Diseño Canales

GOBERNACION DEL TOLIMA

CORMAGDALENA

MUNICIPIO DE NATAGAIMA

USOGOLONDRINAS

PROYECTO CONSTRUCCION DEL DISTRITO DE ADECUACIONDE TIERRAS GOLONDRINAS, NATAGAIMA, PRIMERA FASE, ESTUDIO DE FACTIBILIDAD Y DISEÑOS DETALLADOS

CRITERIO DE DISEÑO HIDRAULICO PARA LA RED DE RIEGO

PRINCIPAL Y SECUNDARIA

UNIVERSIDAD DEL TOLIMA

MARZO 2004

CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN 4

Nomenclatura de la Sección Hidráulica. 4

Sistema de Unidades 5

Fórmulas de Cálculo 5

1.1 VELOCIDADES ADMISIBLES 6

1.1.1 Velocidad mínima 6

1.1.2 Velocidad máxima 6

COEFICIENTES DE RUGOSIDAD 7

TALUDES DEL CANAL 7

PENDIENTE LONGITUDINAL 8

ANCHO DE LA SOLERA 8

RELACIÓN ANCHO DE SOLERA A TIRANTE 8

BORDE LIBRE (BL) Y BORDE LIBRE REVESTIDO (BR) 9

CAUDAL DEL DISEÑO 9

REVESTIMIENTO DEL CANAL 10

1.1.3 Uso del revestimiento 10

1.1.4 Tipo de Revestimiento 10

1.1.5 Espesor del revestimiento 10

1.1.6 Borde del Revestimiento 11

2 CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCION TRANSVERSAL DEL CANAL 11

ANCHO DE LA SECCION CANAL 11

NOMENCLATURA DE LA SECCION TRANSVERSAL 11

2.1.1 Berma del canal (w) 11

2.1.2 Caminos de operación y mantenimiento – O & M 12

2.1.3 Taludes de la sección del canal 12

DRENAJE SUPERFICIAL DE LA SECCION DEL CANAL 13

2.1.4 Bombeo o pendiente transversal 13

2.1.5 Cunetas 13

2.1.6 Drenaje del revestimiento 13

2.1.7 Canales Interceptores 13

3 CRITERIOS GENERALES PARA LAS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS DE LOS CANALES 14

GENERALIDADES 14

SIFONES 14

3.1.1 Criterios Generales 14

3.1.2 Dimensionamiento 14

TRANSICIONES 15

3.1.3 Definición 15

CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCION HIDRÁULICA DE LOS CANALES PRINCIPAL Y SECUNDARIA

1 INTRODUCCIÓN

Los criterios de diseño están basados principalmente en las recomendaciones, criterios y metodologías de las siguientes autoridades, organizaciones y entidades de carácter internacional o nacional.

 United States Bureau of Reclamation (USBR)

 United States Soil Conservation Service (SCS)

 International Commission on Irrigation and drainage (ICID)

 Ven Te Chow, publicación Open-Channel Hydraulics

 American Society of Agriculture Engineers – ASAE

 Organismos y entidades colombianas especializadas en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas de riego como INAT, INCORA, CAR, CVC, etc.

NOMENCLATURA DE LA SECCIÓN HIDRÁULICA.

En la siguiente figura, se presenta la nomenclatura que se utilizará para el dimensionamiento hidráulico de los canales:

La terminología que se empleará para el diseño es la siguiente:

b = Ancho de la solera o base del canal (m)

a = Ancho de la base perfilada antes de colocar el revestimiento (m)

B = Ancho de la boca del canal (m)

y = Profundidad del flujo o tirante (m)

br = Borde libre revestido (m)

sb = Sobre borde o borde libre no revestido (m)

BL= Borde libre del canal (m), BL = br + sb

hr = Altura del revestimiento (m), hr = y + br

H = Profundidad de la cubeta del canal (m), H = y + BL

t = Espesor del revestimiento (m)

e = Ancho del borde del revestimiento (m)

z = Proyección horizontal de un talud de altura unitaria

T = Ancho de la superficie del agua (m)

SISTEMA DE UNIDADES

Todos los cálculos hidráulicos y las dimensiones de los dibujos para el proyecto, se harán empleando el Sistema Internacional de Unidades (SI) según la norma ICONTEC e internacionales correspondientes.

FÓRMULAS DE CÁLCULO

Para el dimensionamiento hidráulico de los canales se empleará la fórmula de Manning y la ecuación de continuidad cuyas expresiones son:

1

V = ------ R 2/3 S½ (Manning)

n

Q = V A (Continuidad)

Donde,

V = velocidad del flujo (m/s)

n = Coeficiente de rugosidad de Manning (adimensional)

R = Radio Hidráulico (m)

S = Gradiente Hidráulico (m/m)

Q = Caudal o descarga (m³/s)

A = Área de la sección transversal del flujo (m²)

A

R = ----

P

P = Perímetro mojado (m)

1.1 VELOCIDADES ADMISIBLES

1.1.1 Velocidad mínima

Para la evaluación de la velocidad mínima de los canales se considera que el agua conducida es relativamente limpia casi todo el tiempo, por haberse retenido la mayor parte de los sedimentos en el desarenador ubicado cerca de la captación. Sin embargo los canales serán diseñados a las velocidades máximas permisibles, para minimizar el número de estructuras y ajustarse al perfil del terreno.

 Canales sin revestir

La velocidad mínima permisible es aquella que no permite el crecimiento y desarrollo de vegetación acuática y por debajo de la cual se inicia la sedimentación de los materiales transportados en suspensión por el agua.

Para los canales del proyecto se ha adoptado una velocidad mínima de 0.60 m/s, considerando que se conduce agua sedimentada.

 Canales Revestidos:

Para los canales revestidos la velocidad crítica de sedimentación es directamente proporcional a la velocidad del agua. Considerando que el agua es relativamente limpia se adoptará para este proyecto una velocidad mínima de 0.60 m/s.

1.1.2 Velocidad máxima

 Canales sin revestir:

La velocidad máxima permitida es aquella que no ocasiona erosión en el lecho y taludes del canal.

Para este proyecto se han adoptado las siguientes velocidades máximas de acuerdo con el material en que se excava el canal y considerando que el agua es limpia.

Material en que se excava la Cubeta del Canal Velocidad Máxima Permisible (m/s)

Suelos arcillosos

Suelos franco arcillosos

Suelos franco ordinarios

Suelos franco limosos

Areniscas 0.90

0.80

0.75

0.60

1.05

 Canales revestidos:

Considerando que el agua es limpia la velocidad máxima permisible en los canales revestidos se ha adoptado un valor de 1.80 m/s. Esta velocidad garantiza la estabilidad del revestimiento de concreto sin refuerzo.

COEFICIENTES DE RUGOSIDAD

 Canales sin revestir:

Para los cálculos se ha adoptado un coeficiente de rugosidad de Manning recomendado para canales sin revestimiento excavado en tierra, después de sufrir desgaste y haberse estabilizado:

n = 0.0275

 Canales revestidos:

En tramos cortos y aislados del canal no se consideran variaciones por el hecho de hacer un revestimiento localizado.

En tramos largos se han adoptado los siguientes coeficientes de rugosidad:

Revestimiento n

Concreto Revestimiento Manual

Enrocado Pegado

Enrocado Suelto 0.015

0.025

0.032

TALUDES DEL CANAL

 Canales sin revestir

Salvo que el estudio geotécnico recomiende algo diferente, los taludes laterales de los canales se adoptan de acuerdo con los valores de la tabla siguiente, los cuales fueron basados en el tipo de material en que se excava y de la localización de la sección en terraplén o completamente excavada.

Material Talud (Z:1)

(horizontal a vertical)

Excavados en arcilla y suelos arcillosos. 1.5 : 1.0

En terraplén con materiales arcillosos 1.5 : 1.0

 Canales revestidos:

De acuerdo con la altura del revestimiento se adoptan los siguientes taludes:

Altura del Revestimiento (m) Talud (Z:1)

Menor o igual a 0.60

Mayor que 0.60 1.0 :1.0

1.5 : 1.0

PENDIENTE LONGITUDINAL

La pendiente longitudinal de los canales principales y secundarios se establecerá de acuerdo con la pendiente del terreno beneficiado de manera que la superficie del agua mantenga la cota de dominio sobre los predios adyacentes en especial en las áreas que van a ser regadas por gravedad y procurando no perder dicha cota para beneficiar directamente la mayor área posible. La selección de las pendientes de los canales se realizará considerando los requisitos de velocidades permisibles.

Las pendientes se fijarán de preferencia con tres o con no más de cuatro cifras significativas, como por ejemplo: 0.0003, 0.0005, 0.0004, etc.

ANCHO DE LA SOLERA

Los anchos de la solera se estandarizarán a los siguientes valores: 0.50 m, 0.75 m, 1.00 m, 1.50 m, 2.00 m, 2.50 m, 3.00, 4.00 m, 5.00 m, 6.00 m, 7.00 y 8.00 m.

RELACIÓN ANCHO DE SOLERA A TIRANTE

 Canales en tierra sin revestir:

Considerando que los canales sin revestir solo se adoptarán en suelos de baja permeabilidad, la sección transversal a diseñar será la recomendada

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