CANALES

1. Definición:Los canales son conductores en los que 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.Los canales pueden ser naturales (ríos o arroyos) o artificiales (construidos por el hombre).Dentro de estos últimos pueden incluirse aquellos conductores cerrados que trabajan parcialmente llenos (alcantarillas, tuberías).

2. Tipos de Canales:De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.a. Canales Naturales:

Son los canales formados en forma natural.Los canales naturales incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes con las observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujos en estos canales se vuelvan manejables mediante el tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

b. Canales Artificiales:Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, etc., así como canales de modelos construidos en laboratorio con propósitos experimentales. Las propiedades hidráulicas de canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados. La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirá resultados bastante similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseño. El canal artificial por lo general es un canal largo con pendiente suave construido sobre el suelo, que puede ser no revestido o revestido con piedra, concreto, cemento, madera o materiales bituminosos.

3. Secciones transversales más frecuentes:La sección transversal de un canal es generalmente de forma muy irregular y varía de un lugar a otro. Los canales artificialmente se diseñan con formas geométricas regulares (prismáticas), las más comunes son las siguientes:Secciones Abiertas:o Sección Trapezoidal: Se usa siempre en canales de tierra y en canales revestidos.

o Sección Rectangular: Se emplea para acueductos de madera, para canales excavados en roca

y para canales revestidos.

o 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.

o Sección Parabólica: Se emplea a veces para canales revestidos y es la forma que toman

aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.Secciones Cerradas:

o Sección Circular y Sección de Herradura: Se usan comúnmente para alcantarillas y

estructuras hidráulicas importantes.

4. Elementos Geométricos de la Sección Transversal de un Canal:

o Y = Tirante de agua. Es la profundidad máxima del agua en el canal.

o b = Ancho de solera, ancho de plantilla, o plantilla, es el ancho de la base de un canal.

o T = Espejo de agua, es el ancho de la superficie libre del agua.

o C = Ancho de corona

o H = Profundidad total del canal

o H-y = Bordo libre

o Ө = Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal.

o Z = Talud, es la relación de la protección horizontal a la vertical de la pared

lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal). Es decir Z es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1.

Radio Hidráulico

Profundidad Hidráulica

Talud

A: área mojadaP: perímetro

R= AP

D= AT

Z=A √D

5. Rugosidad :

La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que están construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los valores son determinados en mediciones tanto de laboratorio como en el campo. No es significativa, como se puede ver a continuación, la variación de este parámetro es fundamental para el cálculo hidráulico por un lado, y para el buen desempeño de las obras hidráulicas por otro.

Coeficiente m para la fórmula de Bazin

Para la fórmula de Bazin los valores son:

Clase Naturaleza de las paredes m

1

Canales con paredes de hormigón alisado con mortero Canales con paredes de madera cepillada sin rajaduras Canales con paredes de acero

Con largos trechos rectos y curvas amplias

Tuberías de fibrocemento nuevo

0,06

2 Ídem pero con curvas no muy amplias y bien ejecutadas 0,10

3

Canales con paredes de hormigón alisado con mortero pero no totalmente lisas, pequeñas salientes en las juntas

Canales con paredes de madera cepillada con algunas rajaduras Canales revestidos con ladrillos y piedras cuadradas Tuberías de hierro fundido nuevas

0,16

5 Tuberías de hormigón bien alisado, diámetros mayores a 40 cm. Tuberías en hierro fundido, en servicio corriente de cualquier diámetro. 0,23

6

Canales de concreto paredes no alisadas, con marcas dejadas por el encofrado Canales con paredes de madera, con tablas poco alisadas, y ranuras entre las tablas Canales de tierra, construcción bien acabada

Las curvas de los canales son bastante amplias, agua no muy limpia y algunos depósitos de limo en el fondo

Tuberías de hierro fundido de muchos años de uso fuertemente incrustadas

0,36

7bis Grandes canales con revestimiento en concreto mal acabado o deteriorado por el uso prolongado 0.58

9

Canales en tierra construcción bastante bien hecha, algunos depósitos de arena u otro material menudo sobre el fondo y taludes lisos; o fondo sin depósito, y vegetación baja en las orillas

Canales con márgenes en ladrillo o piedra en malas condiciones y fondo fangoso

1.00

12 Canales de tierra en completo abandono, con vegetación o con cascajo grueso en el

fondo Cursos de agua naturales en terrenos terroso

2.50

Si se considera un canal de concreto, bien construido y con revestimiento nuevo, (por ejemplo sea un canal rectangular de 5 m de base y con un tirante de i m de agua) y se vuelve a analizar el mismo canal después de años de uso, sin un adecuado mantenimiento, su rugosidad podría fácilmente pasar de la clase 1 a la clase 7bis, lo que significaría que el canal podría transportar solamente el 32 % de su capacidad potencial, si estuviera en óptimas condiciones. Estos aspectos deben ser considerados cuando se

analizan posibles variantes de proyectos hidráulicos de grandes dimensiones desde el punto de vista de los impactos ambientales tenciales.

Coeficiente m para la fórmula de Kutter

Clase Naturaleza de las paredes m

1 Canales con paredes de cemento, muy buen acabado, sección semicircular 0.12

2 Canales con paredes de cemento, muy buen acabado, sección rectangular 0.15

3Tubos en hierro fundido nuevos, o de cemento bien alisados, con diámetro de por lo menos algunos decímetros

0.175

6Tubos en hierro fundido, en uso corriente, (hasta dos años de funcionamiento), aguas limpias y de baja dureza.

0.275

7 Canales con paredes de muros bien construidos, curvaturas de regular amplitud, agua

no muy limpia, depósitos de limo Tuberías de Gres con varios años de uso, aguas túrbidas o servidas

0.35

8 Tubos en hierro fundido, en uso desde varios años, aguas turbias 0.375

9 Tubos de hierro fundido, en servicio desde muchos años, bastante incrustados, o con

aguas sucias Canales con paredes de cemento o muros en albañilería revestida

0.45

12 Canales con paredes en albañilería en mal estado, fango en el fondo 1.00

15 Canales de tierra en completo abandono, con vegetación o con cascajo grueso en el

fondo Cursos de agua naturales en terrenos terroso

2.50

Coeficiente n para la fórmula de Manning

Clase Naturaleza de las paredes n

1Canal revestido con losas de hormigón, teniendo juntas de cemento lisas y limpias, y una superficie lisa fratasada a mano y con lechada de cemento sobre la base de hormigón.

0.012

2 Canal de hormigón colocado detrás de un encofrado y alisado. 0.014

3Zanja pequeña revestida de hormigón, recta y uniforme, con fondo ligeramente cóncavo, los lados y el fondo recubiertos con un depósito áspero.

0.016

4 Revestimiento con concreto arrojado sin tratamiento de alisado. Superficie cubierta con algas finas y el fondo con dunas de arena arrastrada. 0.018

5 Canal de tierra excavado en arcilla limosa, con depósitos de arena limpia en el centro y barro 0.018

arenoso limoso cerca de los lados.

6Revestimiento de hormigón hecho sobre roca y lava cortada, en excavación limpia, muy áspera y pozos profundos.

0.020

7 Canal de riego, recto en arena lisa y apretada fuertemente. 0.020

8Revoque o repello en cemento, aplicado directamente a la superficie preparada del canal de tierra. Con pasto en los lugares rotos y arena suelta en el fondo.

0.022

9 Canal excavado en arcilla limo arenosa. Lecho parejo y duro. 0.024

10 Zanja revestida en ambos lados y en el fondo piedra partida acomodada en seco. 0.024

11Canal excavado en colina, con la ladera superior cubierta de raíces de sauces y la ladera inferior con muros de hormigón bien ejecutado. Fondo cubierto con grava gruesa.

0.026

12Canal con fondo de guijarros, donde hay insuficiente sedimento en el agua, o velocidad muy alta que impide la formación de un lecho liso y nivelado.

0.028

13Canal de tierra excavado en suelo arcillo-arenoso aluvial, con depósitos de arena en el fondo y crecimiento de pastos.

0.029

14 Canal en lecho de guijarros grandes. 0.030

15Canal natural algo irregular en sus pendientes laterales; con fondo algo uniforme, limpio y regular; en arcilla arenoso gris claro a limo gredoso de color marrón claro; con poca variación en la sección transversal.

0.035

16 Canal en roca excavado con explosivos. 0.040

17Zanja de arcilla y greda arenosa; pendiente lateral, fondo y secciones transversales irregulares, pastos en los lados.

0.040

18Canal dragado, pendientes laterales y fondo irregulares en arcilla negra plástica en la parte superior y en el fondo arcilla, los lados cubiertos con pequeños arbolitos y arbustos, variación pequeña y gradual en la sección transversal.

0.045

19Canal dragado, con pendiente lateral y fondo muy irregular, en arcilla plástica de color obscuro, con crecimiento de pasto y musgo. Pequeñas variaciones en la forma de la sección transversal para la variación en tamaño.

0.050

20Zanja en arcilla muy arenosa; Lado y fondo irregulares; prácticamente toda la sección llena con árboles de gran tamaño, principalmente sauces y algodoneros. Sección transversal bastante uniforme.

0.060

21

Canal dragado en arcilla resbaladiza negra y greda arcillo-arenosa gris, lados y fondo irregular es cubierto con crecimiento denso de arbustos de sauces, algunos en el fondo; el resto de las laderas cubierto con pastos y crecimiento espaciado de sauces y álamos sin follaje; algún depósito en el fondo.

0.080

22 Igual que (21) pero con mucho follaje. 0.110

23

Canales naturales en crecida en arena fina media a arcilla fina, sin pendientes laterales; fondo adecuadamente parejo y regular con ocasionales hoyas planas; variación en profundidad; maderas prácticamente vírgenes, muy poco crecimiento inferior excepto manchas densas ocasionales de ramaje y árboles pequeños, algunos troncos y árboles caídos muertos.

0.125

24Rio natural en suelo de arcilla arenosa. Curso muy sinuoso, pendiente lateral irregular y fondo desparejo. Muchas raíces árboles y ramas, grandes troncos y otros residuos sobre el fondo. Hay árboles cayendo continuamente en el canal debido a la erosión de las márgenes.

0.150

Fuente: Ven te Chow, Hidráulica de los canales abiertos. ISBN 968-13-1327-5

Coeficiente K para la fórmula de Strickler

Clase Naturaleza de las paredes K

A Tuberías .

. bronce liso 77-111

. acero soldado 71-100

. acero remachado 59-77

. hierro fundido, revestido 71-100

. hierro fundido, no revestido 63-91

. hierro 67-83

. hierro galvanizado 59-77

. vidrio 77-111

. cemento alisado 77-100

. hormigón acabado 71-91

. hormigón no acabado 63-83

. gres 59-91

B Canales revestidos .

. concreto sobre excavación en roca 45-59

. piedra cementada 33-59

. muro seco 29-43

. asfalto 63-77

. fondo con grava y paredes de hormigón 40-59

C Canales no revestidos .

. en tierra con trazado regular 33-63

. en tierra, sinuosos y lentos, sin vegetación 33-43

. en tierra, sinuosos y lentos, con abundante vegetación 25-33

. en roca con forma regular 25-40

. en roca con forma irregular 20-29

. en tierra, en mal estado y con abundante vegetación 8-20

D Cursos de agua naturales .

. pequeños cursos de agua en zonas planas, limpios, rectos y sin estancamientos de agua 30-40

. pequeños cursos de agua en zonas planas, limpios, sinuosos y con estancamintos de agua 22-30

. tramos lentos, con vegetación (pastos) y estanques profundos 13-20

. tramos con mucha hierba, estanques profundos, notablemente obstaculizados por árboles 7-13

.ríos de montaña, con fondo de grava media y gruesa y pocas rocas, paredes laterales poco inclinadas

20-33

. ríos de montaña, con fondo de grava gruesa y rocas grandes, paredes laterales poco inclinadas 14-25

E Áreas de expansión de cursos de agua

. con pasto 20-40

. con áreas cultivadas 20-50

. con arbustos 14-29

. con muchos árboles 8-13

F Ríos grandes (ancho de la superficie del agua mayor a 30 m)

. sección regular sin rocas o vegetación 17-40

. sección irregular 10-29