SEMANA 02.pdf

FACULTAD DE INGENIERÍA
Asignatura: IRRIGACIONES Y
DRENAJE
Mstro. Henry G. Pautrat Egoavil
HUANCAYO - 2021
Email: d.hpautrat@upla.edu.pe
Escuela Profesional de Ingeniería Civil

TEMA: CANALES
UNIDAD I ESTRUCTURAS DE
CONDUCCIÓN
Objetivos: Identificar tipos de canales,
criterios de diseño, características
hidráulicas, conceptos aplicaciones
y usos, para los sistemas de riego,
obras hidráulicas, y obras de
drenaje.

Irrigaciones y Drenaje
3
Qué es un canal?
❖ Tipos
❖ Aplicaciones
❖ Diseño

CANALES
Se llaman canales a los cauces artificiales o naturales de
forma regular que sirven para conducir agua. En estos
el flujo del agua se produce sin presión; o sea, siempre
existe una superficie libre, en el cual se tiene la presión
atmosférica.
Puede por lo tanto considerarse canal cualquier conducto
cerrado, como un tubo o túnel que se encuentra
funcionando parcialmente lleno.
Se llaman canales abiertos a los conductos que van a
cielo abierto, es decir aquellas que se excavan a media
ladera por lo general, y el material excavado de ser
posible se utiliza en el relleno del labio inferior.
Se llaman túneles a los conductos que se excavan bajo
tierra con el objeto de atravesar una loma.
4

DE ACUERDO A SU ORIGEN: Los canales pueden ser
naturales (ríos o arroyos) o artificiales (construidos por el
hombre).
CLASIFICACION DE LOS CANALES.
NATURALES. ARTIFICIALES.
5
Los canales se pueden clasificar de diversas formas, por ejemplo:

SEGUN LA SECCION.-
RECTANGULARES se emplea en acueductos de madera,
canales excavados en roca, y canales revestidos
6

TRAPEZOIDALES se utiliza en canales de tierra y canales
revestidos
7

TRIANGULARES se utilizan en canales revestidos en
carreteras, también en canales de tierra pequeños,
fundamentalmente por la facilidad de trazo, también se utilizan
alcantarillas de carreteras.
8

CIRCULARES Y DE HERRADURA se utilizan generalmente
para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes.
9

PARABOLICOS se emplea a veces para canales revestidos, y
es la forma que toman generalmente muchos de los canales
naturales por el paso del tiempo
10

SEGUN LA FUNCION QUE CUMPLEN.-
CANAL DE PRIMER ORDEN Llamado también canal madre o
de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima.
11

CANAL DE SEGUNDO ORDEN Llamados también laterales, son
aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a
ellos, es repartido hacia los sublaterales, el área de riego que
sirve un lateral se conoce como unidad de riego.
12

CANALES DE TERCER ORDEN Llamados también sub-
laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa
a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a través
de las tomas de chacra, el área de riego que sirve un sublateral
se conoce como unidad de rotación.
13

La clasificación de flujo en un canal depende de la variable de referencia que se tome,
así tenemos:
Flujo permanente y no permanente: Esta clasificación obedece a la utilización del
tiempo como variable, el flujo es permanente si los parámetros (tirante, velocidad,
área), no cambian con respecto al tiempo. Es decir en una sección del canal en
cualquier tiempo, los elementos del flujo permanecen constantes.
Uniforme y variado: Esta clasificación obedece a la utilización del espacio como
variable, es decir en cualquier sección del canal los elementos del flujo permanecen
constantes. Puede ser gradual (a lo largo del canal) y rápidamente variado
(instantáneamente).
Laminar y turbulento: Está determinado por los efectos de fuerzas viscosas y de
gravedad en relación con las fuerzas de inercia del flujo. Puede ser laminar, de
transición y turbulento. Determinado por el número de Reynolds (Re) que para
propósitos prácticos en el caso de canal se tiene:
Tipos de flujos en canales:
14
CRITERIOS DE DISEÑO DE CANALES.
Recordemos un poco de mecánica de fluidos:

R= radio hidráulico de la sección transversal, en metros (m).
v= velocidad media, en metros por segundo (m/s).
μ= viscosidad cinemática del agua en m2/s.
En la mayoría de canales el flujo laminar ocurre muy
raramente, debido a las dimensiones relativamente grandes
de los mismos y a la baja viscosidad cinemática del agua.
15

Flujo crítico, subcrítico, y supercrítico: en relación con el efecto
de la gravedad, tiene estas tres condiciones, se mide a través del
número de Froude que relaciona las fuerzas de inercia de
velocidad con fuerzas gravitatorias,
v= velocidad media, de la sección en metros por segundo (m/s).
g= aceleración de la gravedad, en m/s2.
L= longitud característica de la sección en m.
En canales, la longitud característica viene dada por la magnitud de
la profundidad media o tirante medio.
16

Entonces, por el numero de Froude, el flujo puede ser:
Flujo subcrítico si F<1, en este estado las fuerzas de gravedad se
hacen dominantes, por lo que el flujo tiene baja velocidad, siendo
tranquilo y lento. En este tipo de flujo, toda singularidad, tiene
influencias hacia aguas arriba.
Flujo crítico si F=1, en este estado, las fuerzas de inercia y
gravedad están en equilibrio.
Flujo supercrítico si F > 1, en este estado las fuerzas de inercia
son mas pronunciadas, por lo que el flujo tiene gran velocidad.
17

Para el diseño de un canal se presume que el
escurrimiento se desarrollará en condiciones de flujo
uniforme.
El flujo no uniforme se presentará en situaciones de
cambios en la pendiente, rugosidad, dimensiones de la
sección, embalsamientos, caídas o por cambios inducidos
por la operación de órganos de operación o seguridad.
18

El número de Froude define dos zonas de escurrimiento diferentes en los
canales, una zona de régimen lento, en el cual el tirante normal es mayor
que el tirante crítico y otra zona de régimen rápido en el cual el tirante
normal es menor, que el tirante critico.
19
Los canales de régimen rápido que tienen
pendientes mayores a la critica, se llaman
también de fuerte pendiente, están
caracterizados por la aireación espontanea
de la corriente, que transforma parcial o
totalmente el agua en una mezcla de agua
y aire y en algunas condiciones con la
aparición algunas veces de un tren de
ondas u oleaje en el flujo

20
La máxima altura de onda que puede esperarse en un flujo con aire puede
ser dos veces el tirante normal. En algunos casos se producen ondas
cruzadas causadas por transiciones abruptas o en curvas.

En resumen se tiene:
21

ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA SECCION
TRANSVERSAL DE UN CANAL.
DONDE:
y= Tirante de agua. Es la
profundidad máxima del agua
en el canal
b= Ancho de solera, ancho de
plantilla o plantilla, ancho de la
base de un canal
T= espejo de agua, es el ancho
de la superficie libre del agua
C = ancho de corona
H = profundidad total del canal
H-y = Borde Libre
Ɵ = Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal.
Z = Talud, o relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral( talud de paredes
laterales del canal) Es decir Z es le valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1.
22

Para calcular el talud se realiza aplicando relaciones trigonométricas
Z= ctg Ɵ.
23
Es probable que también se diseñen canales con 2 taludes diferentes,
como podría ser el caso de las cunetas, y zanjas de coronación.

CONCEPTOS BÁSICOS.
Área hidráulica (A): Es la superficie ocupada por el líquido en
una sección transversal normal cualquiera
24

Perímetro mojado (P): Es la parte del contorno del conducto que
está en contacto con el líquido.
R= A/P.
Profundidad media Es la relación entre el área hidráulica y el espejo
de agua.
Radio hidráulico (R): Es la dimensión característica de la sección
transversal, hace las funciones del diámetro en tuberías.
25

DISEÑO DE LA SECCION HIDRAULICA DE UN
CANAL DE RIEGO.
Se basa en la determinación de las medidas geométricas e hidráulicas
del canal. Las medidas geométricas trabajables para el diseño serán
medidas constructivas.
El diseño de secciones hidráulicas mas utilizadas son la rectangular y la
trapezoidal, que son canales que deben tener las condiciones de
máxima eficiencia hidráulica (para canales revestidos) y mínima
infiltración (para canales sin revestir).
Para realizar el diseño de la sección del canal es necesario tener como
datos:
26
❖ El talud (Z)
❖ El coeficiente de rugosidad (n)
❖ Caudal de diseño (Q)
❖ Pendiente (S)

DISEÑO HIDRAULICO DEL CANAL DE RIEGO.
El diseño de un canal, entonces va a tratar
de determinar la forma y sus
dimensiones, establecer la necesidad o no
de su revestimiento y en este ultimo caso su
tipo, así como verificar las condiciones
hidráulicas del flujo.
Para el diseño de canales se debe tener en
cuenta ciertos factores, tales como: tipo de
material del cuerpo del canal, coeficiente de
rugosidad, velocidad máxima y mínima
permitida, pendiente del canal, taludes, entre
otros.
El diseño hidráulico de canales está en
función al caudal que transporta, de acuerdo
a la demanda de agua requerida por el
sistema de riego.
27

La mejor sección hidráulica:
Es aquella sección del canal que tiene
el menor perímetro mojado, para un
área dada y tiene el transporte
máximo.
Una sección del canal debe ser
diseñada para la mejor eficiencia
hidráulica, pero debe ser modificada
para su mejor practicidad.
Con esto se logra un área de mínima
excavación.
SECCION HIDRÁULICA
28

29
Los canales no erosionables se construyen por las siguientes cinco razones
Permitir el transporte de
agua a altas velocidades a
través de terreno con
excavaciones profundas o
difíciles en forma
económica
Permitir el transporte de
agua a alta velocidad con
un costo reducido de
construcción.
Disminuir la
infiltración,
conservando el agua
y reduciendo la
sobrecarga en los
terrenos adyacentes
al canal.
Reducir el costo
anual de la operación
y mantenimiento.
Asegurar la estabilidad de
la sección transversal del
canal

30
Entonces el canal tendra:

CONDICIONES HIDRAULICAS Y NO HIDRAULICAS PARA EL DISEÑO.
Por el tipo de flujo:
Flujo super critico, critico y sub critico (recomendado)
Condiciones de diseño
Máxima eficiencia hidráulica
Mínima infiltración
Máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración.
Condiciones Hidráulicas
31

CONDICIONES HIDRAULICAS Y NO HIDRAULICAS PARA EL DISEÑO.
Condiciones no Hidráulicas
Topografía del eje de ruta del canal.- Muestra el relieve uniforme o
quebrado del suelo a lo largo del eje del canal, según esto se
determina la pendiente
Geología.- Nos brinda información del suelo donde se alojara la caja
del canal, nos ayudara a determinar el talud de la caja y el coeficiente
de Manning para canales sin revestir.
32
Condiciones ambientales.- Principalmente se considera en el diseño
de los canales la temperatura y sus variaciones. Influye en el fraguado
del concreto para canales revestidos.

Hidrología e Hidrografía.- Permite conocer las laminas de
precipitaciones, así como la distribución temporal durante el año.
Además nos proporcional la ubicación de los cauces naturales que
cruza el canal y facilita la ubicación o distanciamiento de los aliviaderos
laterales en los canales principales.
Hidrogeología.- Nos muestra información de los niveles freáticos o
superficie piezométrica, de tal manera que permita diseñar detalles
especiales de drenaje en la caja del canal (lloradores), es de suma
importancia para canales revestidos con concreto, ya que los efectos
de sub presión sobre el revestimiento resulta perjudicial para la
estabilidad de los taludes, sobre todo cuando el canal esta vacío.
33

Durante el diseño hay que tener en cuenta el hecho de
que las velocidades de la corriente del agua en el canal
excesivamente grande, pueden actuar de una manera
destructiva sobre el fondo y las paredes de este.
La velocidad media del agua en el canal debe ser
menor que la velocidad de socavación.
En el cuadro siguiente se dan las velocidades
admisibles límites en función de los suelos y el tipo de
revestimiento en los cuales discurre el agua:
a) VELOCIDAD MAXIMA DE EROSION
34

Velocidades máximas en concreto en función de su resistencia
(J.A. Maza 1987)
Resistencia
Kg/cm2
Profundidad del Tirante en m
0.5 1 3 5 10
175 14 15.6 18 19.1 20.6
210 15.3 17.3 20 21.2 22.9
La BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso
de revestimiento de canales de hormigón no armado, las
velocidades no deben exceder de 2.5 m/s, para evitar la
erosión del concreto.
36

La velocidad demasiada baja produce el depósito
de los sedimentos, disminuyendo la sección del
canal y a veces azolvándolo por completo.
La corrección de estos defectos es costosa y por
eso desde hace mucho tiempo se ha estudiado la
forma de crear un canal estable. Por definición un
canal estable, es aquel en el que no se presenta ni
erosión ni sedimentación (azolvamiento).
b) VELOCIDAD MINIMA DE SEDIMENTACION
37

COEFICIENTES DE SEDIMENTACION
38
Se estableció la siguiente expresión como velocidad limite que no
produce sedimentación:

Los problemas de sedimentación ocasionado por las bajas
velocidades demandan mayores gastos de conservación, por
que se embarcan y disminuye su capacidad de conducción.
Velocidad mínima permisible o velocidad no
sedimentante.
2
1
3
2
1
S
R
n
V =
39

c) COEFICIENTE DE RUGOSIDAD:
Es la resistencia al escurrimiento del agua que presentan los revestimientos
de los canales artificiales y naturaleza de los cauces en los conductos naturales.
En los cauces naturales el coeficiente de rugosidad es muy variable
dependiendo de la topografía, geología y vegetación, variando con las
estaciones del año, se pueden presentar casos en que las riberas del cauce
sean de un material diferente al fondo, el valor de “n” será el promedio.
40

En las ecuaciones del flujo uniforme para canales, el material de las
paredes del canal tiene un rol muy importante, es el que magnifica en
la mayor o menor aspereza de dicho material, adoptando para el diseño la
ecuación de Manning. El que incluye el Coeficiente de Manning “n” para
distintos materiales del revestimiento.
41

Coeficientes de Manning para diversos casos
42
Cunetas y canales sin revestir
En tierra común, superficie uniforme y lisa 0.020 0.025
En tierra común, superficie irregular 0.020 0.035
En tierra con ligera vegetación 0.035 0.045
En tierra con vegetación espesa 0.040 0.050
En tierra excavada mecánicamente 0.028 0.033
En roca, superficie uniforme y lisa 0.030 0.033
En roca, superficie con aristas e irregularidades 0.035 0.045
Cunetas y canales revestidos
Hormigon 0.013 0.017
Hormigon revestido con granita 0.016 0.022
Encachado (rocas unidas entre sí con una mezcla de arena,
cemento y agua; mejor conocido como mortero) 0.020 0.030
Paredes de hormigon, fondo de grava 0.017 0.020
Paredes encachadas, fondo de grava 0.023 0.033
Revestimiento bituminoso 0.013 0.016
Corrientes Naturales
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de lamina de
agua suficiente 0.027 0.033
Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de lamina de
agua suficiente, algo de vegetacion 0.033 0.040
Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia 0.035 0.050

La inclinación de las paredes de los
canales dependen de la geología de los
terrenos que atraviesan, por lo cual el
ingeniero al efectuar el trazo de los
canales recomienda los taludes más
favorables, de acuerdo a su observación
visual o con las calicatas que pudiera
recomendar abrir para conocer mejor los
materiales.
d) TALUDES RECOMENDADOS
43

El U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda un talúd único
de 1.5:1 para los canales usuales en sus diseños. Taludes
apropiados para distintos tipos de materiales:
Material Talud
(Horizontal:Verical)
Roca Prácticamente vertical
Suelos de turba y detríticos 0.25:1
Arcilla compacta o tierra con recubrimiento de
concreto
0.5 hasta 1:1
Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en
grandes canales
1:1
Arcilla firme o tierra en canales pequeños 1.5:1
Tierra arenosa suelta 2:1
Greda Arenosa o arcilla porosa 3:1
44

ELECCION DEL TALUD DE UN CANAL
Cuando el eje de trazo por ruta, que sigue un canal atraviesa una zona,
topográficamente accidentada (ladera empeñada), esta se convierte en
una limitante para la selección del talud , ya que obliga a reducir el ancho
de corte de plataforma para disminuir volúmenes excesivos de corte y
garantizar la estabilidad del talud superior, por lo tanto el ancho superficial
de la caja tiene que disminuir llegando al limite de que la inclinación sea
nula y las paredes sean verticales (rectangular)
Cuando los suelos en los que se alojan la caja de canal, son de diferentes
texturas, como arcillosos, arenoso, rocosos, etc. Se convierte en un factor
condicional para seleccionar el talud. Es estos casos el talud del canal
tendrá una inclinación necesaria que garantice la estabilidad durante el
tiempo de servicio del canal.
Por limitación topográfica
Por estabilidad del suelo
46

e) BORDES LIBRES (FREE BOARD)
Para dar la seguridad al canal es necesario una altura adicional
denominada Borde Libre, con objeto de evitar desbordamientos por mala
operación de compuertas, derrumbes o por olas debido al viento que
pueden poner en peligro la estabilidad del canal.
47

En la determinación de la sección transversal de los canales resulta
siempre necesario dejar un desnivel entre la superficie del agua para el
tirante, “Y”, o profundidad normal y la superficie del terreno o corona de los
bordes, como margen de seguridad denominado borde libre, BL.
48

Una práctica corriente para canales en tierra, es dejar un borde libre o
resguardo igual aun tercio del tirante, es decir:
B.L. = d/3.
Mientras que para canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta
parte del tirante:
B.L. = d/5
49
No existe una norma única para establecer el valor del borde libre, pues la acción
de las ondas o fluctuaciones en la superficie del agua en un canal puede crearse
por muchas causas incontrolables como el movimiento del viento y la acción de
las mareas, también pueden inducir ondas altas que requieren una consideración
especial en el diseño, por lo general varía entre el 5% y el 30% del calado, y es
tanto mayor cuanto mayor es el caudal y la velocidad en el canal.

El Manual de Pequeñas Presas, en aliviaderos de presas de la USBR, en
flujo subcrítico, propone un BL :
( ) s
m
Q
s
m
Q
Bl
3
3
100
10
10
0033
.
0
30
.
0 


−
+
=
El valor mínimo de Bl es de 0.30m y el valor máximo es de 0.60m
Para caudales mayores:
s
m
Q
m
Bl 3
100
60
.
0 

=
Si es régimen de torrente o supercrítico
3
*
*
0037
.
0
61
.
0 y
V
Bl +
=
Bl en metros
caudal en m3/s.
50

En canales pequeños Q ≤ 2 m3/s; se recomienda usar fb = 0.30 mt
Para canales mayores Q > 2 m3/s:
51

En relación al caudal se tiene:
Caudal m3 /seg Borde Libre (m)
Menores que 0.5 0.3
Mayores que 0.5 0.4
En relación al ancho de solera se tiene:
Ancho de solera (m) Borde Libre (m)
Hasta 0.8 0.4
De 0.80 a 1.50 0.5
De 1.50 a 3.00 0.6
De 3.00 a 20.00 1
52

k) FILTRACIÓN DE CANALES
La filtración de agua en los canales siempre ocurre, por lo que el problema
no puede ser considerado con indiferencia, pues al no llegar toda el agua a
las zonas de riego, se reduce la eficiencia del sistema con las consiguientes
pérdidas económicas.
Además la filtración en los canales no solamente representa pérdidas de
agua valiosa para los cultivos, sino que invariablemente resulta en la
elevación del nivel de las aguas freáticas, pudiendo causar efectos
perjudiciales para las plantas, salinización del suelo, exigiendo a
menudo la construcción de costosos sistemas de drenaje.
53

Pérdidas por Conducción.- El agua para las irrigaciones es
conducida generalmente por medio de canales excavados
en tierra. Solo en los casos en que por razones de orden
económico es conveniente revestirlos, se justifica el empleo
de la albañilería de piedra muy usado en nuestro medio, el
concreto, el suelo de cemento, la madera y el metal para
impermeabilizar el fondo y las paredes del canal. Estos
casos de orden económico se presentan cuando el agua
que hay que conducir proviene proyectos donde se han
realizado grandes inversiones, como los proyectos
hidráulicos de la costa del Perú; se comprende que el
volumen de las obras de Ingeniería es grande, en
consecuencia el costo por m3 de agua es alto, justificando
los medios utilizados para evitar pérdidas por conducción.
54

Factores Que Afectan La Filtración:
Es fácil ver que la filtración en los canales depende de muchos factores,
entre los que podemos citar:
❖La permeabilidad del suelo.
❖El tirante del agua en el canal
❖Temperatura
❖Edad del canal
❖Caudal
55

De acuerdo a Davis, todo canal debe ser revestido cuando las perdidas por
filtración exceden de 0.46 m/día (5.32x10-4 cm/seg). El revestimiento de un
canal no elimina completamente las perdidas por filtración.
Según Uginchus, las perdidas en un canal revestido pueden obtenerse
multiplicando por un factor las perdidas que se producen en el mismo canal
no revestido. Para el caso de un revestimiento de concreto de 7.5cm, se ha
encontrado que el coeficiente es igual a 0.13 o sea que las perdidas se
reducen a la octava parte. También se puede utilizar las formula:
PERDIDAS EN CANALES REVESTIDOS
56

58
D
D
D
D
D

La pendiente de un canal es uno de los factores mas importantes
para el diseño; Es la alineación del fondo del canal a lo largo de su
recorrido, puede ser uniforme o variar por tramos.
Esta en función de la topografía del terreno que sigue el eje del
trazo y según el tipo de canal, sea principal o secundario.
PENDIENTE DEL CANAL
59

REVESTIMIENTO EN CANALES
Finalidad y Justificación:
1. Crear una barrera impermeable al paso del agua, disminuyendo las
pérdidas de esta y permitiendo extender el beneficio del riego a una mayor
superficie cultivable.
2. Proteger las tierras colindantes de los daños que en ellas causa la filtración
eliminando con esto la necesidad de costosas obras de drenaje.
3. Proteger el canal contra la erosión permitiendo una mayor velocidad. Esto a
su vez permite reducir la sección con la consiguiente economía en la
excavación.
4. Reducir el coeficiente de rugosidad permitiendo el aumento de la velocidad.
5. Evitar el crecimiento de plantas acuáticas en las paredes del canal.
60

Las características de un buen revestimiento deben ser los siguientes:
1) Ser impermeable.
2) Resistencia a la erosión.
3) De bajo costo en cuanto a construcción como a mantenimiento.
4) Durable ante la acción de agente atmosféricos, plantas y animales.
61

Tipos de Revestimientos
Se han utilizado los materiales más diversos entre los cuales para casos
excepcionales se pueden citar la madera, el acero, los plásticos, pero los
materiales más comunes son los siguientes:
Mezclas con cemento y agregados
• Mezclas asfálticas
• Materiales térreos
• Tratamientos químicos del terreno
• Revestimiento de Concreto
• Revestimiento de Mortero
• Revestimiento de Mampostería
• Revestimiento de Fibrocemento
• Revestimiento con Ladrillo
• Revestimiento Asfáltico (imprimante)
• Revestimiento de Concreto Asfáltico
• Revestimiento de Suelo-cemento
62

Son aquellas que se colocan
debido a la interrupción de los
trabajos, es común hacerlas
coincidir con los otros tipos de
juntas.
JUNTAS DE CONSTRUCCION
63
La distancia comprendida entre
junta y junta varia generalmente
entre 2.40 y 3.60 mts. para
revestimientos de 2 a 3 pulgadas
de espesor.

Se instalan para prevenir el
agrietamiento transversal debido
a la disminución de volumen de
concreto por cambios de
temperatura y pérdida de
humedad al curarse, la
separación entre ellas no debe
exceder los 5m
JUNTAS DE CONTRACCION TRANSVERSALES
64

Sirve para prevenir el
agrietamiento longitudinal en
canales, cuyo perímetro de
revestimiento es igual o mayor a 9
m y se espacian entre si de 2.5 a
4.5 m
JUNTAS DE CONTRACCION LONGITUDINALES
65

Se instalan cuando el canal entra con
estructuras fijas.
La Bureau Of Reclamation,
recomienda el siguiente espaciamiento
de las juntas en revestimiento de
concreto sin armar
JUNTAS DE DILATACION O EXPANSIÓN
Espesor en
cm
Separación
en m
5 a 7.5 3
7.5 a 10 3.5 a 4
66

TRAZO DE CANALES.
✓ Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales, es necesario
recolectar la información básica siguiente:
•Planos topográficos y Catastrales
•Fotos satelitales
•Estudios geológicos, salinidad, suelos, y demás información que puede
conjugarse con el trazo de canales.
✓ Cuando exista la información básica disponible se procede a realizar en gabinete
un trazo preliminar, el cual, mediante su replanteo en campo, donde se hacen los
ajustes que se consideren necesarios se obtiene finalmente el trazo definitivo.
67

TOPOGRAFIA.
El estudio de topografía proporcionara información base para los
estudios de hidrología e hidráulica, geología, geotecnia, impacto
ambiental, etc.
Así mismo establecerá los puntos de referencia para el replanteo
durante la construcción.
Ubicar BM´s oficiales y efectuar el transporte de cotas y coordenadas
en el área del proyecto.
Todas las cotas deben estar referidas al mismo BM debiendo
utilizarse coordenadas UTM y las cotas del Instituto Geográfico
Nacional (IGN),Además una exactitud posicional submétrica
ajustadas por GPS.
68

Este estudio permite obtener planos de planta, perfil longitudinal y
secciones transversales de toda la zona del proyecto.
Además de puntos críticos y puntos vulnerables para poder plantear
soluciones. Áreas y volúmenes de explotación de canteras, áreas
de botaderos, áreas de cuencas, que requieran revisión de caudales y
otros.
En general para aspectos relacionados con la geometría del canal
(planimetría y altimetría) deberán utilizarse como referencia los hitos
geodésicos (coordenadas UTM) mas cercanos a la zona del proyecto o
serán determinados mediante posicionamiento satelital con GPS, de
preferencia para la altimetría deberán estar referenciada a los Bench
Mark (BM) del IGN (instituto geográfico nacional) mas cercano.
Esos BM deberán ser monumentados con concreto en lugares
debidamente protegidos y fuera del alcance de los trabajos de
construcción de la obra.
69

Las secciones transversales de los canales serán levantadas en cada estaca,
cada 20 metros en tramos rectos y cada 10 metros en tramos curvos, e
un ancho no menor de 30 metros a cada lado del eje, con su respectiva
clasificación de suelos (TS,RS,RF terreno suelto, roca suelta, roca fija)
permitiendo la obtención de volúmenes de movimiento de tierra.
❖ Los planos a detalle de la zona de emplazamiento proyectado a escala
1/500 y curvas de nivel equidistantes a cada 1 metro.
❖ En emplazamiento de obras de arte escala 1/500
❖ Franja de los canales de conducción a escala 1/2000
❖ Levantamiento topográfico de las zonas de riego a escala 1/5000.
70

LINEA DE GRADIENTE PLATAFORMA
La pendiente del canal se define
previamente en función al tipo de suelo y
al tipo de canal, debiendo garantizar que
el canal este en flujo subcritico, a fin de
evitar la producción de olas por la
incorporación de aire.
El trazo debe ser estacado cada 20 m,
debiéndose nivelar en base a BMs que
se colocaran en una distancia no
mayor a 500 m
71
TRAZO DEFINITIVO DE CANALES

EJE GEOMETRICO
El trazo del eje geométrico será
definido en el campo y tomando en
cuenta el ancho del camino de
vigilancia o camino de servicio
según el tipo de canal, y luego la
media del ancho total del canal.
Este eje geométrico será estacado
cada 20 m. El trazo del eje
geométrico definirá todos los
cambios de dirección del canal para
lo cual se trazaran las curvas
horizontales con todos sus elementos,
considerando los radios mínimos
72

CAPACIDAD DEL
CANAL
RADIO MINIMO
Hasta 10 m3/s 3 x ancho de la base
De 10 a 14 m3/s 4 x ancho de la base
De 20 m3/s a mas 7 x ancho de la base
73

ST = R x Tan (B/2)
E = R*(sec(1/2B)-1)
LC = 2πR*(B/360)
74

PERFIL LONGITUDINAL
Se levanta sobre las progresiva del eje
geométrico, controlando en los BMs de la
línea de gradiente, debiéndose aceptar un
error máximo de 1 cm por Km.
SECCIONES TRANSVERSALES
Se levantan las secciones transversales en
cada progresiva de la poligonal del eje
geométrico en forma perpendicular a cada
línea de tangente cuidando que la
distancia sea como mínimo 2 m mayor al
ancho de la base superior del canal
sumando el camino de vigilancia y la
berma interna.
75

CRITERIOS PARA EL TRAZADO.
El criterio que dirige el trazado de los canales o
túneles y la selección de una u otra posibilidad
es el de conseguir la mayor eficiencia
hidráulica y seguridad de las obras con el
menor costo.
El trazado de trabajo es similar a la que se
realiza para carreteras, con la principal
diferencia de que la pendiente longitudinal de
un canal debe ser siempre positiva (bajando
en la dirección del movimiento del agua) y
puede variar solo dentro de ciertos limites.
76

Por lo general, el sitio de la iniciación de la
utilización del agua, como tanque de presión
(Riego por Aspersión y/o goteo), comienzo
de la zona de riego, etc. Esta establecida y
desde allí se traza la línea de gradiente
hacia el rio para determinar la ubicación
de las obras de toma.
La gradiente del canal es forzosamente
menor que la del rio y mientras menor es
la primera, mas larga resulta la longitud
del canal y mayor el costo. A la inversa, un
canal disminuye de sección y
consiguientemente de costo con el
aumento de la gradiente.
77

Si se traza la línea del canal desde la toma
hasta el sitio donde se utilizara el agua,
siguiendo las líneas de nivel del terreno y
descendiendo el numero de metros por
kilómetros que da la gradiente escogida, se
puede obtener un resultado sumamente
tortuoso, que puede tener una longitud
dos o tres veces mayor que la línea recta
que une los dos puntos.
Por eso debe estudiarse la posibilidad de
rectificar la alineación acortando su longitud
por medio de túneles, acueductos, rellenos
u otros tipos de obras. En cada caso es
necesario comparar el costo de las distintas
alternativas.
78

Los túneles se construyen cuando representan
una solución mas económica o mas estable
que un canal abierto.
Si la pendiente transversal del terreno es muy
fuerte (45° o mas), entonces el volumen de
excavación de la plataforma se hace tan grande
que resulta mas económica hacer un túnel.
También cuando el canal debe contornear una
loma muy pronunciada, muchas veces se puede
reducir considerablemente la longitud por medio
de un túnel que atraviesa la loma de un lado a
otro.
El túnel se construye cuando la longitud de
recorrido de un canal es mayor a 2.5 longitud
del túnel.
79

Al comparar los costos de un
canal, es necesario tomar en
cuenta no solo las inversiones,
sino también los tiempos de
construcción.
Un túnel puede costar mucho
menos que un canal, pero su
construcción tendrá un avance de
1 metro hasta 5 metros por un día,
lo cual si tiene gran longitud
demoraría mucho tiempo en
completarse.
80

RADIOS DE CURVATURA MINIMO.
Para el replanteo de las curvas horizontales es necesario
determinar el radio de curvatura mínimo, de acuerdo al diseño
elegido. Se recomienda que varien entre los siguientes valores:
En el caso de canales con flujos de velocidades altas será
necesario calcular la mayor elevación que se produce por el
cambio de dirección en el lado exterior de la curva, lo cual
obliga a aumentar el borde libre en la pared exterior del canal.
81

RADIOS MINIMOS MAS UTILIZADOS
CAPACIDAD DEL CANAL RADIO MINIMO
20 m3/s 100 m
15 m3/s 80 m
10 m3/s 60 m
5 m3/s 20 m
1 m3/s 10 m
0.5 m3/s 5 m
82

SECCION TRANSVERSAL.
Al realizar el diseño de un canal, generalmente son dados el
caudal Q que se desea conducir y la gradiente de la que se
dispone y que puede variar dentro de ciertos limites. También se
conoce el coeficiente de rugosidad que dependerá del tipo de
revestimiento que se escoja.
83

El área mojada se calcula en función de la
velocidad aceptable en el canal. Esta
generalmente varia de 0.60 m/s y 3 m/s para
evitar la sedimentación y la erosión.
La forma de la sección optima,
hidráulicamente hablando, es aquella que con
su superficie mojada mínima, conduzca el
caudal máximo. La sección que tiene las
mejores características hidráulicas es
semicircular pero es relativamente difícil de
construir y generalmente carece de
estabilidad.
Por este motivo la forma de sección mas
usada en canales es la trapezoidal.
84

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