO DE FLUJO

CALCULOS PREVIOS AL DISEO DEL CANAL INFILTRACION

MAXIMA EFICIENCIA Y MINIMA INFILTRACION

GEOLOGIA Y CONDICIONES ESPECIFICAS

CONDICIONES GEOLOGICAS POR TRAMOS

TRAMOLONGITUD (km)PROGRESIVA( km)CONDICIONES DEL SUELO

13008+000 - 8+300ROCA CALIZA MUY FRACTURADA PRESENCIA DE CARBONATO DE CALCIO

23008+300 - 8+ 600CL CON 40% DE GW ESTRATOS DE ARCILLAS EXPANSIVAS

34008+600 - 9+000 SM-SC NIVEL FREATICO ALTO

a) Rugosidad.-Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales delmismo, vegetacin, irregularidad y trazado del canal, radio hidrulico y obstruccionesen el canal, generalmente cuando se disea canales en tierra se supone que el canalest recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor derugosidad inicialmente asumido difcilmente se conservar con el tiempo, lo que quieredecir que en la prctica constantemente se har frente a un continuo cambio de larugosidad.En canales proyectados con revestimiento, la rugosidad es funcin del material usado,que puede ser de concreto, geo manta, tubera PVC HDP metlica, o si van atrabajar a presin atmosfrica o presurizados.La siguiente tabla nos da valores de n estimados, estos valores pueden ser refutadoscon investigaciones y manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para eldiseo:

Tabla N 5 - Valores de rugosidad n de Manning

TRAMO 1 (800+000 KM 800+300 KM)

TRAMO 2 (800+300 KM 800+600 KM)

TRAMO 1 (800+600 KM 900+000 KM)

http://www.fao.org/soils-portal/manejo-del-suelo/manejo-de-suelos-problematicos/suelos-acidos/es/http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/Reaccion%20del%20suelo.pdf