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DIMENSIONAMIENTO DE CANALES

Canales de aducción y derivación deben ser dimensionados de acuerdo al caudal de diseño, es decir los canales deben ser dimensionados de tal manera que, con la inclinación dada, el caudal requerido pueda ser descargado en la sección del canal.

Según ecuación de continuidad, el caudal Q es una función de la velocidad de escorrentía y del área de la sección transversal:

Q = v . F

donde:

Q = caudal en [m3/s]

F = sección transversal en [m2]

v = velocidad media en [m/s]

La velocidad, a su vez, depende de la inclinación del fondo del canal y del radio hidráulico del canal, así como del material constructivo del fondo y de las paredes del canal. El material constructivo es considerado por un coeficiente de rugosidad k. Según Manning-Strickler:

v = k . R 2/3 . J 1/2

donde:

R = radio hidráulico

R = F/U = sección transversal / perímetro mojado

k = coeficiente de rugosidad

J = inclinación

El coeficiente k para los diferentes materiales constructivos de canales está indicado en la Tabla 4.1.

El procedimiento de cálculo se lo efectúa iterativamente:

Con estos valores se calculan las dimensiones geométricas del perfil del canal según Tabla 4.2.

2. La velocidad de escorrentía efectivamente existente en el canal se la comprueba mediante la fórmula de Manning-Strickler:

Vexist. = k. R 2/3 . J1/2 con v max según Tab. 4.4

Tabla 4.1 - Coeficientes de rugosidad k en la fórmula de Manning-Strickler


a) Canales en tierra:	k
Canales en tierra firme, liso	60
Canales en tierra arenosa compacta, con poca arcilla o con piedra triturada	50
Canales en tierra arenosa; solera en arena y grava; taludes empedrados	45-50
Canales en tierra en grava fina	45
Canales en tierra en grava media	40
Canales en tierra en grava gruesa	35
Canales en tierra con piedras gruesas en el lecho	25-30
Canales en tierra en arena, limo o grava cubiertos de vegetación	20-25
b) Canales en roca:
Excavación en roca (superficie rugosa)	25-30
Excavación por voladura controlada (superficie rugosa)	20-25
Excavación irregular áspera (voladuras no controladas)	15-20
c) Canales en mampostería:
Canales de ladrillos bien colocados	80
Canales en sillares	70-80
Canales en piedra bien tallada	70
Canales en mampostería regular	70
Canales en piedra tallada	60
Canales en piedra poco tallada	50
Sentado en piedras (paredes), taludes empedrados, solera de arena&grava	45-50
d) Canales en concreto:
Enlucidos con mortero de cemento (liso)	100
Concreto liso, hecho a base de encofrado met;alico	90-100
Enlucido con mortero	90-95
Concreto cuidadosamente elaborado (liso)	90
Encofrado exacto: enlucido limpio; concreto liso con alto contenido de cemento	80-90
Concreto a base de encofrado de madera, sin enlucir	65-70
Concreto compactado con superficie limpia	60-65
Concreto viejo, superficie limpia	60
Canalones de concreto (150-200 kg cemento/m3), según edad	50-60
Revestimiento de concreto grueso	55
Concreto irregular	50
e) Canales en madera:
Canalones lisos, nuevos	95
Planchas cepilladas, bien puestas	90
Planchas no cepilladas	80
Canalones viejos en madera	65-70
f) Canalones metálicos:
Tubos con remaches sentados	90-95
Tubos de hierro fundido, nuevos	90
Tubos remachados, solapados	65-70
g) Otros revestimientos:
Revestimiento asfaltado (con pasada de rodillo)	70-75
h) Cauces naturales de ríos/riachuelos:
Lechos naturales con solera firme, sin irregularidades	40
Lechos naturales con material de acarreo regular	33-35
Lechos naturales, con vegetación	30-35
Lechos naturales con material de acarreo irregular	30
Lechos naturales con mucho material de acarreo	20
Lechos de torrentes con bolones y demás sólidos en estado tranquilo	25-28
Lechos de torrentes con material de acarreo en movimiento	19-22

3. Cuando vexist >> v max' el canal debe ser revestido. Con la velocidad máxima vmax admisible para el tipo de revestimiento se debe averiguar nuevamente las dimensiones del canal y efectuar la prueba correspondiente.

Con los valores conocidos de J, R y k se puede determinar gráficamente la velocidad existente mediante la Fig. 4.1 y el caudal Q a descargarse mediante los valores de v y F.

Tabla 4.2 - Perfiles trapezoidales hidráulicamente favorables

Tabla 4.3 - Taludes naturales según diferentes tipos de suelo


Tipo de suelo	Seco	Humedad natural	Saturado con agua
Arcilla grasosa	1:0.5-1.1	-	1:3 (empapado)
			1:infinito (líquido)
Tierra muy compacta	1:0.75-1:1	1:1.5-1:2	1:3 y más
Suelo de terraplén	1:1.25-1:1.5	1:1	1:2
Suelo pedroso y limoso grava gruesa	1:1-1:1.5	1:1.5	1:2
Arena	1:1.5	1:1.25	1:2
Grava media fina	1:2-1:2.5	-	-
Escombros irregulares	1:1	-	-
Cantos rodados	1:1.75	-	-
Roca sedimentaria	1:0-1:0.5	-	-
Roca dura, ígnea	1:0	-	-

Tabla 4.4 - Abrasión - Límites de velocidad del agua en el canal según diferentes tipos de suelos y de revestimiento


Tipo de suelo	Vm máx. (m/s)
	en agua limpia	con material en suspensión o material de acarreo
Lodo	0.10	0.15
Barro suelto	0.15	0.20
Arena fina (0.02-0.2 mm)	0.30	0.40
Arena media (0.2-0.5 mm)	0.35	0.50
Limo arenoso (natural)	0.40	0.60
Arena gruesa (2-5 mm)	0.45	0.65
Grava muy arenosa	0.60	0.80
Limo compacto (natural)	0.70	1.00
Grava media (5-20 mm)	0.80	1.15
Tierra arcillosa grasoa (natural)	1.00	1.30
Grava gruesa, piedras (20-50 mm)	1.40	1.60
Piedras (50-75 mm)	1.70	1.80
Cantos rodados (75-100 mm)	1.90	2.00
Césped/prado, bien radicado	1.80	1.80
Tipo de revestimiento:
Concreto (materia en suspensión; mucha arena)	-	2.0-2.5
Concreto (agua sin arena)	4.0
Mampostería con piedras sentadas y mortero	5.0

Fig. 4.1 - Abaco referente a la fórmula de Manning-Strickler v= k.R 2/3. J 1/2

Ejemplo de cálculo: Dimensionamiento de canales

Se diseña el perfil trapezoidal mas favorable para un caudal de Q = 8.50 m3/s. Los taludes así la solera del canal están constituidos de grava media (la inclinación admisible de los taludes 1:2 y la velocidad de descarga vm