1 DISEÑO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL DEL CANAL DE IRRIGACION.1.1 CALCULOS PREVIOS.

1.1.1 Información que se cuenta.

Básicamente tenemos variables como tipo de suelo y condiciones geológicas, así como topografía accidentada a tomar en cuenta para el diseño del canal (progresivas 8+000 a 9+000) según los tramos de este. Las obras conexas a este, es el caso de tomas laterales, nos servirá para determinar el caudal que circulará por cada tramo.

Tomas laterales y áreas a irrigar.TOMAS T1 T2 T3 T4

Ubic.Progres.

(km)

8+360 8+500 8+800 8+800

Margen Izquierd

a

Derecha Izquier

da

Derech

a

Cota ras.

(msnm)

2575.5 2569.57 2556.6

6

2556.5

M.Riego(lts/

s/ha)

0.75 0.65 0.95 0.9

Área a

Irrigar (ha)

1850 5220 3560 2860

El caudal que ingresa por el canal es de 18 m3/s.

Geología y condiciones específicas en el eje del canal.

Tramo

Progresivas

Geología y condiciones específicas.

18+000-8+300

SM-SC Carbonatos de calcio

28+300-8+600

SPEstratos de arcillas expansivas

38+600-9+000

CL con 40% de GW

Nivel freático alto

Canteras.

CANTERA DISTANCIA (KM)A.- Roca Granítica 8.00

B.-Agregados (Grava y arena)

5.50

Esquemáticamente, tenemos:

1.1.2caudal necesario según toma.

Qi=MR∗NºhasMR: módulo de riego.Nºhas: cantidad de hectáreas a irrigar.Qi: caudal en cada toma lateral.

TOMAS T1 T2 T3 T4 M.Riego(lts/s/ha) 0.75 0.65 0.95 0.9Área a Irrigar (ha) 1850 5220 3560 2860Caudal según toma (m3/s)

1.39 3.39 3.38 2.57

Caudal por sub- tramos (sin considerar infiltraciones).

TRAMODESDE HASTA

LONGITUD(m)Caudal (m3/s)

1 INICIOFIN TRAMO1

300 18.000

2

FIN TRAMO1 TOMA 1

60 18.000

TOMA 1 TOMA 2 140 16.613

TOMA 2INICIO TRAMO 3

100 16.613

3

INICIO TRAMO 3 PARTIDOR

200 13.220

PARTIDORFIN TRAMO 3

200 7.264

1.1.3Cálculo de la infiltración (canal sin revestir).

Para los cálculos de las infiltraciones totales (infiltración vertical e infiltración horizontal) dentro del canal se ha utilizado la fórmula de Etcheverry, Pavloski y Kostiakov; considerando los tipos de suelo.

P=0.064∗Ce∗√ y∗(b+1.33∗ y∗√1+z2) (Etcheverry)

P=1000∗K∗[b+2∗d∗(1+z) ] (Pavloski)

P=1000∗K∗(b+2.24∗y∗√1+z2) (Kostiakov)

Donde.Ce, K= coeficientes de permeabilidad.b = ancho de solera (en este caso lo asumiremos).y = tirante promedio de agua (sale despejando en la relación b/y).Z= talud según tipo de suelo.

TABLA 1.3.1 TABLA 1.3.2Tipo de Suelo

Ce Tipo de Suelo K (cm/s)

Arcilloso0.25-0.5

Grava Limpia 100-0.1

Franco Arcilloso

0.5-0.75

Arena Gruesa 0.1 -0.001

Limos y Franco

0.75-1.00

Arena Fina 0.01-0.0001

Franco Arenoso

1.00-1.50

tierra arenosa0.001-

0.00001

Arenas Finas1.50-1.75

Arcilla Limosa0.001-

0.00001Arenas Gruesas

2.00-2.50

arcilla compacta10e-7- 10e-

10

Gravas2.50-600

limo10e-4- 10e-

5arcilla 10e-6- 10e-8

tierra franco arcillosa

10e-5- 10e-9

tierra franca 10e-4- 10e-7

Hormigón10e-5 – 10e-

7

Talud y relación b/y (canal de máxima eficiencia hidráulica y mínima infiltración).

by=3 tg( θ2 )=3∗(√1+z2−z)

TRAMOPROGRES

IVASTIPO DE SUELO

talud b/y b

(asumido)

y (norm

al)

18+000-8+300

SM-SC 1.5 0.908 1.500 1.651

28+300-8+600

SP 2 0.708 1.000 1.412

38+600-9+000

CL con 40% de

GW1.25 1.052 0.800 0.760

Infiltración

1.2 CRITERIOS DE DISEÑO.1.2.1Velocidades permisibles.

Según el manual de diseño de canales de la AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA, tenemos las siguientes velocidades máximas permisibles según la resistencia del concreto de revestimiento.

TRAMO PROG.TIPO DE

SUELO

Etcheverry Pavloski Kostiakov

CeP

(m3/s-km)

K(cm/s)

P (m3/s-km)

K(cm/s)

P (m3/s-km)

1

8+000-

8+300

SM-SC1.60

00.718 0.01 0.976 0.01 0.864

2

8+300-

8+600

SP2.00

00.791 0.08 7.578 0.08 6.862

3

8+600-

9+000

CL con 40%

de GW

0.500

0.067 0.004 0.169 0.004 0.149

Pero lo recomendable es diseñar canales revestidos con velocidades menores o iguales a 2.5 m/s aunque para canales revestidos con mampostería de piedra dura las velocidades pueden llegar hasta 4 m/s sin causar erosión.

1.2.2Tipo de flujo.

El tipo de flujo que cogemos para el diseño es sub crítico (Fr<1), para tener fuerzas inerciales menores respecto a las gravitacionales; en consecuencia se tendrá fuerzas tractivas bajas.

1.2.3Máxima Eficiencia Hidráulica.Básicamente utilizamos la siguiente formula:

by=2tg( θ2 )=2∗(√1+z2−z)

La infiltración será controlada con el revestimiento.En este caso podemos disminuir el talud, ya que el canal ira revestido a todo lo largo del canal.

TRAMOTIPO DE

SUELO

PROGRESIVAS

talud b/y b

(asumido)

y (normal)

1 SM-SC8+000- 8+300

1 0.828 1.500 1.811

2 SP

8+300- 8+360

1 0.828 1.500 1.811

8+360- 8+500

1.5 0.606 1.000 1.651

8+500- 8+600

1.5 0.606 1.000 1.651

3CL con 40% de

GW

8+600- 8+900

1 0.828 1.250 1.509

8+900- 9+000

1 0.828 1.250 1.509

1.3 DISEÑO DEL CANAL.1.3.1PARAMETROS DE DISEÑO.

Coeficiente de rugosidad.

Para el primer y tercer tramo se ha elegido revestimiento de mampostería de piedra con concreto simple (concreto ciclópeo). Entonces el coeficiente de rugosidad en la fórmula de Manning es n=0.025.

Para el segundo tramo, el revestimiento será de concreto armado, por la presencia de arcillas expansivas. Entonces el coeficiente de rugosidad será n=0.014

Pendiente del canalLa pendiente planteada para el diseño hidráulico del canal será calculada a partir de los parámetros como máxima eficiencia hidráulica, caudal de diseño, talud, coeficiente de rugosidad, talud y ancho de solera estimado.

Ancho de solera (b).Por razones prácticas constructivas de los Canales revestidos, se toma como mínimo bmín = 0.30 m.

En nuestro caso utilizamos la siguiente tabla como guia.Caudal (m3/s) Ancho de Solera

0.060 – 0.180 0.40

0.180 – 0.720 0.60

2.00 – 10.00 0.80

70.00 (canal

alimentador)

6.40

Trazo y Diseño de Canales (Ing. José Arbulú Ramos):

Borde libre (f)

Es el resguardo como seguridad ante posibles avenidas por encima del caudal de diseño.

Borde Libre Gasto (m3/s)

0.15 0.27 – 0.80

0.15 – 0.30 0.80 – 8.0

0.30 – 0.60 8.0 – 60.0

0.60 – 0.90 60.0 - 285

Según BUREAU OF RECLAMATION.

Ancho de corona (c)Este valor depende esencialmente del servicio que estos habrán de prestar.Según Máximo Villón, este valor se encuentra en función del caudal, y se puede considerar un ancho de corona de 0.60 m para caudales menores de 0.50 m3/s y 1.00 m para caudales mayores.

Espesor de revestimiento.De acuerdo al tipo de material de revestimiento.

1.3.2RESUMEN DE DATOS.TRAMO I II IIIPROGRESIVA

S8+000- 8+300

8+300- 8+360

8+360- 8+500

8+500- 8+600

8+600- 8+900

8+900- 9+000

Caudal Q(m3/s)

18.0000

18.0000

16.6130

16.6130

13.2200 7.2640

Z: 1.0000 1.0000 1.5000 1.5000 1.0000 1.0000b (m): 1.5000 1.5000 1.0000 1.0000 1.2500 1.2500

n: 0.0250 0.0140 0.0140 0.0140 0.0250 0.0250b/y: 0.8284 0.8284 0.6056 0.6056 0.8284 0.8284

y(m): 1.8107 1.8107 1.6514 1.6514 1.5089 1.5089A(m2): 5.9945 5.9945 5.7420 5.7420 4.1628 4.1628P(m): 6.6213 6.6213 6.9542 6.9542 5.5178 5.5178R(m): 0.9053 0.9053 0.8257 0.8257 0.7544 0.7544s(%) 0.6434 0.2018 0.2118 0.2118 0.9178 0.2771

V(m/s): 3.0028 3.0028 2.8932 2.8932 3.1757 1.7450F: 0.7125 0.7125 0.7188 0.7188 0.8254 0.4535

Tipo de Flujo.

subcritico

subcritico

subcritico

subcritico

subcritico

subcritico

ELEMENTOS DE LA SECCION DEL CANAL SEGÚN TRAMO

TRAMO I II III

PROGRESIVAS

8+000-

8+300

8+300- 8+360

8+360- 8+500

8+500- 8+600

8+600- 8+900

8+900- 9+000

Z: 1.00 1.00 1.50 1.50 1.00 1.00b (m): 1.50 1.50 1.00 1.00 1.25 1.25y(m): 1.81 1.81 1.65 1.65 1.51 1.51

f 0.60 0.60 0.55 0.55 0.50 0.50T 5.12 5.12 5.95 5.95 4.27 4.27H 2.41 2.41 2.20 2.20 2.01 2.01C 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00

2 ELECCIÓN DEL TIPO DE REVESTIMIENTO.2.1 Tipos de revestimiento.De acuerdo al tipo de suelo, caudal e importancia del canal, este debe ser revestido.Nuestra propuesta es revestirlo con materiales de la zona; como se cuenta con canteras de rocas graníticas, entonces utilizaremos mampostería de piedra y rellanado de concreto simple (concreto ciclópeo).

2.2 Criterios de selección del revestimiento.Propiedades del suelo.En los dos primeros tramos tenemos presencia de suelos arenosos; entonces se trata de un suelo permeable, por lo que se tendrá perdidas por infiltración importantes, para contrarrestar esto se tiene que revestir. En el tercer tramo se tiene un suelo arcilloso de baja plasticidad con presencia de grava en un 40%; entonces por la envergadura del canal y el caudal que pasara por este, hay necesidad de revestir.

Topografía.La topografía del terreno es accidentada, en este caso las curvas horizontales no se acomodan a curvas de radios mínimos, así como también la pendiente longitudinal del canal es muy alta. Por lo tanto para lograr curvas con radios menores a los mínimos permisibles y no tener erosión debido a las pendientes altas, se ha optado por revestir de mampostería de piedra cubriendo los vacíos con concreto simple (concreto ciclópeo). Para la parte superior del canal se ha optado por

hacer zanja de coronación, ya que en este lugar hay presencia de lluvias torrenciales.

Nivel de Aguas subterráneas.En el tercer tramo se cuenta con nivel freático alto, entonces también hay la necesidad de revestir el canal. Además, se ha optado por realizar drenaje subterráneo a lo largo del tercer tramo este, utilizando los materiales granulares que se encuentran en la zona (grava y arena).

Aprovechamiento.Revistiendo el canal, se tendrá mayor eficiencia en el caudal de entrega.

Mantenimiento.En un canal revestido se tiene menos mantenimiento que en un canal de tierra. Porque no existe la posibilidad de que a lo largo del canal crezcan arbustos y otras malezas.Estanqueidad.Tras haber estimado las perdidas por infiltración con métodos indirectos, se tiene que estas son considerables. Aquí, según el tramo que corresponda y las condiciones que se nos presentan, se utilizara una membrana de plástico para impermeabilizar al concreto ciclópeo.

Disponibilidad de materiales de construcción.Ya que se cuenta con una cantera de rocas graníticas cerca al canal, entonces se utilizara esta para revestir el canal con mampostería de piedra.

2.3 Elección del tipo de revestimiento.

Tramo

Progresivas

GEOLOGIA y CONDICIONES

ESPECIFICAS EN EL EJE DEL CANAL

ELECCION DEL TIPO DE REVESTIMIENTO

18+000-8+300

SM-SCCarbonatos de

calcio

Mampostería de piedra, ante la presencia de los carbonatos se utilizara una membrana de plástico antes de colocar el concreto ciclópeo (piedra + cemento tipo 2).

28+300-8+600

SPEstratos de

arcillas expansivas

Concreto reforzado con acero para evitar fisuraciones en el concreto.

38+600-9+000

CL con 40% de

Nivel freático alto

Mampostería de piedra, ante la presencia de nivel freático alto

GW

se utilizara los materiales granulares de la zona (grava y arena) para hacer drenaje subterraneo a lo largo de este tramo.