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CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CONDUCCIÓN DE AGUA POR CANALESCANALES
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• CHOW, V.T. Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill. 1994. 667pp.
• Israelsen y Hansen. Principios y aplicaciones del riego.
Bibliografía
del riego.
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INTRODUCCIÓN• Definiciones y nomenclatura
• Canales de riego, drenaje y terrazas
DISEÑO HIDRAULICO• Principios del movimiento del agua en canales
• Radio hidráulico y pendiente
• Fórmulas de velocidad• Fórmulas de velocidad
• Velocidad de diseño y velocidad crítica
• Pautas de diseño:
• Máxima eficiencia hidráulica
• Mínima infiltración
• Condicionado a la pendiente
• Tirante prefijado
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CONSTRUCCIÓN• Borde libre y ancho de bordos• Diseño del trazado y replanteo• Profundidad de corte• Maquinaria utilizada• Control de la obra
MANTENIMIENTO• Aterramiento• Pérdida de conformación• Pérdida de conformación• Malezas
OBRAS DE ARTE• Compuertas de control y toma-granjas• Pases de agua de escurrimiento• Saltos y protecciones
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Introducción
• Algunos antecedentes
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Introducción
• Canal
– De riego– De riego
– De drenaje
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Dpto. Artigas
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Dpto. Treinta y Tres
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Dpto. Río Negro, Colonia Tomas BerretaLong.: 6 km (aprox.)
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Dpto.Durazno
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Dpto.DuraznoLong.:16km (aprox)
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Definiciones y Nomenclatura:
b
Borde libre →
coronamientosolera
c
Carga = h
a
plantilla
talud
zh
αCarga = h
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Forma de la sección
• Trapezoidal
• Rectangular
• Triangular
• Parabólica• Parabólica
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Diseño hidráulico
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B
L
h
A’
C’B’
Principios del movimiento del agua en canales
C A
h
FUERZA DE AVANCE F = C’ B’
por triángulos semejantes resulta:
C’ B’ = C B donde C B = h A B = L CB/AB = h/L = s (pendiente del canal)A’ B’ A B
A’B’ = Peso del prisma de agua Peso = Volumen x Densidad Vol. = Area x L
entonces FUERZA DE AVANCE es: F = s x A x L x D Curso de Riego y Drenaje 2012
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sxAxDV =
y la FUERZA DE ROCE es: F’ = f x P x L x V2 (P x L = sup. de roce)
f = factor de rozamiento
cuando F = F’ ⇒ el flujo se estabiliza
f x P x L x V2 = s x A x L x D
fxPV =
PA
xsxfD
V = Radio hidráulico R = A/P
Chezy (1769) llamó
C= factor de resistencia al flujo
RxsCvf
DC =⇒⇒⇒⇒= Probablemente es
la primer ecuación de flujo uniforme
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Manning (1889) determinó que C depende de R
C = R1/6 n = Coeficiente de rugosidad de canalesn
RxsCv =
V = 1 R 2/3 S 1/2
n
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Superficie Condición de las paredes
Buena Regular Mala
En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 *
En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035
En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045
Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030
Valores de “n” fórmulas de MANNING Y KUTTER(Seleccionados de King, H.W., 1954)
Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030
Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033
Lecho pedregoso, bordes tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035
•Valores corrientemente usados en la práctica
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n = 0.012 – 0.014 n = 0.033 – 0.035
n = 0.040 – 0.043
n = 0.045 – 0.050
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Diseño del canal
• Caudal – Siempre debe ser conocido
• Velocidad – Se prefija tentativamente
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TIPO DE SUELO VELOCIDAD m/s
Suelos sueltos 0.20
VELOCIDADALTA ⇒⇒⇒⇒ EROSIONBAJA ⇒⇒⇒⇒ SEDIMENTACION
Criterios para prefijar la velocidad del agua en fu nción del tipo de suelo del canal
Suelos sueltos 0.20
Suelos de textura media 0.30
Suelos arcillosos 0.50
Suelos pedregosos 0.80 - 0.90
Desagües empastados 0.80 - 1.20
Factor asentamientoFactor profundidadMalezas
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VELOCIDAD CRITICA
Moritz Vo = C x h1/2
C depende del material en suspensión
En nuestras condiciones C = 0.464
RANGO CRITICO 0.8 V < V < 1.2 VRANGO CRITICO 0.8 Vo < V < 1.2 Vo
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FORMA DE LA SECCIÓN
Inclinación de taludes Z depende de:
•Textura
•Tipo de maquinaria
•Desagües (alta pendiente)
•Riego (baja pendiente)
MATERIAL Z
Roca firme 0.25
Arcilla 0.75
Suelo franco 1
Franco arenoso 2
Arenoso 3
Desagüe empastado 4
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PAUTAS DE DISEÑO
Cálculo de plantilla y tirante
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DISEÑOS:
• MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN• SECCIÓN DE MÍNIMA INFILTRACIÓN
• CONDICIONADO A LA PENDIENTE (desagües)
• CUANDO h (carga) ESTA PREFIJADA
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1Zht 2 +=
SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
A = ( a + b ) h2
b
A
a
h
zh
t= talud
b = a + 2Zh A = ( a + a + 2Zh) h2
A = (a + Zh) h
12 2 ++−= ZhZhhAP
Perímetro de mojado: P = a + 2t
A = (a + Zh)h ⇒⇒⇒⇒ a = A/h – Zh Plantilla
A = (a + Zh) h
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⇒1Z2Z-A0 2 ++=
SECCION DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA
Derivamos e igualamos a cero para hallar el mínimo perímetro de roce para un área dada:
12 2 ++−= ZhZhhAP
⇒1Z2Z-h
A0 22 ++=
Con esta forma, también se cumple que:
R = h/2 a/h = 2 tg αααα/2
12Z2-Z
Ah
++= Tirante←
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Ejemplo:
Dados:Q = 0.1 m3/s Prefijamos V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = Q / V = 0.1 / 0.28 = 0.36 m2
Resulta que la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es:
Ah =
VELOCIDAD CRITICAMoritz Vo = C x h1/2
En nuestras condiciones C = 0.464
Vo= 0.464 x 0.441/2= 0.31
RANGO CRITICO 0.25 < V < 0.37 m/s
mh 44.036.0 ==
1Z2Z-
Ah
2 ++=
Se verifica que R = h/2 0.44/2 = 0.22
h = 0.44 m a = A/h – Zh = 0.37 m t = 0.63 m
P = 1.63 m R = 0.22 m s = (0.28 x 0.025) 2 = 0.00037 = 0.037%0.222/3
mh 44.011*21
36.02
=++−
=
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b= 1.25m
h= 0.44m t= 0.63m
a= 0.37
Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2
a= 0.37
Perímetro de mojado= 1.63m
Pendiente= 0.037%
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SECCION DE MINIMA INFILTRACION
Z2)4tgα(A
h+
=
También se cumple que:
a/h = 4 tg αααα/2 si Z = 1 ⇒⇒⇒⇒ αααα = 45º
h = 0.37 m a = 0.61 m t = 0.52 m
P = 1.64 m R = 0.217 m s = 0.00038
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b= 1.35m
h= 0.37m t= 0.52m
a= 0.61
Q = 0.1 m3/s V = 0.28 m/sZ = 1n = 0.025Q = A x V A = 0.36 m2
a= 0.61
Perímetro de mojado= 1.64m
Pendiente= 0.038%
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Se debe lograr una velocidad prefijada ajustando R
V = 1/n R2/3 s1/2 ⇒⇒⇒⇒
23
=
21
s
VxnR
DISEÑO CONDICIONADO A LA PENDIENTE
1Z2ha
ZhahR
2
2
++
+=
{ 0=+−−+32144 344 21
C
RxAhxBAhx)
A
Z1ZR(2 22
R = A/P A = ah + Zh2
como a = (A – Zh2)/h Sustituimos
Llegamos a la siguiente ecuación de 2º grado:
12 2 ++++++++==== ZhaP
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m164.02
3
=
=
21
0.01
1x0.03R
Ejemplo: Desagüe de un tajamar
Q = 2 m3/s s = 0.01 m/m n = 0.03 V = 1 m/s Z = 4A = Q/V= 2 / 1 = 2 m2
{ 0=+−−+ RxAhxAhx)Z1ZR(2 22
B = -2C = 2 x 0.164 = 0.328
0.698=4)-170.164(2=A
2A4ACBB
h2 −±−=
{ 0=+−−+32144 344 21
C
RxAhxBAhx)
A
Z1ZR(2 22
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Con h1 a = 2 – 4 x 2.69 2 = -10.02 m ⇒⇒⇒⇒ Se descarta2.69
Con h a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m
mh
mh
175.0
69.2→0.698x2
0.328x0.698x4-22±2=h
2
1
===
Con h2 a = 2 – 4 x 0.175 2 = 10.73 m ⇒⇒⇒⇒ a = 10.73 m0.175
a = (A – Zh2)/h
12,1m
10.73m
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Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.03s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1
Otra metodología…2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
11.1E=0.21
0.17
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Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.03s/n2 = 0.01/0.032 = 11.1
2 m3s-1 / 0.17 m3s-1m-1 = 11,8 m
11.1E=0.21
0.17 1.0
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CUANDO h ESTA PREFIJADO
Vo = 0.464 h1/2 A = Q / Vo a = A/h – Zh
P = a + 2t R = A / P
2
32
R
Vxns
=
1+= 2Zht
3R
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Borde libre
• Aumento de rugosidad• Curvas• Aumento de caudal
CONSTRUCCIÓN
• Aumento de caudal
⇒ Canales grandes d = 0.3 + 0.25 x h
⇒⇒⇒⇒Canales chicos d = 1/3 h
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Ancho de coronamientoAncho de coronamiento
C >= h
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•Replanteo directo
•Trazado tentativo sobre plano de curvas
•Tramos rectos y acordamientos
Trazado del canal
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Trazado del canal
αααα
•Se calculan y marcan las tangentes de entrada y salida•Con una cinta se ubica el centro y se marca el trazado de la curva
T = R x tg αααα/2
CAUDAL (m3/s) RADIO MINIMO
10 60
5 20
1 10
0.5 5
T
R αααα/2
0.5 5
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Profundidad de corte (r)
Hr
H-r
a(H-r) z2 C (H-r) z1 r z1
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Área excavada = (a + a + z1k + z1k) r2
Area terraplén = [c + c + z1 (H – r) + z2 ( H – r) ] (H -r)2
Area exc. = ar + r2 z1
Area terr. = c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2
Como son dos terraplenes
Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)2Area terr. = 2 c (H-r) + (z1 + z2) (H-r)
A. excavada = A. terraplén
r2z2 . r (a/2 + c + z1 H + z2 H) + 2 (2 C + z1H + z2H)
A B C
resolvemos r como ecuación de 2º grado
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CONSTRUCCIÓN
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Curso de Riego y Drenaje 2012
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Curso de Riego y Drenaje 2012
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OBRAS DE ARTE
•Compuertas de control y toma-granjas
•Pases de agua de escurrimiento
•Saltos y protecciones•Saltos y protecciones
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OBRAS DE ARTE
•Compuertas de control y toma-granjas
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Salida del agua hacia el canal
Represa de India Muerta
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OBRAS DE ARTE
•Saltos de agua y protecciones
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Saltos y protecciones
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