Canales, Definicion y Obras de Arte PDF

 

CANALES  Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y de su propio peso.

CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES. De acuerdo con su origen los canales se clasifican en: a) Canales naturales: Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera ma nera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y grandes, arroyos, lagos y lagunas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales. La sección transversal de un canal naturales generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido lo mismo que su alineación y las características y aspereza de los lechos.

 

 

 

 b) Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado  pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrícola y canales de modelos construidos en el laboratorio. Los canales artificiales usualmente se diseñan con forma geométricas regulares (prismáticos), un canal construido con una sección transversal invariable y una un a pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático. El término sección de canal se refiere a la sección transversal tomado en forma perpendicular a la dirección del flujo. (Fig.1.3). Las secciones transversales más comunes son las siguientes:

Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.

Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.

Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.

SECCIONES CERRADAS Sección circular: El círculo es la sección más común para alcantarillados y alcantarillas de tamaños pequeño y mediano.

Sección parabólica: Se usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes.

 

 

 

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS Y OBRAS DE ARTE TRANSICIONES La transición (figura 1.1), es una estructura que se usa para ir modificando en forma gradual la sección transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos tramos con diferentes formas de sección transversal, pendiente o dirección.

La finalidad de la transición es evitar que el paso de una sección a la siguiente, de dimensiones y características diferentes, se realice de un modo brusco, reduciendo de ese modo, las pérdidas de carga en el canal. Las transiciones se diseñan a la entrada y/o salida de diferentes estructuras tales como: tomas, rápidas, caídas, desarenadores, puentes canales, alcantarillas, sifones invertidos, etc.

DISEÑO SIMPLIFICADO DE TRANSICIONES (TRANSICIÓN RECTA)

Para el diseño de una transición recta, se debe definir la longitud de la transición de modo que las pérdidas en el paso entre dos tramos de características diferentes sean las mínimas  posibles.

 

En hidráulica y en el diseño de estructuras hidráulicas las mayorías de fórmulas que se han obtenido son de resultados experimentales, las fórmulas que se presentan en esta sección y las que siguen tienen este carácter, la confianza que tendremos de su uso estriba en que se han aplicado con buenos resultados en el diseño de muchas estructuras hidráulicas.

CÁLCULO DE LA LONGITUD DE LA TRANSICIÓN La figura 1.2, muestra un esquema en planta de una transición que une dos tramos de diferentes formas de un canal.

PÉRDIDAS POR INFILTRACIÓN EN CANALES Los canales son conductos que sirven para el transporte del agua, desde el punto de captación hasta el punto de entrega para su uso (generación de energía eléctrica, riego, uso poblacional, etc.). Generalmente los canales que sirven a las plantas hidroeléctricas son revestidos, en cambio,  por razones de costo en lo lo que se refiere a la inversión inicial, en la mayoría mayoría de los casos, los los canales con fines de irrigación se dejan sin revestir.

 

De los materiales que se usan como lecho del canal ninguno de ellos es 100 % impermeable,  pero cuando los canales no se revisten, las pérdidas por infiltración se hacen muy considerables. El cálculo de las pérdidas por infiltración en un canal, resulta de gran importancia para la evaluación económica de los canales que se van a ejecutar o de los que ya están ejecutados, el cálculo se efectúa con base en un examen de las propiedades hidráulicas del suelo donde intervienen muchas variables. Las pérdidas por infiltración en los canales, reducen la eficiencia del sistema, ya que representan pérdidas de agua valiosa para los cultivos, además las pérdidas elevan el nivel freático, lo que causa efectos perjudiciales a las plantas, ayuda a la salinización del suelo y se convierte en foco de enfermedades. Las pérdidas se producen en el canal principal entre la toma y los canales secundarios y entre éstos y las zonas de riego. También hay pérdidas en el momento de aplicación del agua a los campos cultivados, pero éstas no son afectadas por el revestimiento del canal y queda a manos de los agricultores controlarlas para aumentar la eficiencia del d el riego.

FACTOR ACTORE ES QU QUE E INFLUYEN INFLUYEN EN LAS LAS PÉR PÉRDIDAS Dentro de los factores que afectan a las pérdidas por infiltración, se tienen: ✓ 

La permeabilidad del lecho del canal , la percolación dependen de la permeabilidad

del suelo y son iantc mayores cuando más poroso y grueso es el suelo. ✓  Edad del canal, la pérdida de agua en los canales es generalmente máxima inmediatamente después de construidos, y después disminuye gradualmente con el tiempo a medida que el fondo y los lados son cubiertos por el fango. Las partículas de limo y arcillas llevadas por el agua son atraídas por las corrientes de percolación y se incrustan en los poros obstruyéndolos. ✓  Caudal, las pérdidas son proporcionalmente menores en los canales grandes que en ✓ 

los pequeños.

Longitud del canal, las pérdidas son directamente proporcionales a la longitud del canal de conducción.

Métodos para determinar las pérdidas por infiltración Para calc alcul ular ar las as p  pér  ér did  did as por as por inf  inf iltr  iltr aci ación en en canal canales se se pue pued en en utilizar: ilizar:   • medida medida dir ect ctaa en el ca camp mpo o • métodos métodos empíricos empíricos

Medida directa en el campo La medida directa en el campo de las pérdidas por infiltración se puede hacer:

 

1. Midiendo los caudales que entran y salen de un tramo de canal (figura 2.1), siendo la diferencia entre ellos las pérdidas. Para el aforo de los caudales se pueden usar molinetes, vertedero s o el aforador Parshall. La exactitud del método depende de la exactitud del aforo. La gran ventaja de este método es que no interfiere con el funcionamiento normal del canal y cuesta poco. 2. Aislando un tramo de un canal por medio de un relleno de tierra al principio y al final del tramo (figura 2.2). El método consiste en medir la velocidad de infiltración del agua en el estanque que se forma en el tramo. El método tiene la desventaja de ser costoso, además de interrumpir el servicio del canal durante la medición.

Figura 2.1 Medidas de caud ales a la entrada y salid a de un tramo

 

Cálcul ulo o d e p  péérd id as as ai aislando un tr amo de un canal

RÁPIDAS Las rápidas son estructuras que sirven para enlazar dos tramos de un canal donde existe un desnivel considerable en una longitud relativamente corta. La decisión entre la utilización de una rápida y una serie de caídas escalonadas está supeditado a un estudio económico comparativo.

Datos de campo necesario para el diseño hidráulico Se requiere conocer las propiedades hidráulicas y elevaciones elevacion es de la rasante y de las secciones del canal aguas arriba yaguas abajo de la rápida, así como un perfil del tramo donde se localizará la estructura.

Elementos de una rápida Los elementos de una rápida se muestran en la figura 3.1, la cual está compuesta de:

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Transición de entrada: une por medio de 'm estrechamiento progresivo la sección del canal superior con la sección de control.

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Sección de control:  es la sección correspondiente al punto donde comienza la  pendiente fuerte de la rápida, manteniéndose en este punto las condiciones críticas.

 

En la rápida generalmente se mantiene una pendiente mayor que la necesaria para mantener el régimen crítico, por lo que el tipo de flujo que se establece es el flujo supercrítico. ❖  Canal de la rápida:  es la sección comprendida entre la sección de control y el  principio de la trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuración del terreno una o varias pendientes. Son generalmente de sección rectangular o trapezoidal. ❖ 

Trayectoria: es la curva vertical parabólica que une la última pendiente de la rápida con el plano inclinado del principio del colchón amortiguador. Debe diseñarse de modo que la corriente de agua permanezca permanezc a en contacto con el fondo del canal y no se  produzcan vacíos. Si la trayectoria se calcula con el valor de la aceleración de la gravedad como componente vertical, no habrá presión del agua sobre el fondo y el espacio ocupado por el aire aumentará limitándose así la capacidad de conducción del canal, por el que se acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la aceleración de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad para que la lámina de agua se adhiera al fondo del canal.

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Tanque amortiguador, colchón disipador o poza de disipación:  es la depresión de  profundidad y longitud suficiente diseñada con el objetivo de absorber parte de la energía cinética generada en la rápida, mediante la producción del resalto hidráulico, y contener este resalto hidráulico dentro de la poza. Se ubica en el extremo inferior de la trayectoria. ❖  Transición de salida:  tiene el objetivo de unir la poza de disipación con el canal aguas abajo. ❖  Zona de protección: con el fin de proteger el canal can al sobre todo si es en tierra, se puede revestir con mampostería.  DISEÑO DE UNA RÁPIDA Procesos: ✓  Cálculo utilizando el análisis del flujo en un perfil longitudinal con tramos de

 pendiente fuerte y calculando las curvas de remanso. Para simplificar cálculos cálculos puede usar HCANALES. ✓  Procedimiento indicado en este trabajo.

Procedimiento para el diseño de una rápida. rápida . 1. Diseño del canal, aguas arriba yaguas abajo de la rápida Utilizar las consideraciones prácticas que existen para el diseño de canales. 2. Cálculo del ancho de solera en la rápida y el tirante en la sección de control

 

3. Diseño de la transición de entrada 4. Cálculo hidráulico en el canal de la rápida 4.1 Cálculo de tirantes y distancias 4.2 Bordo libre 5. Cálculo de la profundidad (elevación) del tanque amortiguador 5.1 Cálculo de la curva elevación (trayectoria de la rápida)- tirante 5.2 Cálculo de la curva: elevación - tirante conjugado menor 6. Cálculo de la profundidad del colchón amortiguador 7. Cálculo de la longitud del colchón 8. Cálculo de las coordenadas y elevaciones de la trayectoria parabólica 9. Cálculo de la transición de salida

CAÍDAS Las caídas o gradas según Dornínguez, son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario salvar desniveles bruscos en la rasante del canal; permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro