UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA DE FLUIDOS II

ING. JOSÉ LUÍS ZUMARÁN IRRIBARREN

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UN CANAL

Para el diseño del canal

• Para el diseño del canal primero se realiza la visita de campo, desde el inicio de la toma del fluido hasta el final del canal a diseñar, para obtener los datos de campo

• Luego se realiza el levantamiento topográfico del canal para posteriormente realizar el diseño del mismo.

• La sección a diseñar dependerá de las características del terreno y de los costos de financiamiento de la obra.

Ejemplo de ubicación geográfica y política

• La zona del proyecto se encuentra al sur este de la ciudad de Sayán en el valle conocido como RIO CHICO, distrito de Sayán, provincia de Huaura, Lima- Perú, exactamente es el canal “LATERAL Nº5” que pasa por el centro poblado de vista alegre.

• El distrito de Sayán de Norte a Sur tiene una extensión máxima de unos 44 Km.; y de

Este a Oeste, unos 20 Km. • Sayán forma parte de la Cuenca del río Huaura. Ubicado a

11°07'51” Latitud Sur y 77°11'28” de Longitud Oeste, está constituido por las laderas y

valles del río Huaura y el Rio Huanangui.

Ejemplo de datos obtenidos de campo

• El planteamiento de diseño la sección del canal era un caudal de 250lt/sg. Que es el caudal máximo considerado que satisface la necesidad de riego, asimismo se considera el revestimiento con concreto f’c=175 Kg/cm2.

• 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 sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego.

PANEL FOTOGRAFICO

CALCULO HIDRAULICO PARA EL DISEÑO DE CANALES

1. CRITERIOS DE DISEÑO:

•   Elementos Geométricos son:

•  El tirante en m. = y

• Ancho en el fondo en m. = b

• Área transversal en m2 = A

• Perímetro mojado en m = p

• Radio hidráulico. = Rh= A/p

• Espejo de Agua en m = T

• Talud de canal = Z

• Borde libre en m. = B.L.

• Profundidad Total = H

• Ancho de corona en m. = C

• Pendiente en m/m = S

FLUJO NORMAL EN CANALES Ecuación de Manning

• Es la fórmula más utilizada para el cálculo de la velocidad en el flujo uniforme, siendo su ecuación:

• Dónde:  V = velocidad en m/s   n = coeficiente de rugosidad  A = área hidráulica en m2

  R = radio hidráulico en m  S = pendiente de la línea de energía, en m/m

FLUJO NORMAL EN CANALES Ecuación de Manning

• Combinando las ecuaciones de Manning y la Ecuación de continuidad, se obtiene la ecuación más utilizada para el cálculo del caudal en el flujo uniforme, siendo: 

• Dónde:  Q = caudal, m3/s  n = coeficiente de rugosidad  A = área hidráulica, m2

  R = radio hidráulico, m  S = pendiente de la línea de energía, m/m

Como en un flujo uniforme la pendiente de la línea de energía es numéricamente igual que la pendiente del canal, para los cálculos, se utiliza esta última.

Secciones transversales en canales en flujo normal

• Sección Rectangular

SECCIONES TRANSVERSALES EN CANALES

• Sección Trapezoidal

SECCIONES TRANSVERSALES EN CANALES

• Sección Circular

ELEMENTOS DE UNA CURVAA = Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C = Cuerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde PC hasta PT.

ß = Angulo de deflexión, formado en el PI.

E = Externa, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.

F = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda larga.

G = Grado, es el ángulo central.

LC = Longitud de curva que une PC con PT.

PC = Principio de una curva.

PI = Punto de inflexión.

PT = Punto de tangente.

PSC = Punto sobre curva.

PST = Punto sobre tangente.

R = Radio de la curva.

ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.

RASANTE DE UN CANALUna vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas más usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10-Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta:• Tener en cuenta los puntos de captación cuando se

trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren.

• La 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 caídas o saltos de agua.

RASANTE DE UN CANAL• Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas

hidráulicas, chequeando 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 mínimo la siguiente información.

• Kilometraje• Cota de terreno• Cota de rasante• Pendiente• Indicación de las deflexiones del trazo con los elementos de

curva• Ubicación de las obras de arte• Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su

kilometraje• Tipo de suelo

Coeficiente de rugosidad (n)• El coeficiente de rugosidad n, es un parámetro que

determina el grado de resistencia, que ofrecen las paredes y fondo del canal al flujo del fluido.

• Mientras más áspera o rugosa sean las paredes y fondo del canal, más dificultad tendrá el agua para desplazarse.

• Este parámetro ha sido muy estudiado por muchos investigadores en el laboratorio, por lo que se ha elaborado una tabla para los diferentes valores de n, dependiendo del material que aloja al canal.

• La tabla representa solo una guía, ya que el canal a diseñar no siempre funcionará en las mismas condiciones para las que fueron deducidas n.

Los valores del coeficiente de rugosidad n, propuesto por Horton, para ser utilizados en la fórmula de Manning son los que se muestran:

MATERIAL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “n”

Tubos de barro para drenaje 0.014Superficie de cemento pulido 0.012Tuberías de concreto 0.015Canales revestidos con concreto 0.014Superficie de mampostería con cemento 0.020Acueductos semicirculares, metálicos, lisos 0.012Acueductos semicirculares, metálicos corrugados 0.025Tuberías de plástico corrugadas ADS 0.012Canales en tierra, alineados y uniformes 0.025Canales en roca, lisos y uniformes 0.033Canales en roca, con salientes y sinuosos 0.040Canales dragados en tierra 0.0275Canales con lecho pedregoso y bordos de tierra enyerbados 0.035Canales con plantilla de tierra y taludes ásperos 0.033Corrientes naturales limpias, bordos rectos, sin hendeduras ni charcos profundos

0.030

Corrientes naturales igual al anterior, pero con algo de hierba y piedra

0.035

Corrientes naturales igual al anterior, pero menos profundas, con secciones pedregosas

0.055

Ríos con tramos lentos, cauce enyerbado o con charcos profundos

0.070

Playas muy enyerbadas 0.125

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UN CANAL