Canales Abiertos

DISEÑO DE CANALES NO EROSIONABLES PARA FLUJO UNIFORME

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Básicamente los canales abiertos se pueden clasificar en dos tipos según su origen, es decir naturales y artificiales. Los canales artificiales a su vez se pueden clasificar en no erosionables (canales revestidos) y erosionables (canales de tierra). Además, dependiendo de la topografía, del tipo de suelo y de las velocidades de flujo, los canales pueden ser excavados o revestidos. En realidad el flujo que circula por un canal abierto es casi siempre flujo No uniforme y No permanente, sin embargo solucionar las ecuaciones que rigen este tipo de comportamiento del flujo es poco practico y a no ser en casos especiales para el diseño de canales se emplean fórmulas empíricas para flujo uniforme, que proporcionan una aproximación suficiente y útil para el diseño.

La mayoría de los canales terminados y construidos pueden resistir la erosión satisfactoriamente y se consideran entonces no erosionables. Los canales sin terminación son generalmente erosionables, excepto aquellos excavados en fundaciones firmes tales como un lecho rocoso. Al diseñar canales no erosionables, tales factores como la máxima velocidad permitida y la fuerza atractiva permitida no son los criterios considerados.

El diseñador simplemente calcula las dimensiones del canal con una fórmula de flujo uniforme y entonces decide las dimensiones finales sobre la base de eficiencia hidráulica, o reglas empíricas de la mejor sección, practicabilidad y economía. Los factores a ser considerados en el diseño son: la clase de material que forma el cuerpo del canal, el cual determina el coeficiente de rugosidad; la velocidad mínima permitida, evitar depósitos si el agua lleva limo o desperdicios; la pendiente del fondo del canal y las pendientes laterales; la altura libre; y la sección más eficiente, sea determinada hidraulicamente o empíricamente.

Los canales revestidos permiten velocidades altas, disminuyen las filtraciones y requieren de secciones transversales más reducidas que otro tipo de canales como los excavados etc. Sin embargo, su costo y su duración dependen de la calidad del revestimiento y del manejo adecuado que se le dé a las aguas subsuperficiales. Los materiales de revestimiento pueden ser arcilla, suelo-cemento, ladrillo, losas de concreto simple o reforzado, piedra pegada, etc.Material no erosionable y su terminación. Los materiales no erosionables usados para formar la terminación de un canal y el cuerpo de un canal construido incluyen hormigón, piedra trabajada, acero, fundición, madera, vidrio, plástico, etc. La selección del material depende principalmente de la disponibilidad y costo del material, del método de construcción y del propósito para el cual va a ser usado el canal. El propósito de terminar o revocar un canal es en la mayor parte de los casos para prevenir la erosión, pero ocasionalmente puede ser para checar las perdidas de filtración. En canales terminados, la máxima velocidad permitida, por ejemplo, el máximo que no causara erosión, puede ser ignorado, provisto que el agua no lleva arena, gravilla, o piedras.

La velocidad mínima permitida. La velocidad mínima permitida, o la velocidad no depositante, es la más baja velocidad que no iniciara sedimentación y no inducirá el crecimiento de plantas acuáticas y musgo. Esta velocidad es muy incierta y su valor exacto no puede ser fácilmente determinado. Para el agua que no lleva carga de limo o para el flujo sin limo, este factor tiene poca significación excepto por su efecto sobre el crecimiento de las plantas. Generalmente hablando, una velocidad media de 2 a 3 fp/s prevendrá un crecimiento de vegetación que disminuirá seriamente la capacidad de arrastre del canal.

Pendiente del canal. La pendiente longitudinal del fondo de un canal esta gobernada generalmente por la topografía y la carga de energía requerida para el flujo de agua. En muchos casos, la pendiente puede depender también del propósito del canal. Por ejemplo, los canales utilizados para propósitos de distribución de agua, tales como los usados en irrigación, suministro de agua, excavación hidráulica, y proyectos de hidropotencia, requieren un nivel alto en el punto de entrega; entonces, una pequeña pendiente es deseable con el objeto de mantener a un mínimo la perdida en elevación. Las pendientes laterales de un canal dependen principalmente de la clase de material; el cuadro 1 da una idea general de las pendientes aconsejables para su uso con varias clases de materiales. Para material erosionable, sin embargo, una determinacion más segura de las pendientes debiera ser controlada contra el criterio de velocidad máxima permitida o por el principio de fuerza tractiva. Otros factores a ser considerados al determinar pendientes son los métodos de construcción, la condición de las perdidas de filtración, cambios climáticos, tamaño del canal, etc. Generalmente las pendientes laterales deberían ser hechas tan empinadas como practicables y deberían ser diseñadas para una alta eficiencia hidráulica y estabilidad. Para canales revestidos, el U.S Bureau of Reclamation ha estado considerando la estandarización con una pendiente de 1.5:1 para los tamaños usuales de canales. Una ventaja de esta pendiente es la que es suficientemente plana para permitir el uso practico de casi todo tipo de revestimiento o tratamientos de terminación ahora o en el futuro anticipado por el Bureau.

CUADRO 1 ( Pendientes laterales aconsejables para canales construidos con varias clases de materiales).

Materiales Pendientes laterales

Roca………………………………………………………………. Casi vertical

Estiércol y suelos de turba……………………………………… ¼ : 1

Arcilla dura o tierra con protección de hormigón…………….. ½ : 1 a 1 :1

Tierra con protección rocosa, o tierra para canales grandes.. 1 :1

Arcilla firme o tierra para zanjas pequeñas………………… … 1 ½ :1

Tierra arenosa suelta……………………………………………. 2 :1

Greda arenosa o arcilla porosa………………………………… 3 :1

Altura libre. La altura libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del canal a la superficie del agua en la

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