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Diseño de

Canales

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Diseño de secciones trasversales de canales.

Método para el diseño de canales mediante tablas basadas en la formula de Manning

Siempre y cuando las condiciones lo permiten, debemos tratar de diseñar la sección transversal del canal lo mas próximo posible a la semi-circunferencia, con ello se logra mayor eficiencia en la relación caudal excavación, para ello podemos utilizar la formula siguiente..Sección de máximo rendimiento hidráulico.

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Donde:h = Tirante o profundidad del canal (m)

m = Pendiente del talud

b = Base o plato del canal (m)

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Formula de Mannig

Donde:

V = Velocidad media en el canaln = Coeficiente de MannigR = Radio hidráulicoS = Pendiente del canal (m/m)

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Esta formula la podemos expresar de la forma siguiente: si V=Q/A

Q = Caudal en m3 / seg.A = Area de la sección transversal del canal en m2

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El primer termino esta relacionado con los parámetros hidráulicos del

canal.

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Mientras el segundo está conformado por parámetros geométricos de la sección transversal.

Calculando el segundo termino de la ecuación anterior se pueden construir tablas para distintas pendientes de talud (1:1 => m = 1, 1:2 => m = 2, etc ) en función del resto de los parámetros geométricos de una sección transversal trapezoidal, es decir el tirante del canal (h), el plato o base ( b).

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Para determinar los paramentros geométricos de la sección del canal, primero se calcula “X” mediante la formula:

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Entramos a la tabla con este valor "X" y conociendo m, estimamos b y podemos encontrar h.

Con este valor de h, calculamos el área de la sección transversal y la velocidad del canal. Si la velocidad es mayor que la admisible, podemos aumentar b y mediante la tabla obtener otro valor de h, para que la velocidad este dentro del rango admisible según las características del terreno.

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Parametros de la sección transversal de un canal

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Tablas necesarias para el calculo de la sección.

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Coeficiente n de la formula de Manning

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Pendiente del talud (m) para distintos materiales.

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Velocidad máxima en canales no recubiertos de vegetación

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Velocidad máxima en canales revestidos con distinta resistencia del hormigón.

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Borde libre (h') en función del caudal

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• El ancho de los diques laterales se determina por la formula:

Ancho de los diques laterales (a)

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• Radio de curvatura de un canal.

La curvatura permitida depende de varios factores, tales como la capacidad, velocidad, características del suelo y sección del canal, los cuales deben conjugarse para evitar la erosión en las curvas y el desarrollo de ondas no deseables. Sin embargo, no hay fórmulas estandarizadas para el cálculo del valor límite en cada caso. En términos generales, el radio del eje del canal puede estar en el rango comprendido entre 3 y 7 veces el ancho superficial.

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R = Radio de curvatura del canalF = Factor (3 a 7)m = Razón del talud del canalh = Tirante del canalb = Plato o base del canal

Otro criterio:Caudal hasta 0,5 m3/seg. = 5 mCaudal de 0,5 a 1 m3/seg. = 10 m

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Como los radios para canales pequeños son de poca magnitud, el trazado de la curva en el campo se simplifica.

En el grafico:a = ángulo de inflexión del trazadoR = radio de curvatura según uno de los criterios anteriores.T = Tangente (distancia desde el vértice al inicio y final de la curva)

                                                      

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Cuando se pueda llagar al centro del radio se puede proceder a trazar la curva, de la siguente forma: se mide la distancia "T" a partir del vértice, en este punto se traza un ángulo de 90º y se mide el radio, desde ese punto y con una distancia igual a R se van colocando estacas en el terreno para marcar la curva del eje del canal.

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Perdidas por filtración en canales de tierra.

La pérdida por filtración puede estimarse mediante la formula

Pinf = Pérdidas por kilometro de canal en % del gasto Q = Gasto en m3/seg.A y B = Coeficiente y exponencial que dependen del tipo de

suelo.

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Supongamos un canal con pendiente de 25 cm en 500 m de longitud es decir con una pendiente de: S = 0,0005, en un terreno arcilloso, excavado en tierra con una superficie uniforme, el caudal de canal es de: Q = 1,2 m3/seg.

Ejemplo de cálculo de un canal.

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Por las tablas los valores para el calculo son:Coeficientes de Manning. n = 0,02 Pendiente de taludes es m = 0,5 Borde libre (h’) = 0,60 m Velocidad máxima: Vmax. = 1,13 m/s

El valor de “X” se determina por:

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Mediante la hoja de calculo la operación se realiza de la forma siguiente:

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Asumiendo un plato o base del canal de 1 metro, entramos a la tabla de m = 0,5 con "X“ y encontramos

H = 1,10 metros

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Determinar la velocidad del canal.

El área del canal se calcula por:

La velocidad en el canal será:

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Por medio de la hoja de calculo el valor de la velocidad se determina como sigue.

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En la tabla de velocidades máxima de canales tenemos que la arcilla admite hasta: Vmax = 1,13 m/seg. muy superior al valor calculado.

El borde libre (h’) para canales sin revestir de más de: Q = 1 m3/seg es de 0,60 m.

La corona de los diques laterales (a) se determina por:

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El ancho del dique es de 1,12 m

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La sección transversal del canal quedara como se indica en el dibujo siguiente:(Los valores estan en centimetros)