estudio de canales abiertos por la universidad de chile

8/8/2019 Estudio de Canales Abiertos Por La Universidad de Chile

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UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIASAGRONOMICAS GUIA Nº 9DEPTO. INGENIERIA Y SUELOSCATEDRA DE CONSERVACION DISEÑO DE CANALES ABIERTOSM. Casanova. P. Julio 2000.

El diseño de canales abiertos es la herramienta más básica si se desea realizar diseños orientados a la Conservación

Suelos, pues en él radican los elementos necesarios para canales de desviación, canales de terrazas, vías de evacuaciwaterway), etc.

CARACTERISTICAS DE UN CANAL

T

t

z F

1 d D

b

Pendientes laterales de un canal de tierra

Profundidad Radio mínimo de pendiente lateral(D) (z = horz./vert.)

D ≤ 1 m 1.01 < D < 2 1.5D ≥ 2 m 2.0

En el diseño de los canales abiertos se debe considerar la pendiente de las paredes, la curvatura que se dará al canal,

evancha (freeboard), etc.

Revancha (F)

Su estimación es posible:

F = (cW d)1/2

donde cW es un coeficiente que varía desde:

,5 para un canal con una capacidad máxima de diseño de 0.6 m3

s-1

a 2,5 para otro con una capacidad máxima de

diseño de 80 m3

s-1

DISEÑO HIDRAULICO

El diseño hidráulico de una vía de evacuación (waterway) o canal de desviación se realiza con la fórmula de Mannin

V = 1/n (R 2/3 S1/2)



V : velocidad de flujo (m s-1) n : coeficiente de rugosidad de Manning

R : radio hidráulico (m) S : gradiente del canal (m m-1)

La fórmula corolario usada es:

Q = a V

Q : descarga o escorrentía (m3 s-1)

: área de flujo seccional (m

2

)V : velocidad promedio (m s-1)

Cuál es la capacidad y velocidad de flujo de un canal (suelo desnudo) con un 5% de gradiente? Si su sección es:

t4.4 m

3:1 0.15m = d 3:1z:1

3.5 m bPara una sección trapezoidal:

= b d + z d2

= 0.59 m2 ≈ 0.6 m

2

p = b + 2d (z2

+1)1/2

= 3.5 + 0.3 (10)1/2

= 4.45 m

R= a/p = 0.6/4.45 = 0.13 m2 R 2/3

= 0.26 m

S = 0.05 m m-1 S1/2 = 0.224

V = (1/0.04) (0.26) (0.224) = 1.46 m s-1

Q = a V

Q = (0.6) (1.46) = 0.88 m3 s-1

Observación:

Este canal podría no ser satisfactorio debido a

Criterio 1. Velocidad permisible; la velocidad es demasiada para suelo desnudo, pero es apropiado para canales

material ordenado (no coloidal)

Criterio 2. Número de Froude (Fr) : el flujo en un canal abierto se clasifica de acuerdo a un criterio de energía. Par

una descarga determinada, el flujo de energía es una función de su profundidad y velocidad. Se puede mostrar que e

lujo se caracteriza por el adimensional Número de Froude (Fr):

V



Fr = (g d) 1/2

Fr < 1 : flujo subcrítico (lento o tranquilo) Fr = 1 : flujo crítico Fr > 1 : flujo supercrítico (rápido o alterado)

En este caso:

Fr = 1.46 / (9.8 x 0.15) 1/2 = 1.2

Para un canal de sección:

8.24 m

3:1 0.04 m = d 3:1z:1

8.0 m b

Es satisfactorio este canal (suelo desnudo) con 3% de pendiente, para una descarga de 0.16 m3

s-1

?

= b d + z d2

= 0.325 m2

p = b + 2d (z2

+1)1/2

= 8.26 m

R= a/p = 0.04 R 2/3

= 0.117 m

S = 0.03 m m-1 S1/2 = 0.173

V = (1/0.04) (0.117) (0.173) = 0.506 m s-1

Q = a V

Q = (0.325) (0.506) = 0.16 m3 s-1

Fr = 0.506 / (9.8 0.04) 1/2

Fr = 0.80

Observación:

Este canal es satisfactorio tanto para la descarga como para la velocidad promedio. Debe notarse que para can

elativamente amplios y muy someros:R ≈ d

p = t (ancho superior) ⇒ R = a / t

s simple llegar a una correcta dimensión para la sección de canal.

Q = 0.16 m3

s-1

n = 0.04

V = 0.5 m s-1

S = 3%



0.5 = (1/0.04) (R)2/3

(0.03)1/2

⇒ R = 0.04

⇒ R ≈ d

El canal debería tener una profundidad de 0.04 m !

a = Q/V = (0.16)/(0.5) = 0.32 m2

= a/R = (0.32)/(0.04) = 8 m

La amplitud superior debería ser de 8 m !Las secciones amplias y someras son típicas de vías de evacuación empastadas (grassed waterway), pero en la prác

pronto se transforman en secciones parabólicas (por el flujo de agua). Un diseño para una sección parabólica y de

de las mismas condiciones previas es:

R = (2/3) d a = (2/3) t d

con R = 0.04 d = (3/2) R = 0.06 m

El canal debería tener una profundidad de 0.06 m !

con a = (2/3) t d t = 8 m

El ancho superior debería ser de 8 m !

En canales de tierra, es necesaria una sección amplia y somera para mantener la velocidad de flujo dentro d

permisible.

on↑

S ⇒

↑

t, entonces :

• pérdida de área productiva del campo

• elevado costo inicial para construir la sección con seguridad.

El establecimiento de pasto en la superficie del canal:

Incrementa el factor n (reducción de la velocidad y capacidad hidráulica).

Incrementa la velocidad no erosiva admisible.

Para las condiciones previas, pero con gramíneas suaves y bajas en crecimiento (n = 0.06) y una velocidad admisibl

0.8 m s-1

:

Q= 0.16 m3

s-1

V = 0.8 m s-1

S = 0.03

= Q / V = 0.20 m2



0.8 0.06 3/2

R = = 0.15 m

0.173

= a / R : 0.20 / 0.15 = 1.33 m d = 3/2 R : 3/2(0.15) = 0.225 m

1.33 m

0.225 m

Revancha (F)

F = (cW d)1/2

cW 1.5------0.6 m3

s-1

x -----0.16 m3

s-1

x: 0.4 F = 0.3 ?

o una mínima recomendada revancha (freeboard)…

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