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• Rossemary Enciso Castro

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~

DISENO Y CONSTRUCCION D ANAI4ES

-

B 1 B L 1 O T E C A SECCION DE POfT-GFADO UN I -FIC

VERSIDAD NACIONAL DE I ,

LIMA - PERU -1992

FRANCISCO CORONADO, es profesor de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería de Lima, Perú. Se gradu~e Ingeniero Civil en la misma Universidad, posteriormente optó el tftul~e Ingeniero Agrícola en la Universidad Nacional Agraria La MOlina, prosiguió estudios en el Politécnico de Milán, Italia y obtuvo los grados de M~er en Ciencias y Civil Engineer en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Ha sido catedrático de la Universidad Nacional Agraria La Molina; participó en investigaciones en modelo hidráulico de la Bocatoma La Puntilla, Chavimochic, aliviadero Jaruma-Huallatire y en varios estudios de sedimentación. Ingeniero Hidráulico del Proyecto Chira-Piura, Asesor del SAFCAP, Asesor del Ministro de Agricultura, Sub-Director Ejecutivo del Proyecto Olmos, Director Ejecutivo de la Línea Global, Director General Ejecutivo del Programa Nacional de Pequeñas y Medianas Irrigaciones y Director Superior del Ministerio de Agricultura. Ejerce la Gerencia de la Consultora AGUA Y AGRO ASESORES ASOCIADOS S.A., con la cual desarrollara numerosos proyectos hidráulicos como el Estudio de Factibilidad de la Irrigación de las Pampas de la Clemesí, la Parcelación de la Irrigación Magunchal, San Martín de Pangoa, Maco-Tapo, proyectos de defensas de la ciudad de Iquitos, Piura, Tumbes, Lima, Arequipa y otros, incluyendo el Estudio de Hidráulica Fluvial de Defensas del Oleoducto Nor-Peruano. Es autor de numerosas publicaciones técnicas como El Desarenador, Ensayo de Revestimiento en Canales, Diseño de Bocatomas en Régimen Supercrftico y otros.

,....

DISENO Y CONSTRUCCION DE CANAI,ES FRANCISCO CORONADO DEL AGUILA

"

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA LIMA - PERU ,....1992

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';;'C;O~AL DE INGENIERiA

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02

4.0

3.3.5 El coeficiente n de Manning 3.3.6 Canales con rugosidad compuesta

62 69

3.4.0

la velocidad de flujo

70

3.4.1

La velocidad límite de sedimentación y de erosión

71

EL DISEÑO DE UN CANAL

75

4.1

76

El tirante de agua 4.1.1

Criterios para la selecci6n del tirante i.

ii. iii.

iv.

5.0

Secci6n de máxima eficiencia hidráulica Sección de mínima infiltración

76 78

Canales en tierra y topograffa plana Valores estadfsticos

80 80

4.2 El tirante de agua y el arrastre de aire 4.3 Efecto de sobreelevación en curvas 4.4 Borde libre 4.5 La curva de descargas y la secciones no trapeZOidales

89 90

EL REVESWllENTO DE CANALES

97

5.1

Factores que afectan los revestimientos

98

5.1.1 Factores naturales 5.1.2 Factores condicionantes

98 99

5.2 Tipos de revestimiento 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6

6.0

76

83 84

100

En base al cemento

100

En base al asfalto De mampostería de piedra De arcilla Con mantas plásticas De planchas de acero y otros revestimientos

102

103 104 104

104

5.3 Pérdidas de agua en canales 5.4 El espesor de los revestimientos 5.5 Juntas

105 114

CONSTRUCCION DE CANALES ABIERTOS

118

6.1 Replanteo y control del trazo 6.2 Desbroce y limpieza 6.3 Excavaciones 6.4 Rellenos

119

116

119

120 121

03 6 . 5 Construcción

d~l

revestimiento

6 . 5.1 Revestimientos con concreto 6. 5.2 Revestimientos con asfalto

7.0

122 122 124

6.6 Muestra fotográfica del procedimiento de construcción y de algunos canales construidos en el Perú

126

CONSTRUCCION DE CANALES Etl TUtlEl

140

7.1 Introducción 7.2 Preparación del área de servicio 7.3 Instalaciones provisionales

140

7.3 . 1 Sistema de alumbrado y suministro de energia eUictrica 7.3.2 ,EqUipos de ventilación 7. 3.3 Planta de aire comprimido 7.3 . 4 Suministro de agua 7.3.5 Sistema de drenaje 7 .4 Excavaciones preliminares (Portales ) 7. S Excavaciones subterráneas 1.5.1 Replanteo y lfneas de excavaci6n 7.5.2 Clasificación del terreno 7. 5.3 Perforaciones y voladuras

7. 6 Soportes provisionales 7.7 Revestimiento 7.7.1 7.7 . 2 7. 7.3

7. 7.4 7.7. S

Espesor del revestimiento Diseño y construcción del "encofrado Habilitación y colocaci6n de refuerzos Preparaci6n y vaceado del concreto Perf orac iones e i nyece iones

142 142 142 142 144 144 ' 145 145 147 . 147 149 . \49 158 159 159 160 160 161 161

8.0

ASPECTOS ECONOMICOS

163

9. 0

CUADROS ESTADISTlCOS S08RE CAllAlES CONSTRUIDOS E~ El. PERU

169

10.0

EJEMPl.OS DE CAl.CULO

184

1l.0

BI8LlOGRAflA

219

IN'1'RODUCCION

La Ingenierfa Hidráulica en el Perú es rruy rica' en obras que nuestran el ingenio)' téO'llca de nuestros antepasacbs, sobre tooo en aque llas que

todavla pueden funcionar o funcionan como el Canal Cumbiblra en

Cajamar ~~ 1

el Canal Ta}ml en Larbareque y los nunerosos pequeños canales en nuestra

Sierra. Los ú ltirros treinta años han sido un períocb pródigo en el diseño construcccl6n de canales,

con

sobre tooo en los proyectos

)!

la

la partlcipac16n de té011cos extranjeros

9rande~

a:rno Chira-Plura, Olrros,. Tinajones,

M3jes, y oon la participaci6n de técnicos nacionales sobre todo en los pequeños y rrcdianos pro)'ec tos.

Sin 9't'bargo, con tooo el esfuerzo e Inversl6n QUe significó, rruy poco O nada se ha obtentó:> en wanto al oonoclmlento de Infamación básica, COTO puede ser la medl c16n de las pérdidas de agua, de los valores de los

coeficientes re resIstencia al

flujo y de

las

caracter(stlcas ce

revestimientos, ninguna otra sobre las c:aracterIstlcas

~'

los

mecanlsnos del

flujo en canales, ni sobre los procedimientos de construcción que hagan més econámicas estas obras.

Las buenas publicacIones técnicas que se encuentran disponibles en el pats cerno por ejEfT1Jlo, los libros de Ven r. Chow, de F.M. Henderson y los manuales

de

King

esencialmente a nacionales

)'a

la lo

y

Oavis,

escritos

Hidráulica habr~n

de

los

verl ficado

en

idioma

canales no

inglés,

y coro

contien en

infonmeci6n que resulta necesaria para completar el

los

se

refieren

dlsei'laoores

separadímente

dise~o

la

de estas obras.

El libro que se presenta, se propone cubrir los aspectos teóricos y prá c ticos principales p:;!ra el

diseño y la

construcc ión de los canales

buscando ofrecer en un texto la infonmeción básica sobre las dimensiones de nunerosqs canales diseñacbs y construIdos en el pais y los di ferentes

elanentos que consti tuyen la secci6n del canal, COTO el talud, velocidades

05

11ml tes, tira:1tes, oordes llbres, etc., )' una discusión especIal sobre el

coeficie,te de resistencia al flujo en canales revestidos} sin revestir. Una

parte

lrrportante de

la PJblicacl6n

rorresponde al

trataoo de

los

revestimIentos )' sobre la ronstruccl6n en sección ab i erta y cerrada en

túneles. primer capItulo,

El acci6n

de

la

define

gravedad,

el

los canales, esfuerzo

de

el

flujo en ellos caro la

corte,

la

distribución

de

veloc1cedes en un flujo bidimensional )' tridimensional, la continuidad, el

princIpio de energla, la energIa especIfica y la condición crItica. El

capItulo

régimen

segundo,

lnclu)"e

uniforme )' penranente,

los

llneél'llientos

la definición

de

sobre el

diseño en

los elanentos

de

la

seccibn }' las condiciones hidráulicas y no hidráulicas a consIderar para

el diseño. El tercer )' cuarto capItulo contienen los aspectos del diseño misro, pendi ente, los

talud, una arplla presentaci On sobre la rugosidad del canal,

crl terlos para

la selección del

efectos de las curvas

~'

tirante,

el arrastre

~

aIre,

los

la detennlnación del borde libre.

El quinto capItulo trata del revestimIento de los canales en tanto que el sexto y

de

canales

s~tlrro

cap(tulos presentan los procediml.entos re construcci6n

abiertos

y

construIdos en el Perú

en ~'

túnel

y una rruestra

fotográfica

de

canales

de la seOJencla de tareas para la construccIón de

cana 1es pequeños.

El

c.ap[ tulo

revestimiento,

en

ocho tanto

justl flcaclón

incluye

una

que

capItulo

el

nueve

econétnica

lnclure

del

Infor1T'la;ción

estadI st i ca por rangos de desC8rg-as de las caracterlstl cas y dimensIones de ciento cuarentiseis secciones transversales de canales diseñañÓJs y construidos en el pafs.

El cap! tulo décirro presenta ejarplos que, sin pretenclones de cubrir tooos

los

aspec~os

algunos de ellos.

presentaoos en el

lIbro,

ilustran

la apllcac16n de

06 El autor desea expresar su reconocimiento a toOO5 aquellas persrnas q ue

contrlbu)'eron

particular

al

oon

1n9.

infon-raci6n

EdJardo

y

Coronad:)

fotograf[as del

para

Aguila

por

el

libro

la

y

en

lnfonreclén

recopllace al preparar su tesis de gradJ sobre el m19'T1O tare del dlsef"lo de

canales, al In9. Joel Gutierrez Zelvaggio Quien colaboró en la preparación y

revisión del

capitulo de construcción de canales en tÚlel

Alberto Orcbñez

JX)r

la

revisión

exhaustiva

de

los aspectos

y al

Dr.

te6rlcos

expuestos.

Del mismo modo expresa su agradecimiento a las señoritas Rosa ~ribel

Gu~n

y

Llceras por el ruidacbso mecanografiad:> de textos y f6rrrulas.

Finalrl"Ef'lte> debe señalarse Que el contenlcb del libro es de exclusIva responsabll fdad

Investigación Nacional

de

del

de

la

autor

y

Ingenleda jX)r el

publ(caclón.

El.. >'IJTOR

Llrm, julio de 1991

el

Facultad de

reconocimlen to

al

Ingenler[a Civil

de

apoyo al

flnanclaTllento

Instl tuto

de

la unIversidad de

la presente

1

1.0

FUNDAMENTOS TEORICOS

r 08

Se conoce como canal a aquel conducto en el cual el liqUldo descarga bajo el efecto de la gravedad Iilanteniendo su superficie superior 1 i

bre, es decir, en contacto con la atmósfera. El hecho de que la gravedad rija el flujo en los canales, permite S! número de Forude. F = VI v""""9T. que es la relación entre

I

ñalar al

las fuerzas de ;nercld y las (uerzas de gravedad, o 10 que es lo mis mo la relacion entre la veloCldaa de flujo y la yelocidad de trasl! clón de las perturOaClones en el t"luido, como el parámetro cuyo v,! lar y conocir:llentO de sus variaciones peroite Sd.c ar conc"lusiones y fomular pronósticos sobre las caracterfsticas del nujo. Según este número de Fra ude sea menor, 19ua1, o mayor a uno, se dife-

ren c ian l os flu jos denoli11nados subcríticos . critlcos y supercrftlcos. cada uno con comportamiento diferente en los cambios de dimensiones, pendientes y dlre cc iones. De ellos, sólo los subcriticos pueden presentarse bajo un régimen.l!,' mInar y turoulento. m1entras que los ~tros flujos detin1tivamente se pre se ñtan con régimen turbulento .

I I

La accI ón de la gravedao y el hecho de qu e el fluído este en conta,E. to con la parte inferior y las paredes laterales del canal, conduce a conSIderar un erecto de resistencia al flujO, que en primera in! tancia se puede considerar como un esfuerzo de corte, que aparece en la ecuación de movimiento para un flujo permanente, irIotacional y unidireccional, como:

~\

¡.

-~ ()y

-

() y2 6' --.,(h + - -) d jo 2g

(1.1.1)

en la cual. y es la altura del flujo, () es el peso especIfico del fluido. h es la carga piezométrica igual a lpl -( + y) y V es la velocidad del flujO. Para un tramo recto largo sin por lo laterales. considerar el efecto de las paredes

09

que la lí nea de energia Se , la gradiente de flujo, S y la pendiente de fondo So , son sens ibl emen te paralela s. la ecuaci6n (1.1 . 1) se re~ duce a :

(1.1.2) que resolviendo con la condición de que a

~~

y = Yo' "("" = O,

Y con

= -S, se obtiene la expresión del esfuerzo cortante a una eleva

ción .y, cualquiera, en un flujo como el que se muestra en la Fig . 1.1 (1.1.3)

T=JfS(yo-Y)

En el fondo del canal en donde y = O. el esfuerzo de corte resulta: (1.1.4) En forma adimensional la ecuación....(1.1.3) se expresa,válido para flu

jo laminar y turbulento,como (1-

..L) Yo

(1.1.5)

y

J.

-v

Fig. 1.1 Esquema de notación para encontrar la expresión del esfuerzo de corte en el fondo de un canal.

10

1.2

Vel ocida1es en flujo bidi mensional 1. 2. 1 Capa límite

Sobre una superficie sólida inmersa en un fluido infinito en ~ vimiento, el efecto de resistencia al flujo se manifiesta sobre una capa de espesor limitado conocida como capa límite. Si~ además. la viscosi da d del fluido es pequeña. como por ejemplo· en el caso del aire o del agua. esta capa es delgada y la diferencia de presiones a través de ella es insignificante. En este caso la distribución de presiones es la misma sobre la superficie sólida y afuera de la capa límite y el fluido se com porta en esta última como si no tuviera viscosidad. La Fig. 1.2 muestra su fonna y características.

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Capa Lími te

Superfi c ie Plana-' ---

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Fig. 1. 2 - Formación de la capa limite sobre una super ficie sólida plana en un fluido infinito.

En el caso de un canal, su origen es siempre en el comienzo de un tramo que muestre caracterfsticas determinadas como 10 es pa ra el caso de la. salida por, rebose de un reservorio, er. 1~ descarga de una captación, y.en un cambio de condiciones de flujo,conforme se muestra en la Fig. 1.3.

-

\1 ~ cf; ~

v

'"'~

~~ ~

11

Superficie de'la Capa Limite r .'!?_- ---

Superficie de la Capa limjte.

///1. :=777

/-

(a) Salida de un Reservarlo

(b) Descarga de una Captación. Superficie de la Capa Limite.

-,.-

?

(e) Cambio de Regimen de Flujo Fig. 1.3- Formaci6n de la capa limite en un canal.

Debido a que la capa limite se fanna por efecto de una resistencia', en

ella se están transmitiendo esfuerzos de corte, sus características están entonces relacionadas con el número de Reynolds R = ~ • def! nido en relación a una distancia x a lo la rgo de la superficie en fluido de viscosidad cinemática la distanc ia

x

Y.

un.

De este modo, se puede determinar

a la cual la capa límite llega a ser igual al tirante.

en cuyo caso se habla de capa límite totalmente desarrollada, con 1asf6rmulas siguientes: Para flujo laminar (1.2.1.1)

Para flujo turbulento

Con R (. .-J(

-2 .

v)

'-'\ --zg

20

jades· Si n embargo. para fines prácticos de l diseño de un canal con una foma

Je con

geométrica única. como en el caso trapezoidal, rectangular, etc, no se tiene en consideración puesto qu e rara ve z supera a 1.15, que no a9r~

.se por -

9a precisión a l os cálculos realizados en el diseño, en razón que los otros fa c t ores varían en ese rango (i .e. n)

En los cur sos naturales en río cuya sección transversal ofrece un cauce medio y áreas de inundación, como ya se visualiza en - , la figura 1. 9 y claramente se aprecia en la figura 1.10, las veloc;dades en las áreas de inundación serán menores que en el cauce principal debido esencialmente a la mayor resistencia al flujo por los me no res tirantes y las mayores rugosidades . • 1.

les a

.

Fig . 1. 10 - Sección tran sv ersal de un canal natural. En este caso, la corrección o( qu e puede 2 se calcula en la forma siguiente:

en-

ades 1. 4.

jes

Ji a

'e-

la

Continuidad Consider

100

Concreto simple

Concreto reforzado

I

Mientra que la Organización Mundial para la alimentaci6n, FAO. r~comie~ da referencial mente los valores que se muestran en la figura 5.2, que muestran csrrespondencia con aquellos del ICIO:

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4000

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CANAL

Fig. 5.2.- Espesor del r~'Ieslimiento basado en la copacidad del canal. (Tomada del "Irrigotion Conol Uning, FAO J.

(.,..110 ... ) I.,I/u ,-'

118

5.5. Juntas

En los revestimientos de concreto se utilizan cuatro clases de juntas; de construcci6n, de contracci6n transversales. de contracción longit~ dinales y de dilatación. las juntas de construcción corresponden a la separación entre los blQ ques cuyo vaceado se interrumpe por razones de avances o de programación de obras; usualmente coinciden con las juntas de contracción sean laterales o longitudinales. las juntas de contracción transversales se dejan para contrarrestar o fijar el agrietamiento; en el caso del concreto simple, el Bureau de Reclamación de los Estados Unidos recomienda una separación entre ju~ tas de 3m para espesores de 5 cm a 6.5 cm y entre 3.5 m a 4.5 m para espesores de

7.5 cm a 10.0 cm, aunque pueden dejar a espaciarse hasta

los S.Om. de modo que la separaci6n media resulta aproximadamente igual a 50 veces el espesor del revestimiento. En concreto armado, la separaci6n entre juntas no debe exceder los 6.Om para evitar la fonnaci6n de gri.etas grandes. Las juntas longitudinales se construyen cuando el perl"metro del

reve~

timiento es de más de 9.Om, comenzando con una inferior a O.3Om de el fondo sobre el talud y en la base misma si tiene más de 3.0 . . Su esp2, ciamiento varia entre los 2.5m a 4.5m. Estas juntas de contracción suelen ser del tipo plano debilitado

que

se forma abriendo una ranura en el tercio superior del revestimiento y rellenandolo con un mástique apropiado. las juntas de dilatación se construye entre los 20.Om y los 30.Om au~ que de ordinarios no se les requiere porque además significa aumentar ': el número de aberturas y el riesgo de pérdida de agua. La figura 5.3 presenta siete tipos de juntas entre las cuales el US [3ureau de Reclamación recomienda la

a, aunque entre las mas comunes

se encuentran las by c; producen buena impermeabilidad las d y e, la f es aplicable a revestimiento delgados y la, g, para la colocación a man.o; la nonna ASAE 5289 C.oncrete slipf.onn canal and ditch 1inings. normaliza la f.

119

Brea

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(e) Bre;

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WS. tira de caucho ó plástico (b) (f)

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Mortero

--'-'~-'~_::,':~'..Ir!>' ~~I,--:;:;':; ~,

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!capa üituminosa (9)

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capa ' bi tuminosa

(h)

Con encofrado desl lzante

,

0.95. 2.22 cm

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"('o

. (1. ..... 6 :férri.:' . 0;635. O "::

¡'

z.ro' 1 112

1 3/4 2 2 1/2

Se recomienda que la unión entre el fondo y el talud se rerl;ndee con un radio de curvatura de por lo menos la mitad del ancho del fondo del canal en el caso de canales pequeños y de prefe rencia que sea igualo superior de O.45m, e igualmente se redo~ dee la pa rte superi.o r ex tendi endose por lo menos 0.150).

128

6.6

Muestra fotográfica del procedimiento de algunos canal es construidos en el Perú

construcci~n

y de

los

Una muestra de canales de pequeña capae i dad I ha s ta ISO lt/s, revestidos con cone-reto de cemento y de asfal to, con mortero

•

de cemento y suelo cemento. con una membrana enterrada y en tierra construidos para la Hacienda Azucarera Tumán en 1964, se presentan en las fotograffas 6.1 al 6.6. Otros ejemplos para canales grandes hasta los 70 m3¡s se i.!!.

•

cluyen en mamposter íu de piedra del proyecto Tinajones, fotQ ..""Od-U9/~~

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\~ :3~~.del

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proyecto Chi .r a-Piura, en

las

hasta

de

fotografías 6.8

rft

6"iros canales intermedios. uno revestido en concreto de c! ., "~ento en la costa del Perú y otro en tierra con plantillas·

":!".'''\\~,,\'+~r(

graffa 6.7 y otros cafiales en ·concreto de cemento

"li\)

de concreto se incluyen en las fotografias 6.11 al 6.12. A manera de ilustración en las fot ografías 6.13 al 6.23~ se presenta la secuencia de la construcción de los canales de riego pequeños hasta los 150 ltls referidos anteriormente desde la formación de la plataforma, la excavación de la caja del cana l, el peinado de los taludes, la colocación del revestimiento y el curado en el caso de aquellos construidos en base al concreto de cemento y las tareas especfficas de la confonnación de la forma redondeada del empalme de la base con el ta lud y de éste con el sardinel o ala en el caso de los revestimientos en base al asfalto. la construcción de canales grandes, puede hacerse a mano, cQ menza ndo con la excavación mas iva para la plataforma del canal, luego la caja misma, el refine de l talud y el resvestimiento mismo por tramos alternados como se observa en las fQ tograflas 6.24 al 6.27; el trabajo mecanizado para el refine y el revestimiento asf como un tramo prefabricado se mues tran en las fotografías 6.28 al 6.31.

l

129

Fot ografia N2 6.1 Conc r eto de Cemento de 1"

lambayeque - Perú .

•

Fotograf ia N2 6.2 Cana 1 t i e r ra

Lambayeque - Perú.

Fotografia N2 6.3

Concreto asfál t ieo de 2"

Lambayeque - Perú .

•

130

Fotografia N2 6.4 Suelo estabilizado con 7% en volumen de cemento 3cm

de espesor.

Fotografia N2 6.5

•

Mortero de cemento y arena

1.5cm de espesor,

usado

con regador

Fotografla N2: 6.6

Revestimiento de membrana asfáltica enterrada.

131

Fotografía W~ 6.7 Canal Taymi (Pátapo). Mamposteria de piedra, Lambayeque - Perú .

Gasto 7Om3/s.

• Fotogra fía N' 6 .8 Irrigación San Lorenzo Cana l revestido en concreto. r.;¡.~~

.'l,U\ '3

"-

~~

Para con;eguir la economliJ de la obra y cOllribuir a la c.ed!.Jcció.fil :JU

\11"' .....

del tiempo de construcción del revestimiento es importante un buen diseñ!) y constru cc ión del encofrado.

qlJe en la generalid ad d~

casos son metálicos del tipo telescópico y c on

aditanl~nto s

l es que pennltan su desplazamiento y mayor rúme ro 7.7.3

.j(!

l os

es pecia-

uso s .

Habil ilación y colJcaci ón de refuerzos: En r oc as efe mala cali dad , zona s de fallas ¡)r h~ r 'o s

y últi mos 50

ni

COfia

en l os po rtalesy l os

de los túneles, aii como en aquellos a prC'

si Óll ; (Ir los esfuerzos prEV i si b1es, s e ul: i 1 izan ba rras de ref'lerzo '. t.ransver sales y

lo tl~ itud in ales

dl?ntro del r e vestimiento.

la habilitación y colocación de dichos refuerzos requiere los misrr.o;

~'rocedimi e ntos d,~

una obra al

a;r~

1 ibre.

c,..I. -

¡ IH+++I IIII

I ~~ )( )(

~\:~'~ ""'_H_V ' ¿dEn1111I

C.- Vaciado Muros y Bóvsda.

Fig. 7.11.-Secuencia d! rertslimienfo en

túneles.

:1

8.0 '

UNA JUSTlFICACIQN ECONOMICA DEL REVESTlfl!ENTO

166

B.O

Una Justificac_i ón Económica de l Revestimiento

Las investigaciones realizadas en la hacienda Tumán, Chiclayo. Perú por Humberto Lam Pastor (1964) sobre las "Pérdidas de Agua en Cana l es" ,de riego mostraron valores que variaron entre los 12.5 y 48.4

1 i tras de agua por metro cuadrado de canal mojado y por hora como

se muestra en el cuadro 8.1. En ese mismo año, Francisco Coronado (1964) en su "Ensayo de Reve.! ti miento en Canal es u estudió ocho revestimientos para la impenneabi lización de canales de riego con capacidades hasta de 116 lt/s,

bus

cando reducir las pérdidas de agua en la forma mas económica pOSt ble y asegurar la resistencia a las acciones mas comunes en 'una ha cienda como son el paso de vehículos y animales . encontrando los r! sultados que se mue stran en el c~adro 8.2. En.el cuadro 8.3 se aprec~a la gran reducción de las pérdidas con los revestimientos. El valor económico de estos revestimientos resultará de la ap1ic! ción del costo del metro cúbico de agua para la actividad económica que sirve. sea de riego. energía eléctrica, etc. La inversión justificable en un revestimiento puede encontrarse igualando 'los costos de mantenimiento de los cana les sin revestir más los valores de las pérdidas de agua en ese caso, con los costos del revestimiento más los valores de sus pérdidas de agua. recurriendo a la fónnu la

d + 30 x 24 x n x P x e

= _ __i_. ___ e + (l+i)N - 1

e

d + 30 x 24 z n x P x e i -.i--+ 1+

(1+i)N_ 1

m

IC + m C.

(8.1 )

167

en donde :

d. es el costo anual de limpieza de los canales no revestidos. p.

la diferencia de las pérdidas en el canal revestido y sin revestil' 2 - hora.

en 1 t/m

n,

el número de meses en un año de funcionamiento del canal.

e,

el costo de l agua por metro cúbico.

e,

el costo 'del revestimiento por metro cuadrado .

m,

el coeficiente para el costo an ual de manten imiento de l canal reves tido .

N,

la duración del revestimiento en años.

i.

e l interés del fondo de amo rtización por depreciación.

l. ie

el interés sobre el cap; tal. • la depreciación anual.

(l+i)N - 1

Los resultados de las investigaciones de F. Coronado (1964 ) señ~' aban la justificac ión de la inversión para una mezcla de suelo cemento con 7% de cemento en volumen y 3.0 cm de espes0r revistiendo canales abiertos en suelos arenosos franco con una operación hasta de dos meses al año con una vi da prevista de 10 años para Un f'ilo rtero de cemen to - arena con mez cla 1.5 en volumen y 1.5 de espesor revistiendo canales en suelos francos con una operación. de tres meses al año y ese mismo reVEstimiento en suelos franco 1i ~osos operando durante cuatro meses al año con ese mismo periOdO de vida de 10 años.

CUA DRO N° 8.1 PERDIDAS DE AGUA EN LOS CANALES SIN REVESTIR (1)

Sección

•

1301 1307 1308 1509 1908 2302 2303 2304 2202 2404

Pérdidas

(b)

d

P

cm/hr

(m)

(m)

(m)

6.20 2.06 5.14 1. 94 4.17 3.44 1.60 1.60 4.26 3.95

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0. 25 0. 35 0 . 35 0.70 0.72

0.12 0.23 1 0.142 0.134 0.133 0.103 0.287 0.246 0.380 0.400

long i tud

por cm 2 (cm)

0.55

182.0 110.5

0.642 0.6 20 0.610 0.470 1.1 60 1.040 1.4 60

155.2

•0.904

1. 520

161. O 164. 0 213.0 86.1 96.1 63.4 65.8

(1) En estas pérdidas están incluidos tanto los

Area Perd. Vol. Perdido (cm 2 ) lt/m 2/Hr

265.4 142.4 248.2. 96.6 197.8 145 . 2 145.3 132 . 2 298.0 284.0

valor~s

48.4 15. 8 38.5 15.6 32.4 31.0 12.5 12.7 20.4 18.7

Q

l/s

16 67 24 21 17 11 116 97 11 22

Perdida/Km %Q

Textura

46.1 5.9 28.7 12.8 32.2 78.0 34.7 37.9 75.0 34.8

Arenoso franco Franco 1 imoso Franco arenoso Franco 1 imoso Franco

Fra.nco areno-arcilloso Franco 1 imoso Franco 1 imoso

Franco Franco

de infiltración como los de evaporación. Lam - Pastor (1964)

CUADRO N" 8.2 PERDIDAS DE AGUA EN LOS CANALES REVESTIDOS (I)

Sección

1301 1307 1308 1509 1908 2302 2303 2304

Pérdidas

b

d

P

cm/hr

(m)

(m)

(m)

0.18 0.15 02.8 0.19 0.50 0.40 0.55 0.30

D.v.;

0.120 0.231 0.142 0.134 0. 133 0.103 0.287 0 . 246

0.550 0 . 904 0.642 0.520 0.610 0.470 1.160 1.040

0.25 0.25 0.25 0 . 25 0.25 0.35 0.35

Longitud por m2

182.0 110.5 155.2

161.0 164.0 213 . 0· 86.1 96.1

Arp.3 Perd. Vol. Perdido (cm2) 1 / m2 /Ho ra

8.79 10.66 14.98 9.81 25.40 18.08 50.52 25.17

1.60 1.18 2.32 1. 59 4.16 3.85 4.35 2. 42

Q

Pérdidas/Km

l/s

%Q

16 67 24 21 17

1.5 0.5 1.8 1.3 4.2 4.6 1.3 0.8

11

116 91

Revestimiento espesor

(cm) Sue lo cernen to

e

~

3

e ~ 1. 5· mortero cemento e ~ 5 suelo cemento suelo cemento e : 4 cm Membra na asfál tica enterrada Manta plástica enterrada Mortero asfáltico e = 1 cm e = 2 cm Mortero cemento

~

(1) En estas perdidas. están incluidos tanto los valores de infiltración como de evaporación.

Francisco Coronado (1964).

170

CUADRO -- -N°-B.3 E~IA

DE AGUA CON REVESTIMIENTO, SEGUN LA TEXTURA

DEL SUELO SOBRE LOS QUE SE crnNSTRUTE F. CORONADO (1964)

Pérd . lt/m 2 - hr Sin revestir Revestido

Revestimiento

Textura del suelo

Suelo cemento 3.0 cm de espesor Mortero de cemento arena 1. 5 cm de espesor

Areno so franco Franco arenoso Franco areno arc i lloso Franco 1imoso

Franco Arenoso franco Franco arenoso

48 . 4 38..5 31 .. 7 14.2 19.6 4B.4 38.5

1.6 1.2

•

•

•

•

9.0

CUAOROS ESTAOISTICOS SOBRE CANALES CONSTRUlOOS EN EL PERU

CUADRO 4.4 E~~~5_~G : :X!?..Q! "p.('.~. I!.!

¡ -·.P ROVE

i_I... ~l!.~_.:.2!~cr.lo::

fP:¡\PEZOII)fIl - P:;~:,i

e:o----r ~,~:-·-[=~;)~;:;=s .-il .A_c-I!B

L

1

b

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L

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1ST I CA S

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n

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__

V

-s¡

~._~~S1L_ (rr./Iil)_:

;,SlLlO (Puno)

1975

Q.30

'.1.50

O.

I~

0. 075

0.035

0.3ó

0.%37

0.31

O.OOi

TUMBES (Tumb¿S)

1%3

0.50

o. cO

0.18

0.150

0.025

0.'1

0.306

0.33

0.1)055

ASILLa (Puno)

i 97':)

0.30

!J ..~ 5

0.15

0. i50

0.030

G. jU

0.22':.

O.G'

O.OOé

ASILLa (Puno)

19i5

O. S'J

0. 50

1.5

0.1 0

0.100

0.030

O...10

U.360

C." I

O.CiOIZ

IIt..:AfITA (,",yacucho)

197I

0.60

·J.70

l/a

0.24

0.300

0.017

¡;. '16

O. l2a

C

v (mis)

mis

A escala 1: 40

0.39 mis, Rm

10

V foruJo

mis

= 9,750

En ambos casos se estaría en una representación turbulenta, aunque en el segundo se estada en el 11m; te a la transición al régimen laminar y por lo tanto podrían variar las condiciones de representatividad .

• -

-

195

7.~ Un chorro de agua a 20°C. descarga e~ un flujo en dos dimensiones sobre un canal de vidrio con una pendiente tal que la velocidad superficial de agua permanece constante. Si la , velocidad de ingreso al canal (pO) es de 1.50 mIs y el tira,!!

a)

te de agua 6 cm, se pide estimar la distancia (x=L) hasta la sef. ción en la cual las fluctuaciones turbulentas se mostrarán en la s,!!. perfic;e del agua. sin considerar el desarrollo de la capa límite dentro de la campana.

b)

Represente la distribución vertical de velocidades en las secciones x

el

"~,x=L

y

x=4L

Considera usted que el tirante de agua cambiaría en el tramo O a L y si es así, diga si aumentaría o disminurfa.

777/// 7 7 / / 7 / / / 7 / / /

a)

Usando 1a ecuación (1.2.1.2)

(l con

=

0.38 x . = O 38 x 4 / 5 1/5 . Rx

x = L~

\'

b)

,-

e

6 cm~ U

5/4

L

( O: 38 )

L

3.48 m

(

-U

}J

( JJ/ U ) 1/5

= 150

cm/s,

2 0.01 em /s

1/4

)

•

Il g ,

)

U

x= O

x =

.h. 2

debe aumentar ~ e) Por continuidad el ti rante

~7 x = l, 4 L

196

8.- Para el caso de un control de descargas mediante compuertas deslizantes en un canal, pruebe que si el flujo aguas arriba es subcrftico, el flujo aguas abajo de la compuerta es supercrftico y no subcrftico.

V2 I

_

YI + 29-

V2 2 Y2 + 29

V 2 I

( I + ----zsy l I

Como F 2

I