INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE CANALES ING. EDUARDO ZAMUDIO FACULTAD TECNOLÓGICA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
Las fórmulas de flujo uniforme, las cuales son usadas para canales estables, dan condiciones insuficientes para el diseño de canales erodables. Lo anterior se debe a que la estabilidad de estos últimos es una función compleja tanto del flujo hidráulico como de los materiales que forman el cuerpo del canal. Dos métodos para el diseño de canales erodables son presentados: El método de la velocidad permisible y el método de la fuerza tractiva, cualquiera de ellos solamente da una guía y no remplaza la experiencia y buen criterio del ingeniero. METODO DE LA MAXIMA VELOCIDAD PERMISIBLE En este método, la máxima velocidad permisible, o velocidad no erodable, es la mayor velocidad media que no causa erosión al cuerpo del canal. Esta velocidad es muy incierta y variable y puede únicamente estimarse por la experiencia y buen criterio. En 1925, Fortier y Escoby, publicaron a bien conocida tabla de velocidades permisibles en canales, la cual es presentada en la tabla 4.4. La tabla también muestra los valores de n de Manning para varios materiales y los valores de la fuerza tractiva permisible. El procedimiento de diseño para un canal que se asume trapezoidal consiste de los siguientes pasos:
y la
Para un material dado, estime el coeficiente de rugosidad de Manning, el talud velocidad máxima permisible. Calcule el radio hidráulico por la fórmula de Manning. Calcule el área de la sección transversal como A = Q / V. Calcule el perímetro mojado, p = A / R.
Utilizando las expresiones para A y p, resuelva simultáneamente para el ancho del fondo del canal, b, y profundidad de flujo, y. Adicione un borde libre, y modifique la sección para que sea practica. EJEMPLO DE DISEÑO Diseñar un canal de sección trapezoidal que tiene una pendiente del fondo de 0.0016 y transporta un caudal de 10 m3/s. El canal es excavado en grava cuarzosa y guijarros.
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Solución:
Para las condiciones dadas se estimó: n =0.025; talud z = 2; Vmp = 1.2 m / s.
Utilizando Manning se resuelve para R, V = 1/n R2/3 S1/2
1.2 = 1/0.025 x R2/3 x 0.00161/2 de donde R = 0.65 m
También, A = Q / V = 10 / 1.2 = 8.33 m2 p = A / R = 8.33 / 0.65 = 12.82 m, ahora, A = y (b + z y) = y(b +2 y) =8.33 p = b + 2 y (1 + z2)1/2 = b + 2 x √5 x y =12.42 Resolviendo las dos ecuaciones simultáneamente se obtiene y = 076 m, y b =9.42 m. Tomando por consideraciones practicas un valor de y =0.75 m y adicionando un borde libre de 0.25 m, la profundidad total del canal será de 1.0 m. Tabla 4.4. Máxima velocidad permisible recomendada por Fortier y Escoby, correspondiente a valores de fuerza tractiva unitaria (Canales rectos y nuevos) Agua limpia Material Arenas finas, no coloidales Franco arenosos, no coloidal Tierra firme común Arcilla dura, muy coloidal Grava fina Tierra negra graduada a piedritas cuando no es coloidal Limos graduados a piedritas cuando no es coloidal Grava gruesa no coloidal Piedras y ripio
N 0.020 0.020 0.020 0.025 0.020
V (m / s τo (N/m2) ) 0.457 1.29 0.533 1.77 0.762 3.59 1.140 12.4 0.762 3.59
Agua con limos coloidales V (m/s )
τo (N /m2)
0.762 0.762 1.070 1.52 1.52
3.59 3.59 7.18 22.0 15.3
0.030
1.140
18.2
1.52
31.6
0.030
1.220
20.6
1.68
38.3
0.025 0.035
1.220 1.520
14.4 43.6
1.83 1.68
32.1 52.7
